DE3780869T2

DE3780869T2 - Differentialgetriebe.

Info

Publication number: DE3780869T2
Application number: DE8787304631T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Azuma; Hitoshi Mizutani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2007-05-27
Also published as: EP0247820A2; US4819512A; EP0247820A3; DE3780869D1; EP0247820B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe und im besonderen auf ein Differentialgetriebe, das in geeigneter Weise als Differentialgetriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges installiert ist, um die Vorder- oder Hinterräder und ein Zentraldifferentialgetriebe eines allradgetriebenen Fahrzeuges anzutreiben.

Beschreibung des Standes der Technik:

Wenn eines von zwei Rädern, das an einen Antriebsstrang mit einem Differentialgetriebe angeschlossen ist, auf einer schneebedeckten Straßenoberfläche oder ähnlichem mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten läuft und dann schlupft, tritt ein Phänomen ein, daß die Antriebskraft auf das andere Rad, das an dem Antriebsstrang angeschlossen ist, reduziert wird oder ganz verlorengeht, infolge der dem Differentialgetriebe eigenen Eigenschaften.
Ein dem zuvor beschriebenen ähnlicher Vorgang trifft auf ein Zentraldifferentialgetriebe zu, welches installiert ist, um die Differenzzahl von Umdrehungen zwischen den Vorder- und Hinterrädern eines permanent allradgetriebenen Fahrzeuges bei Kurvenfahrt zu absorbieren. Dementsprechend wird dort ein spezielles Differentialgetriebe vorgeschlagen mit einer Differentialsperre, oder ein Differentialgetriebe mit begrenztem Schlupf.
Da das spezielle Differentialgetriebe eine Differentialsperre oder ein Differentialgetriebe mit begrenztem Schlupf benötigt, ist der Aufbau des speziellen Differentialgetriebes kompliziert.
Wenn das spezielle Differentialgetriebe mit der Differentialsperre versehen ist, kommt auf den Fahrer der Umstand zu, daß die Differentialsperre ein- und ausgeschaltet werden muß, wobei darüber hinaus die Möglichkeit gegeben ist, daß ein gefährlicher Fehlbetrieb eintritt, wenn die Sperre bei Kurvenfahrt eingeschaltet ist.
Wenn ein Differentialgetriebe mit begrenztem Schlupf in das spezielle Differentialgetriebe eingebaut ist, wird die Kapizität der Antriebskraftübertragung strukturell begrenzt. In diesem Fall kann eine hinreichende Antriebskraft nicht übertragen werden.
Die GB-A-557,249 beschreibt einen Drehzahlwandlermechanismus, bei welchem Geschwindigkeitsänderungen bewerkstelligt werden durch die variable Steuerung eines Elementes eines epizylischen Zuges durch eine äußere Kraftquelle. Ein Antriebsmotor mit konstanter Geschwindigkeit treibt einen Planetenzahnradträger des Zuges über eine Schnecke und einen Radantriebsmechanismus an.

Zusammenfassung der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Differentialgetriebe zur Verfügung zu stellen, bei welchem eines einer Mehrzahl von Rädern an einen Antriebsstrang angeschlossen ist, mit welchem das Differentialgetriebe nie schlupft.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeugdifferentialgetriebe zur Verfügung zu stellen, das ohne Differentialsperre oder Differentialgetriebe mit begrenztem Schlußf auskommt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Fahrzeugdifferentialgetriebe zur Verfügung zu stellen, das vom Fahrer keine Tätigkeit verlangt.
Die Erfindung stellt ein Differentialgetriebe gemäß dem Anspruch 1 zur Verfügung.
Ein Differentialgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein erstes und ein zweites Gehäuse, die drehbar um eine gemeinsame Achse gehalten sind und einen axialen Abstand voneinander besitzen, wobei Ritzel drehbar in jedem der Gehäuse angeordnet sind, ein erstes und ein zweites Seitenrad, die mit den Ritzeln kämmen und innerhalb eines jeden der Gehäuse drehbar angeordnet sind, eine erste Welle, die drehbar um die gemeinsame Achse der Gehäuse gehalten ist und sich von dem zweiten Seitenzahnrad innerhalb des ersten Gehäuses bis zum ersten Seitenzahnrad innerhalb des zweiten Gehäuses erstreckt, eine zweite Welle, die drehbar um die gemeinsame Achse gehalten ist und sich vom ersten Seitenzahnrad innerhalb des ersten Gehäuses erstreckt, eine dritte Welle, die drehbar um die gemeinsame Achse gehalten ist und sich von dem zweiten Seitenzahnrad in dem zweiten Gehäuse in entgegengesetzte Richtung zur zweiten Welle erstreckt, eine getriebene Einrichtung, die in der ersten, der zweiten oder der dritten Welle vorgesehen ist, eine erste Einrichtung zum Drehen der getriebenen Einrichtung, um eine Antriebskraft auf die erste, die zweite und die dritte Welle zu übertragen, ein erstes Schneckenrad innerhalb des ersten Gehäuses, ein zweites Schneckenrad innerhalb des zweiten Gehäuses, eine zweite Dreheinrichtung mit einer ersten Schnecke, die mit dem ersten Schneckenrad kämmt, eine dritte Dreheinrichtung mit einer zweiten Schnecke, die mit dem zweiten Schneckenrad kämmt, sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Anzahl der Umdrehungen zumindest einer der zweiten oder der dritten Dreheinrichtung, um den Unterschied zwischen der Zahl der Umdrehungen der zweiten Welle und derjenigen der dritten Welle innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten.
Die Steuereinrichtung ist eine zentrale Rechnereinheit oder ein Computer zur Durchführung von Berechnungen auf der Basis von Signalen von einem Lenkwinkelsensor und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zur Steuerung der Anzahl der Umdrehungen mindestens einer der zweiten und dritten Dreheinrichtungen.
Vorzugsweise ist die getriebene Einrichtung innerhalb der ersten Welle vorgesehen und zwischen den Gehäusen angeordnet.
Wenn das Differentialgetriebe eingesetzt wird für ein Vorderdifferentialgetriebe eines vorderradangetriebenen Wagens oder eines rückwärtigen Differentialgetriebes eines hinterradangetriebenen Wagens, werden die zweite bzw. die dritte Welle an die Antriebsräder angeschlossen.
Auch wenn eines der Antriebsräder auf Schnee oder ähnlichem während der Gradeausfahrt des Fahrzeuges läuft, tritt, da die Rotation eines jeden der Gehäuse aufhört den Unterschied zwischen der Anzahl von Umdrehungen der zweiten Welle und derjenigen der dritten Welle auf Null zu halten, nie eine Differenz zwischen der zweiten und der dritten Welle ein. Hieraus ergibt sich, daß das Antriebsrad auf Schnee oder ähnlichem nicht schlupft.
Der Steuerantrieb berechnet den Unterschied zwischen der Anzahl der Umdrehungen des Antriebsrades, das sich auf der Außenseite der Kurvenfahrt befindet, und derjenigen des Antriebsrades, welches sich auf der Innenseite der Kurvenfahrt befindet, von dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Zeit der Kurvenfahrt des Fahrzeuges und steuert zumindest eine der zweiten und dritten Dreheinrichtungen, womit sich der Unterschied beider angetriebener Räder ergibt. In diesem Fall wird die Dreheinrichtung, bei welcher es sich um die zweite oder dritte Dreheinrichtung handelt und sich näher an dem inneren Rad befindet, vorzugsweise so gesteuert, daß die Anzahl der Umdrehungen der Welle, die an das innere Rad angeschlossen ist, reduziert wird. Somit kann ein Verlust der Steuerung eliminiert werden.
Wenn das Differentialgetriebe eingesetzt wird für ein Mitteldifferentialgetriebe eines allradgetriebenen Fahrzeuges, wird die zweite oder die dritte Welle an eine Kardanwelle auf der Vorderseite angeschlossen und die andere an eine Kardanwelle auf der Rückseite.
Auch wenn eines von vier angetriebenen Rädern auf Schnee oder ähnlichem während der Gradeausfahrt des Fahrzeuges läuft und dementsprechend das Antriebsrad dazu neigt, mit einer höheren Anzahl von Umdrehungen zu laufen als der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, hält die Steuereinrichtung die Gehäuse in nicht drehendem Zustand, so daß der Unterschied zwischen der Anzahl der Umdrehungen der Kardanwellen auf der Vorder- und der Rückseite Null wird. Somit schlupft das Antriebsrad nicht.
Die Steuereinrichtung berechnet den Unterschied zwischen der Anzahl von Umdrehungen der Kardanwellen auf der Vorder- und der Rückseite aus einem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Zeit der Kurvenfahrt des Fahrzeuges und steuert mindestens eine der zweiten und dritten Dreheinrichtungen, um den Unterschied auf die Kardanwellen auf beiden Seiten zu übergeben.
Da das Differentialgetriebe mit einer ursprünglichen Antriebseinrichtung versehen ist und die erste Dreheinrichtung und darüber hinaus die Schneckenräder und die zweite und dritte Dreheinrichtung jeweils mit einer Schnecke versehen sind und unabhängig von der ersten Dreheinrichtung arbeiten, und der Unterschied zwischen der Anzahl der Umdrehungen der zweiten und der dritten Welle im wesentlichen zur Zeit der Gradeausfahrt auf Null gehalten wird und in einem vorbestimmten Bereich zur Zeit der Kurvenfahrt, wird verhindert, daß eines einer Mehrzahl von Antriebsrädern schlupft. Es kann außerdem eine gleichmäßige Kurvenfahrt sichergestellt werden.
Da die zweite und die dritte Dreheinrichtung durch die Steuereinrichtung betrieben werden, kann ein Fahrer von umständlichen Handhabungen freigesetzt werden.
Da die Differentialsperre und ein Differentialgetriebe mit begrenztem Schlupf nicht erforderlich sind, läßt sich der Aufbau des Differentialgetriebes vereinfachen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Bechreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung deutlich, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Hierbei zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt entlang der gemeinsamen Achse der Gehäuse eines Differentialgetriebes;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Figur 1;
Figuren 3 - 6 schematische Darstellungen der speziellen Anwendung des Differentialgetriebes;
Fig. 7 eine Darstellung des Drehwinkels und anderer Dimensionen des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt und
Figuren 8 und 9 Funktionsablaufsdarstellungen des Steuerbetriebes.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein Differentialgetriebe oder eine Antriebskraftübertragungseinrichtung 10, die in den Figuren 1 und 2 wiedergegeben ist, umfaßt zwei Differentialgetriebe 18, 20. Jedes Differentialgetriebe umfaßt ein Gehäuse 22, Ritzel 24 und Seitenzahnräder 26, die jeweils in dem Gehäuse 22 angeordnet sind.
Jedes Gehäuse 22 ist ein sogenannten Differentialgehäuse und, zwei Gehäuse 22 sind in einem Differentialträger 28 angeordnet und besitzen einen axialen Abstand voneinander. Das Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 18 wird drehbar von einem Paar von Rollenlagern 30 gehalten und das Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 20 durch ein Paar von Rollenlagern 32, die jeweils an dem Differentialträger 28 befestigt sind. Die Gehäuse 22 sind um eine gemeinsame Achse drehbar.
Zumindest eine Ritzelwelle ist in jedem Gehäuse 22 befestigt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform befinden sich zwei kurze Ritzelwellen 33 senkrecht zu einer langen Ritzelwelle 34. Diese Ritzelwellen sind mit ihren Achsen senkrecht zur gemeinsamen Achse der Gehäuse 22 ausgerichtet. Durch die lange Ritzelwelle 34 und die kurzen Ritzelwellen 33 wird ein Paar von Ritzeln 24 in einem axialen Abstand voneinander drehbar gehalten. Wenn eine einzelne Ritzelwelle eingesetzt ist, werden zwei Ritzel 24 durch die Ritzelwelle drehbar gehalten.
Zwei Seitenzahnräder 26 sind in jedem Gehäuse 22 in einem Abstand voneinander angeordnet und kämmen jeweils mit vier Ritzeln 24.
Eine erste Welle 36 ist über einen Verzahnungsbereich an das rechte Seitenzahnrad 26 in dem Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 18 angeschlossen und erstreckt sich zum linken Seitenzahnrad 26 in dem Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 20 und ist über einen Verzahnungsbereich an das linke Seitenzahnrad 26 angeschlossen. Die Welle 36 wird von einem Paar Rollenlagern 38 abestützt, die an dem Differentialträger 28 befestigt sind, und ist um die gemeinsame Achse der Gehäuse 22 drehbar. Ein Vorsprung 37 ist materialeinheitlich mit der Welle 36 ausgebildet.
Eine zweite Welle 40 ist über einen Verzahnungsbereich mit dem linken Seitenzahnrad 26 in dem Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 18 verbunden und erstreckt sich von dem Gehäuse 22 in entgegengesetzte Richtung zur ersten Welle 36. Die Welle 40 ragt aus dem Differentialträger 28 heraus. Die Welle 48 wird durch (nicht dargestellte) Rollenlager abgestützt und ist drehbar um die gemeinsame Achse der Gehäuse 22.
Eine dritte Welle 42 ist über einen Verzahnungsbereich mit dem rechten Seitenzahnrad 26 in dem Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 20 verbunden und erstreckt sich von dem Gehäuse 22 in entgegengesetzter Richtung zur der zweiten Welle 40. Die Welle 42 ragt aus dem Differentialträger 28 heraus. Die Welle 42 wird durch (nicht dargestellte) Rollenlager abgestützt und ist um die gemeinsame Achse der Gehäuse 22 drehbar.
Eine getriebene Einrichtung ist in einer der ersten, zweiten oder dritten Wellen vorgesehen. Bei der in Figur 1 wiedergegebenen Ausführungsform ist die getriebene Einrichtung ein Kegelrad 44 und ist an den Vorsprung 37 der ersten Welle 36 über Schrauben angeschlossen. Das Kegelrad 44 kämmt mit einem Kegelrad 46 der ersten Dreheinrichtung, die an einer Welle 48 befestigt ist und überträgt die Antriebskraft, die von der Welle 48 auf die erste, die zweite und die dritte Welle 36, 40 und 42 übertragen wird.
Ein Schneckenrad 50 ist an dem Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 18 über Schrauben befestigt.
Eine zweite Einrichtung 52 zum Drehen des Schneckenrades 50 umfaßt eine Schnecke 54, die drehbar von dem Differentialträger 28 abgestützt ist. Auf der anderen Seite ist ein Elektromotor 56 an dem Differentialträger 28 befestigt, und eine Welle der Schnecke 24 ist über einen Verzahnungsbereich mit einer Abtriebswelle 58 des Motors 56 verbunden.
Ein Schneckenrad 60 ist an dem Gehäuse 22 des Differentialgetriebes 20 über Schrauben befestigt.
Eine dritte Einrichtung 62 zum Drehen des Schneckenrades 60 umfaßt eine Schnecke 64. Die Ausgestaltung der dritten Dreheinrichtung ist ähnlich derjenigen der zweiten Dreheinrichtung 52, so daß eine detaillierte Beschreibung nicht erfolgt.
Wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, berechnet, wenn Signale von einem Lenkwinkelsensor und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor einer Steuereinrichtung zugeführt werden, die Steuereinrichtung die Anzahl der Umdrehungen und die Richtung der Umdrehungen der zweiten und dritten Dreheinrichtung 52, 62 auf der Basis dieser Signale und steuert zumindest eine hiervon, um die Differenz zwischen der Anzahl der Umdrehungen der zweiten und dritten Welle 40, 42 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einschließlich Null zu halten.
Das Differentialgetriebe 10 wird in verschiedenen Ausbildungsformen eingesetzt.
Die Fig. 3 zeigt in schematischer Weise die Ausführungsform, bei welcher das Differentialgetriebe 10 für ein hinteres Differentialgetriebe bei einem allradangetriebenen Wagen eingesetzt wird, wobei der Differentialträger 28 an der Fahrzeugkarosserie zwischen den Hinterrädern 70 befestigt,und die Welle 48 eine Kardanwelle ist. Ein Stirnrad 72 ist an der Kardanwelle 48 befestigt und kämmt mit einem Stirnrad 74, das an ein Getriebe 76 angeschlossen ist.
Die zweite Welle 40 ist über ein (nicht dargestelltes) Kreuzgelenk mit dem linken Hinterrad 70 und die dritte Welle 42 mit dem rechten Hinterrad 70 verbunden. Das Kegelrad 46, welches am hinteren Ende der Kardanwelle 48 befestigt ist, kämmt mit dem Kegelrad 44, wobei die Antriebskraft von der Kardanwelle 48 durch das Differentialgetriebe 18 übertragen wird auf die zweite Welle 40 einerseits und über das Differentialgetriebe 20 auf die dritte Welle 42 andererseits.
Ein vorderes Differentialgetriebe 80 ist an ein Ende der Kardanwelle 48 angeschlossen. Das Differentialgetriebe 80 besitzt einen an sich bekannten Aufbau, d.h., es umfaßt ein drehbares Gehäuse 82, Ritzel 84, die drehbar von einer Ritzelwelle 85 in dem Gehäuse 82 gehalten sind und ein Paar von Seitenzahnrädern 86, die drehbar in dem Gehäuse 82 angeordnet sind und mit den Ritzeln 84 kämmen. Eine Antriebswelle 88 erstreckt sich von einem Seitenzahnrad 86 zum linken Vorderrad 90, und eine Antriebswelle 92 von dem anderen Seitenzahnrad 86 zum rechten Vorderrad 90. Die Antriebskraft von der Kardanwelle 48 wird auf die Antriebswellen 88, 92 über ein Kegelrad 93 übertragen, welches an der Kardanwelle 48 befestigt ist, während ein Kegelrad 94, das an dem Gehäuse 82 befestigt ist, mit dem Kegelrad 93 kämmt.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, besitzt das in Fig. 3 dargestellte allradgetriebene Fahrzeug kein Mitteldifferentialgetriebe.
Die Steuereinrichtung 100 ist ein Computer oder eine zentrale Rechnereinheit, die Signale von einem Lenkwinkelsensor 102 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 104 erhält, die jeweils für sich bekannt sind. Der Lenkwinkelsensor 102 ermittelt die Größe des Winkels und die Lenkrichtung. Die Steuereinrichtung 100 berechnet auf der Basis der Signale die Differenz der Anzahl der Umdrehungen der Wellen 40, 42. Die Steuereinrichtung 100 berechnet darüber hinaus den Unterschied der Anzahl der Umdrehungen, die eintritt zwischen einer vorderen Kardanwelle und einer rückwärtigen Kardanwelle, wenn in herkömmlicher Weise ein Mitteldifferentialgetriebe zwischen der vorderen und der rückwärtigen Kardanwelle vorgesehen ist. Die Schnecke 54 der zweiten Dreheinrichtung 52 und die Schnecke 64 der dritten Dreheinrichtung 62 werden jeweils durch die Motoren entsprechend der Berechnung gedreht. Statt der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die umgekehrte Anordnung möglich, d.h., das Differentialgetriebe 10 kann vorn angeordnet sein und mit den Vorderrädern 90 in Eingriff stehen und das Differentialgetriebe 80 hinten angeordnet sein, um mit den Hinterrädern 70 in Eingriff zu stehen.
In Fig. 4 ist schematisch eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher das vordere Differentialgetriebe 80 im wesentlichen den gleichen Aufbau besitzt wie er in Figur 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß das Kegelrad 94, welches mit dem Kegelrad 93 kämmt, sich auf der rechten Seite des Gehäuses 82 befindet, während das rückwärtige Differentialgetriebe durch ein Paar von Planetenradeinrichtungen 106, 108 gebildet wird. In den Zeichnungen sind die Teile, die die gleichen Funktionen wie in den Figuren 1 bis 3 besitzen, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Das Kegelrad 44, welches mit dem Kegelrad 46 der Kardanwelle 48 kämmt, ist an der ersten Welle 36 befestigt, deren jedes Ende ein Sonnenrad 110 trägt. Jedes Planetenradgetriebe 112 umfaßt ein großes Stirnrad 113a und ein kleines Stirnrad 113b, welches materialeinheitlich mit dem großen Rad 113a ausgebildet ist, wobei das kleine Stirnrad 113b mit dem Sonnenrad 110 kämmt. Das große Stirnrad 113a kämmt mit einem Tellerrad 114.
Die zweite Welle 40 ist mit einem Ende an das große Stirnrad 113a des linken Planetenradgetriebes 106 und die dritte Welle 42 an das große Stirnrad 113a des rechten Planetenradgetriebes 108 angeschlossen. Die erste, die zweite und die dritte Welle sind drehbar um eine gemeinsame Achse gehalten.
Das Schneckenrad 50 ist an der äußeren Peripherie des Tellerrades 114 befestigt, welches in Beziehung zum linken Planetenradgetriebe 106 vorgesehen ist, während das Schneckenrad 60 an der äußeren Peripherie des Tellerrades 114 in dem rechten Planetenradgetriebe 108 befestigt ist. Die Schneckenräder 50, 60 kämmen mit den Schnecken 54 bzw. 64.
In Fig. 5 ist schematisch eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher das Differentialgetriebe 10 als hinteres Differentialgetriebe eingesetzt wird, wobei das Differentialgetriebe 10 derart modifiziert ist, daß die Drehrichtung der Zähne des Schneckenrades 50 umgekehrt zu derjenigen des Schneckenrades 60 ist,und die Drehrichtung der Zähne der Schnecke 54 ist umgekehrt zu derjenigen der Schnecke 64. Bei dieser Ausführungsform ist nur ein Elektromotor 56 zur Steuerung der zweiten und dritten Dreheinrichtungen 52, 62 erforderlich.
Ein Stirnrad 120 und ein Stirnrad 122 sind, wie in Fig. 6 dargestellt ist, jeweils über eine Einweg-Typ-Kupplung 124, die als solche bekannt ist, an eine Welle 126 des Elektromotors 56 angeschlossen. Das Stirnrad 120 kämmt mit einem Stirnrad 128, das an die Schnecke 64 angeschlossen ist, und das Stirnrad 122 kämmt mit einem Stirnrad 130, das an die Schnecke 54 angeschlossen ist. Die Kupplung 124 vom Einweg-Typ ist derart ausgebildet, daß die Stirnräder 122, 130 sich drehen, wahrend sich die Stirnräder 120, 128 nie drehen, wenn die Welle 126 in der Richtung A gedreht wird, und umgekehrt, in der Richtung B. Somit dreht sich die Schnecke 54 nur in Richtung C und die Schnecke 64 in Richtung D.
Die Berechnung der Steuereinrichtung wird ausgeführt unter Ein- satz der nachfolgenden Formeln.
Wie in Figur 7 wiedergegeben worden ist, wird davon ausgegangen, daß die Anzahl der Umdrehungen der vorderen Kardanwelle als N&sub1; eingestellt wird, eine Radbasis des Fahrzeuges als l , die Radlauffläche als m, ein Reifendrehwinkel als δ und das endliche Reduktionsverhältnis des vorderen Differentialgetriebes i&sub1;. Unter diesen Faktoren wird die Anzahl der Umdrehungen N&sub1; und der Reifendrehwinkel δ jeweils von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und dem Lenkwinkelsensor bestimmt.
Dann wird der durchschnittliche Kurrenradius R&sub1; (OB) der Vorderräder, der durchschnittliche Drehradius R&sub2; (OA) der Hinterräder, der Kurvenradius R&sub1;&sub1; (OC) des vorderen inneren Rades, der Kuvenradius R&sub1;&sub2; (OD) des äußeren Vorderrades, der Kurvenradius R&sub2;&sub1; (OE) des inneren Hinterrades und der Kurvenradius R&sub2;&sub2; (OF) des äußeren Hinterrades gegeben, entsprechend der Darstellung in Figur 7.
Die Anzahl der Umdrehungen N&sub2; der hinteren Kardanwelle, die Differenz ΔN zwischen der Zahl der Umdrehungen der vorderen und der hinteren Kardanwelle, die durchschnittliche Zahl der Umdrehungen n&sub1; der Vorderräder und die durchschnittliche Zahl der Umdrehungen n&sub2; der Hinterräder werden jeweils aus den nachfolgenden Formeln erhalten:
N&sub2; = cos δ N&sub1;
ΔN = N&sub1; - N&sub2; = (1 - cos δ)N&sub1;
n&sub1; = N&sub1;/i&sub1;
n&sub2; = N&sub1;/i&sub1; cos δ
Die Anzahl der Umdrehungen n&sub2;&sub1; des inneren Hinterrades erhält man wie folgt:
von der folgenden Beziehung
R&sub2;&sub1;/n&sub2;&sub1; = R&sub2;/n&sub2;
In einer ähnlichen Weise erhält man die Anzahl der Umdrehungen n&sub2;&sub2; des äußeren Hinterrades wie folgt:
aus der folgenden Beziehung.
R&sub2;&sub2;/n&sub2;&sub2; = R&sub2;/n&sub2;
Somit erhält man die Differentialzahl der Umdrehungen Δn&sub2; der Hinterräder wie folgt:
Andererseits erhält man die Anzahl der Umdrehungen n&sub1;&sub1; des inneren Vorderrades wie folgt:
aus der folgenden Beziehung
R&sub1;&sub1;/n&sub1;&sub1; = R&sub1;/n&sub1;
In ähnlicher Weise erhält man die Anzahl der Umdrehungen n&sub1;&sub2; des äußeren Vorderrades wie folgt:
aus der folgenden Beziehung
R&sub1;&sub2;/n&sub1;&sub2; = R&sub1;/n&sub1;
Dementsprechend ist die Differentialzahl der Umdrehungen Δn&sub1; der Vorderräder wie folgt zu erhalten:
Δn&sub1; = (n&sub1;&sub2; - n&sub1;&sub1;)
(Betriebsweise der Ausführungsform)
Entsprechend der Darstellung in Fig. 3, wenn das Differentialgetriebe 10 als hinteres Differentialgetriebe eingesetzt wird, steuert die Steuereinrichtung entsprechend der Darstellung in Fig. 8.
Die Anzahl der Umdrehungen N&sub1; wird ermittelt (200) aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 104, und der Reifendrehwinkel δ wird bestimmt (201) aus dem Lenkwinkelsensor 102. Dann wird die Berechnung ausgeführt (202). Die Differenz Δn&sub2; (203) zwischen der Anzahl der Umdrehungen der Hinterräder und die Differenz ΔN (204) zwischen der Anzahl der Umdrehungen der vorderen und der hinteren Kardanwelle, die theoretisch eintritt, wenn ein Mitteldifferentialgetriebe in der Kardanwelle 48 installiert ist, werden entsprechend erhalten.
Die Berechnung zum Absorbieren der Differenzen Δn2, ΔN mit Hilfe der Anzahl der Umdrehungen der Hinterräder wird ausgeführt (205), indem man das Reduktionsverhältnis der Kegelräder 46, 44 in Betracht zieht. Dann erhält man entsprechend die Anzahl der Umdrehungen, die dem linken Rad (206) und die dem rechten Rad (207) zu übertragen ist.
Die Berechnung zum Erhalten des Steuerwertes mit Hilfe der Anzahl der Umdrehungen des linken Hinterrades und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird ausgeführt (208), und der Elektromotor 56 der zweiten Dreheinrichtung 52 wird gesteuert (210). Die gleiche Berechnung wird ausgeführt (209) für das rechte Hinterrad,und der Elektromotor 56 der dritten Dreheinrichtung 62 wird gesteuert (211).
Beim Fahren des Fahrzeuges können die Schneckenräder 50, 60 jeweils durch die Schnecken 54 bzw. 64 gedreht werden. Ein umgekehrter Betrieb, d. h., die Rotation einer jeden Schnecke durch jedes der Schneckenräder ist jedoch unmöglich aufgrund der Eigenschaften der Schnecke. Somit wird das Differentialgetriebe 10 sicher gesteuert durch die Anzahl der Umdrehungen und Umdrehungsrichtungen mindestens eines Elektromotors 56.
Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform kann man ein zeitweise allradgetriebenes Fahrzeug erhalten durch die Installation eines Verteilers 150 in bezug auf die Kardanwelle 48, wobei der an sich bekannte Verteiler 150 in der Lage ist, die Antriebskraft nach vorn und hinten zu verteilen. In diesem Fall steuert die Steuereinrichtung 100 in der Weise, wie dies in Fig. 9 wiedergegeben ist.
Wenn Signale von einer Ermittlungseinrichtung 152 eingegeben werden (220), unterscheidet die Steuereinrichtung 100 zwischen einem Zweiradantrieb und einem Allradantrieb (221). Im Fall
Im Fall eines Zweiradantriebes wird die Anzahl der Umdrehungen der Hinterräder berechnet (222) auf der Basis von Signalen von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 104 und dem Lenkwinkelsensor 102. Nun besteht eine Beziehung zwischen der Anzahl der Umdrehungen des Gehäuses und der Wellen, wie dies durch die folgende Formel angegeben ist:
M&sub0; = ½(M&sub1;+M&sub2;)
wobei M&sub0; die Zahl der Umdrehungen des Gehäuses ist, M&sub1; ist die Anzahl der Umdrehungen einer der Wellen, die sich von dem Gehäuse ausgehend erstrecken, und M&sub2; ist die Anzahl der Umdrehungen der jeweils anderen.
Die Steuereinrichtung 100 berechnet (223) die Anzahl von Umdrehungen des Gehäuses, welche gleich M&sub1;/2 ist und steuert die zweite und die dritte Dreheinrichtung 52, 62 derart, daß jedes der Gehäuse um den berechneten Wert gedreht wird. Als Ergebnis wird die Anzahl der Umdrehungen des Kegelrades 44 Null (224), wodurch eine begleitende Rotation eines Teils der Kardanwelle 48 verhindert wird, die sich beim Zweiradantrieb hinter dem Verteiler 150 befindet.

Claims

1. Ein Differentialgetriebe, das einen epizyklischen Getriebestrang (18) umfaßt mit drei Drehteilen, die zwei drehbare Zahnradelemente (26) umfassen, die über eine drehbare Planetenträgeranordnung (22) aneinander angeschlossen sind, sowie koaxiale Antriebsübertragungswellen (36, 40), die den beiden Drehteilen zugeordnet sind, eine Antriebseinrichtung (44, 46) zum Drehen einer der Wellen (36, 40) sowie eine Schnecken- und Schneckenradantriebseinrichtung (50, 52) für den Antrieb des dritten der Drehteile des Getriebestranges (18), gekennzeichnet durch:

zwei epizyklische Getriebestränge (18, 20) sowie die vorgenannte Schnecken- und Schneckenradantriebseinrichtung (50, 52; 60, 62), wobei die Getriebestränge eine gemeinsame Rotationsachse ihrer Drehteile besitzen und einen axialen Abstand voneinander aufweisen;

eine erste Antriebsübertragungswelle (36), die drehbar um die Achse gehalten ist und sich zwischen jeweils einem der drehbaren Getriebeelemente (26, 26) eines jeden Getriebestranges (18, 20) erstreckt;

eine zweite Antriebsübertragungswelle (40), die drehbar um die Achse gehalten ist und sich von dem anderen drehbaren Getriebeelement (26) oder der Planetengetriebeträgeranordnung (106) eines der Getriebestränge (18) ausgehend erstreckt;

eine dritte Antriebsübertragungswelle (42), die drehbar um die Achse gehalten ist und sich von dem anderen drehbaren Getriebeelement (26) oder der Planetengetriebeträgeranordnung (108) des anderen Getriebestranges (20) ausgehend erstreckt;

wobei die Antriebseinrichtung (44, 46) zum Antrieb der ersten, zweiten oder dritten Welle (36, 40, 42) vorgesehen ist und eine Steuereinrichtung (100) zur Berechnung auf der Basis von Signalen von einem Lenkwinkelsensor (102) und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (104) und Steuerung der Anzahl der Umdrehungen mindestens eines der Schnecken- und Schneckenradantriebe (50, 52, 60, 62) der beiden Getriebestränge (18, 20).

2. Ein Differentialgetriebe (10) nach Anspruch 1, mit:

einem ersten und einem zweiten Gehäuse (22), die drehbar um die Achse gehalten sind und einen Abstand voneinander aufweisen;

Ritzeln (24), die drehbar in jedem der Gehäuse (22) angeordnet sind;

erste und zweite Seitenzahnräder (26), die mit den Ritzeln (24) kämmen und drehbar innerhalb eines jeden der Gehäuse (22) angeordnet sind;

wobei die erste Welle (36) sich von dem zweiten Seitenzahnrad (26) im ersten Gehäuse (22) zu dem ersten Seitenzahnrad (26) des zweiten Gehäuses (22) erstreckt,

und die zweite Welle (40) sich von dem ersten Seitenzahnrad (26) in dem ersten Gehäuse (22) ausgehend erstreckt;

während die dritte Welle (42) sich von dem zweiten Seitenzahnrad (26) in dem zweiten Gehäuse (22) sich in entgegengesetzte Richtung zur zweiten Welle (40) erstreckt;

einem ersten Schneckenrad (50) von einem Schnecken- und Schnekkenradantrieb, der in dem ersten Gehäuse (22) vorgesehen ist;

einem zweiten Schneckenrad (60) des anderen Schnecken- und Schneckenradantriebes, der in dem zweiten Gehäuse (22) vorgesehen ist;

einer erste Dreheinrichtung (52) mit einer ersten Schnecke (54), die mit dem ersten Schneckenrad (50) kämmt, sowie

einer zweiten Dreheinrichtung (62) mit einer zweiten Schnecke (64), die mit dem zweiten Schneckenrad (60) kämmt,

wobei die Steuereinrichtung (100) die Anzahl der Umdrehungen mindestens einer der ersten oder zweiten Dreheinrichtung (52, 62) steuert.

3. Ein Differentialgetriebe (10) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (100) mindestens die erste oder die zweite Dreheinrichtung (52, 62) steuert, um die Differenz zwischen der Umdrehungszahl der zweiten und dritten Welle (40, 42) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten.

4. Ein Differentialgetriebe (10) nach Anspruch 2, wobei das Differentialgetriebe (10) im vorderen oder hinteren Antriebsstrang installiert ist und die zweite und die dritte Welle (40, 42) jeweils mit dem linken bzw. dem rechten Antriebsrad (70, 90) verbunden sind und wobei die Steuereinrichtung (100) die erste und die zweite Dreheinrichtung (52, 52) steuert, die sich näher an dem inneren Rad bei Kurvenfahrt des Fahrzeuges befindet, um die Anzahl der Umdrehungen der Welle zu reduzieren, die an das innere Rad angeschlossen ist.

5. Ein Differentialgetriebe (10) nach Anspruch 1, mit:

einem ersten und einem zweiten Gehäuse (22), die drehbar um die Achse gehalten sind und einen axialen Abstand voneinander besitzen;

Ritzel (24) drehbar in jedem der Gehäuse (22) angeordnet sind;

erste und zweite Seitenzahnräder (26), die mit den Ritzeln (24) kämmen und drehbar in jedem der Gehäuse (22) angeordnet sind;

wobei sich die erste Welle (36) von dem zweiten Seitenzahnrad (26) in dem ersten Gehäuse (22) zum ersten Seitenzahnrad (26) in dem zweiten Gehäuse (22) erstreckt;

während die zweite Welle (40) sich von dem ersten Seitenzahnrad (26) in dem ersten Gehäuse (22) ausgehend erstreckt;

und die dritte Welle (42) sich von dem zweiten Seitenzahnrad (26) in dem zweiten Gehäuse (22) in entgegengesetzter Richtung zur zweiten Welle (40) erstreckt;

einem ersten Schneckenrad (50) des einen Schnecken- und Schnekkenradantriebes, der in dem ersten Gehäuse (22) vorgesehen ist;

einem zweiten Schneckenrad (60) des anderen Schnecken- und Schneckenradantriebes, der in dem zweiten Gehäuse (22) vorgesehen ist; und

einer Dreheinrichtung mit einer ersten Schnecke (54), die mit dem ersten Schneckenrad (50) kämmt und einer zweiten Schnecke (54), die mit dem zweiten Schneckenrad (60) kämmt, wobei die zweite Dreheinrichtung durch ein einziges Betätigungselement (56) betätigbar ist;

während die Steuereinrichtung (100) die Anzahl der Umdrehungen der Dreheinrichtung steuert.

6. Ein Differentialgetriebe (10) nach Anspruch 5, wobei die Dreheinrichtung zwei Einweg-Kupplungen (124) umfaßt und jede der Schnecken (54, 64) nur in eine Richtung gedreht wird.

7. Ein Differentialgetriebe nach Anspruch 1, mit:

einem ersten und einem zweiten Sonnenrad (110), die drehbar um die Achse gehalten sind und einen axialen Abstand voneinander besitzen;

einer Mehrzahl von Planetenzahnrädern (112), die mit jedem der Sonnenräder (110) kämmen;

wobei die erste Welle (36) sich von dem ersten Sonnenrad (110) zum zweiten Sonnenrad (110) erstreckt;

während die zweite Welle (40) sich von der Mehrzahl der Planetenzahnräder (1) ausgehend erstreckt, die mit dem ersten Sonnenrad (110) in Eingriff stehen;

und die dritte Welle sich von der Mehrzahl der Planetenzahnräder (112) ausgehend erstreckt, die mit dem zweiten Sonnenrad (110) in Eingriff stehen und zwar in entgegengesetzer Richtung zur zweiten Welle (40);

einem ersten Schneckenrad (50) des einen Schnecken- und Schnekkenradantriebes, dessen inneres Zahnrad mit der Mehrzahl der Planetenzahnräder (112) kämmt und in Eingriff mit dem ersten Sonnenrad (110) steht;

einem zweiten Schneckenrad (60) des anderen Schnecken- und Schneckenradantriebes mit einem inneren Zahnrad, welches mit der Mehrzahl der Planetenzahnräder (112) kämmt, die mit dem zweiten Sonnenrad (110) in Eingriff stehen;

einer ersten Dreheinrichtung (52) mit einer ersten Schnecke (54), die mit dem ersten Schneckenrad (50) kämmt;und

einer zweiten Dreheinrichtung (62) mit einer zweiten Schnecke (64), die mit dem zweiten Schneckenrad (60) kämmt;

wobei die Steuereinrichtung (100) die Zahl der Umdrehungen mindestens einer der ersten und zweiten Dreheinrichtungen (52, 62) steuert.

8. Ein allradangetriebenes Fahrzeug mit einer Kardanwelle (48), die sich in Längsrichtung des Fahrzeuges erstreckt, einem ersten Differentialgetriebe (10), das an ein Ende der Kardanwelle (48) angeschlossen ist, sowie einem zweiten Differentialgetriebe (80), das an das andere Ende der Kardanwelle (48) angeschlossen ist, wobei es sich bei dem ersten und zweiten Differentialgetriebe (10, 80) um ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 handelt.

9. Ein allradangetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei außerdem ein Verteiler (150) in Beziehung zur Kardanwelle (48) vorgesehen ist und das Fahrzeug als auch zweiradangetriebenes Fahrzeug eingesetzt wird.

10. Ein allradangetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (100) die Dreheinrichtungen (52, 62) derart steuert, daß die Anzahl der Umdrehungen der getriebenen Einrichtung (44) Null wird, wenn das Fahrzeug bei Gradeausfahrt als zweiradangetriebenes Fahrzeug eingesetzt wird.