DE3829940C2 - Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraft­ fahrzeug mit zumindest einem Differentialgetriebe und einer Vis­ kositätskupplung zur Verteilung eines Antriebsdrehmomentes auf einen ersten und einen zweiten Antriebszug, wobei der erste An­ triebszug mechanisch die Antriebskraft von einem Motor auf ein Paar Vorderräder überträgt und der zweite Antriebszug zur wahl­ weisen Übertragung von Antriebskraft auf ein Paar Hinterräder vorgesehen ist und abfolgend zumindest ein Beschleunigungsge­ triebe und die Viskositätskupplung enthält.

Ein Beispiel eines Allradantriebssystems, das im Stand der Tech­ nik bekannt ist, ist so ausgelegt, daß es eine Antriebskraft von einem Motor zu einem Satz Vorderräder über einen mechanisch im Eingriff befindlichen Antriebszug zwischen diesen und auf einen Satz Hinterräder durch eine Viskositätskupplung derart übertra­ gen kann, daß die Antriebskraft auf die Vorder- und Hinterräder auf der Grundlage einer Drehzahldifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle der Viskositätskupplung verteilt wird, um hierdurch die Verteilung der Antriebskraft in Übereinstimmung mit den Bedingungen der Straßenoberfläche und den Antriebsbedin­ gungen zu verteilen.

Das Allradantriebssystem des Standes der Technik ist so aufge­ baut, daß die Drehzahlen Ni, No der Eingangs- und Ausgangswelle der Viskositätskupplung gleich sind, wenn die Drehzahlen Nf, Nr der Vorder- und Hinterräder gleich sind und daß die Differenz ΔNio (= Ni - No) bezüglich der Drehzahl zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle der Viskositätskupplung in Abhängigkeit von der Differenz ΔNfr (= Nf - Nr) der Drehzahlen zwischen den Vorder- und Hinterrädern veranlaßt ist. Das Antriebssystem be­ wirkt somit einen Zweiradantriebszustand, wenn keine Differenz Nfr bezüglich der Drehzahlen zwischen den Vorder- und Hinterrä­ dern auftritt, woraus die Neigung resultiert, daß die Antriebs­ kraft, die auf die Hinterräder verteilt ist, kleiner ist als diejenige, die auf die Vorderräder einwirkt.

Wenn das Antriebssystem in einem Zweiradantriebszustand arbeitet, besteht eine Beziehung Nf < Nr, da die Vorder­ räder, wenn auch in ganz geringem Umfang, Schlupf aufwei­ sen. Im Ergebnis dessen wird eine Antriebskraft propor­ tional zur Differenz ΔNfr bezüglich der Drehzahldiffe­ renz zwischen Vorder- und Hinterrädern, wie in Fig. 3 durch die unterbrochenen Linien repräsentiert, auf die Hinterräder übertragen. Da die Differenz ΔNfr jedoch so gering ist, ist die Antriebskraft Ff, die auf die Vorder­ räder übertragen wird, weitaus größer als die Kraft Fr, die auf die Hinterräder übertragen wird, sieht man von einigen speziellen Momenten und Fahrbedingungen einmal ab.

Infolge dessen weist das Antriebssystem nach dem Stand der Technik eine bestimmte Ansprechverzögerung auf, wenn es auf eine bestimmte positive Differenz ΔNfr bezüglich der Drehzahlen zwischen den Vorder- und Hinterrädern re­ agieren soll, wobei diese positive Differenz entsteht, wenn die Drehzahl der Vorderräder, die stets angetrieben sind, höher ist als diejenige der Hinterräder, um die Art des Antriebe s vom Zweirad-Antriebszustand auf den Vierrad-Antriebszustand umzuschalten und hierdurch die Effektivität der Beschleunigung beim Starten, die Gerade­ ausfahrstabilität und die Steuerbarkeit bzw. das Fahrver­ halten auf einer schlüpfrigen Straßenoberfläche zu ver­ bessern.

Außerdem wird beim Bremsen, das dazu führt, daß die Dreh­ zahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern ΔNfr negativ wird und die Vorderräder dazu neigen, zu blockie­ ren, die Antriebskraft auf die Hinterräder übertragen, um die Bremseffektivität zu erhöhen. Jedoch wird dabei ein hohes Bremsdrehmoment unter der Wirkung des Antriebs­ systemes auf die Hinterräder übertragen, umgekehrt zu der Übertragung, die ausgeführt wird, wenn eine positive Dif­ ferenz ΔNfr bezüglich der Drehzahlen zwischen den Vorder- und Hinterrädern auftritt. Infolge dessen neigen die Hinterräder dazu, während eines Motorbremsbetriebes auf einer schlüpfrigen, abschüssigen Straße bei Betätigung der Fußbremse zu blockieren mit der Folge einer schlechten unzuverlässigen Bremsstabilität und -effizienz.

Aus "Automobil-Industrie" 2/86, S. 185-201 ist es bekannt, Vier­ radantriebe mit Mitteldifferentialen und Viskositäts-Sperr- Kupplungen oder auch Viskositätskupplungen allein als Aus­ gleichsgetriebe zur Verteilung des Antriebsdrehmoments zwischen Vorder- und Hinterachse zu verwenden.

Eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-C2-35 33 143 bekannt. Eine Motorabtriebswelle ist hierbei über ein als Ausgleichs- und Verteilergetriebe dienendes Plane­ tenradgetriebe zur Antriebskraftverteilung auf die Vorder- und Hinterachse verbunden, wobei dem in seinem Verteilungsverhältnis unveränderlichen Planetenradgetriebe eine Fluidkupplung als Ge­ triebesperre in Bezug auf die Ausgleichswirkung des Planetenrad­ getriebes zugeordnet ist. Um bei einem derartigen Verteiler- und Ausgleichsgetriebe eine Variabilität der Verteilung des An­ triebsdrehmomentes auf Vorder- und Hinterachse zu ermöglichen, ist vorgesehen, die Flüssigkeitsreibkupplung zusätzlich mit einem durch ein stufenloses Geschwindigkeitswechselgetriebe erzeugten Antriebsdrehmoment zu beaufschlagen, derart, daß eine Zwangsro­ tation einer der beiden Kupplungshälften der Flüssigkeitsreib­ kupplung zur Erzielung einer Vor- oder Nacheilung der auf diese Weise gesteuerten Kupplungshälfte gegenüber der anderen Kupp­ lungshälfte und damit eine Steuerung der Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse erreicht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebs­ einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist und deren Ansprechverhalten in Bezug auf eine Än­ derung des Antriebszustandes des Kraftfahrzeuges verbessert ist und in Abhängigkeit von einer Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrädern des Kraftfahrzeuges eine verbesserte Antriebs­ drehmomentübertragung auf die primär angetriebenen Räder in ei­ nem Antriebsbeschleunigungszustand der primär angetriebenen Rä­ der und eine verminderte Bremsmomentübertragung auf die sekundär angetriebenen Räder während einer Abbremsung des Kraftfahrzeuges bewirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Antriebszug ein durch das Beschleunigungsgetriebe und das hintere Differentialgetriebe bestimmtes Übersetzungsver­ hältnis aufweist, derart, daß das Verhältnis der Drehzahl der mit der Ausgangsdrehzahl des Beschleunigungsgetriebes rotierenden Eingangswelle der Viskositätskupplung zur Dreh­ zahl der Vorderräder größer ist als das Verhältnis der Dreh­ zahl der mit der Ausgangsdrehzahl der Viskositätskupplung rotierenden Eingangswelle des hinteren Differentialgetriebes zur Drehzahl der Hinterräder, wobei das Beschleunigungsge­ triebe in einem, ein vorderes Differentialgetriebe enthal­ tendes Übertragungsgehäuse aufgenommen ist und einen ersten Rädergetriebezug sowie ein Kegelradgetriebe, das mit dem er­ sten Rädergetriebezug über eine Zahnkupplung verbunden ist, aufweist, wobei die Viskositätskupplung koaxial zu einer Ke­ gelradwelle des Abtriebskegelrades des Kegelradgetriebes an­ geordnet ist.

Dieser Aufbau ist wirksam, um die vorerwähnten Nachteile und Mängel des Standes der Technik zu überwinden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist in Anspruch 2 dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In die­ sen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebszuges einer Allrad-Antriebseinrichtung, ausgerüstet mit einer Antriebseinrichtung mit einer Viskositätskupp­ lung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung eines Grundabschnittes der Antriebseinrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 ein Diagramm einer Drehmomentübertragungscharakteri­ stik der Viskositätskupplung, die in der Antriebs­ einrichtung gemäß Fig. 1 verwendet wird.

Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist in diesen ein Ausführungs­ beispiel einer Allrad-Antriebseinrichtung gezeigt, mit einem me­ chanisch in Eingriff bringbaren und lösbaren Frontantriebszug zum Übertragen einer Antriebskraft von einem Motor 1 und einem Ge­ triebe 2 auf einen Satz Vorderräder 3. Der Frontantriebszug ent­ hält ein Frontdifferential 4 und einen Satz Frontantriebsachsen 5. Die Allrad-Antriebseinrichtung enthält außerdem einen hinteren oder Rückantriebszug zum Übertragen einer Antriebskraft von dem Frontdifferential 4 auf einen Satz Hinterräder 6. Der hintere An­ triebszug enthält ein Beschleunigungsgetriebe 7, eine Eingangs­ welle 8 der Viskositätskupplung, eine Viskositätskupplung 9, eine Ausgangswelle 10 der Viskositätskupplung 9, ein hinteres Diffe­ rential 11 und einen Satz hinterer Antriebsachsen 12.

Der Abschnitt des hinteren Antriebszuges, in dem das Beschleunigungsgetriebe 7 und die Viskositätskupplung 9 angeordnet sind, ist so aufgebaut, wie er im einzelnen in Fig. 2 gezeigt ist, wobei das Beschleunigungsgetriebe 7 in dem Übertragungsgehäuse 20 eingeschlossen ist und eine Zahnkranzwelle 21, einen Zahnkranz 22, einen Ge­ genzahnkranz 23, eine Gegenzahnkranzwelle 24, eine Gegen­ welle 25, eine Kupplungshülse 26, ein Hülsenzahnrad 27, ein Schiebezahnrad 28, ein Hypoidzahnrad 29 und ein An­ triebszahnrad 30 enthält.

Die Viskositätskupplung 9 enthält eine Anzahl alternie­ render äußerer und innerer Platten und Silikonöl von ho­ her Viskosität.

Nimmt man nun einmal an, daß ein Übersetzungsverhältnis des Frontdifferentiales 4 mit if bezeichnet ist, ein Übersetzungsverhältnis des Beschleunigungsgetriebes 7 mit it bezeichnet ist, ein Übersetzungsverhältnis des hinteren Differentials 11 mit ir bezeichnet ist und eine Getriebeausgangsdrehzahl mit Nt bezeichnet ist, dann er­ gibt sich die Drehzahl der Vorderräder Nf zu

Nf = (1/if) × Nt

Die Drehzahl Ni der Eingangswelle 8 der Kupplung ergibt sich zu

Ni = 1/(if × it) × Nt.

Die Drehzahl Nr der Hinterräder 6 wird erhalten zu

Nr = (1 / ir) x No,

wobei No die Drehzahl der Ausgangswelle 10 der Viskosi­ tätskupplung 9 ist.

Entsprechend ist das Ergebnis der Drehzahl Ni der Aus­ gangswelle 10 der Kupplung 9, geteilt durch die Drehzahl Nf der Vorderräder 1/it , während das Ergebnis der Dreh­ zahl No der Ausgangswelle 10 der Kupplung 9, geteilt durch die Drehzahl Nr der Hinterräder 6 ir ist.

Die Antriebseinheit ist so ausgelegt, daß (1 / it) < (ir), d. h. 1 < ir × it ist, um die Beziehung zu erhalten

(Ni / Nf) < (No / Nr).

Im einzelnen wird die obige Beziehung erreicht, indem in geeigneter Weise eines oder beide Übersetzungsverhältnis­ se it, ir das Beschleunigungsgetriebe 7 und des Diffe­ rentials 11, die die mechanischen Antriebskraftübertra­ gunsteile oder -elemente sind, die der Antriebszug auf­ weist, festgelegt wird.

Die Allrad-Antriebseinrichtung arbeitet wie folgt:

In dem mit der Viskositätskupplung ausgerüsteten Fahrzeug ist eines der Übersetzungsverhältnisse oder sind beide Übersetzungsverhältnisse it, ir das Beschleunigungs­ getriebe 7 und des hinteren Differentials 11 so festge­ legt, daß sie die Bedingung 1 < ir × it erfüllen.

Durch diese Festlegung ist die Drehzahldifferenz ΔNio zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle 8, 10 der Visko­ sitätskupplung 9 größer als die Drehzahldifferenz ΔNfr zwischen den Vorder- und Hinterrädern 6, wenn die Dreh­ zahl Nf der Vorderräder 3 hoch ist. Im Gegensatz dazu ist die Differenz ΔNfr der Drehzahlen zwischen der Eingangs­ welle 8 und der Ausgangswelle 10 der Viskositätskupplung 9 kleiner als die Differenz ΔNfr der Drehzahlen von Vorder- und Hinterrädern 3, 6, wenn die Drehzahl Nr der Hinterräder 6 hoch ist.

Infolgedessen hat die Viskositätskupplung 9 eine Drehmomentübertragungskennlinie, wie sie in Vollinien in Fig. 3 gezeigt ist, d. h. in dem Bereich, in dem eine po­ sitive Differenz ΔNfr zwischen den Drehzahlen der Vorder- und Hinterräder veranlaßt ist, d. h. die Drehzahl der immer angetriebenen Vorderräder 3 ist höher als die­ jenige der Hinterräder 6, wird eine höhere Drehmomentübertragungscharakteristik für eine bestimmte Differenz ΔNfr bezüglich der Drehzahlen von Vorder- und Hinterrädern erhalten als vergleichsweise bei der her­ kömmlichen Charakteristik, die in unterbrochenen Linien dargestellt ist, und für die die Beziehung it × ir = 1 gilt.

Andererseits ist in dem Bereich, in dem eine negative Differenz ΔNfr zwischen den Drehzahlen der Vorder- und Hinterräder veranlaßt ist, d. h. die Drehzahl der Hinter­ räder 6 ist höher als diejenige der Vorderräder 3, eine niedrigere Drehmomentübertragungscharakteristik für eine bestimmte Differenz ΔNfr der Drehzahlen zwischen Vorder- und Hinterrädern erhalten, als vergleichsweise bei der herkömmlichen Übertragungscharakteristik, die in unter­ brochener Linie dargestellt ist und für die it × ir = 1 gilt. D.h. die Drehmomentübertragungscharakteristik der Antriebseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird erhalten, indem die unterbrochene Kennlinie, die den Stand der Technik mit it × ir = 1, (Ni/Nf = No/Nr) reprä­ sentiert, parallel nach oben verschoben wird.

Wenn in der Zwischenzeit das Ergebnis von it × ir so festgelegt ist, daß es beträchtlich kleiner als 1 ist, wird die Differenz ΔNio der Drehzahlen zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle 8, 10 so groß selbst beim Fahren im Leerlauf bzw. Ausrollen, daß ein erhöhter Lauf- bzw. Fahrwiderstand auftritt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, den Prozentsatz, um den das Ergebnis von it × ir kleiner als 1 ist, auf wenige Prozent, z. B. 5% festzulegen.

Entsprechend wird bei einem schlüpfrigen Straßenoberflächenzustand oder einem Schlupf bewirkenden Fahrzustand, bei dem an den Vorderrädern eine Neigung zu Schlupf auftritt, eine Antriebskraft größer als vorher auf die Hinterräder 6 verteilt, wobei dies zu einem ver­ besserten Ansprechverhalten und einer verbesserten Reak­ tion zum Umschalten der Betriebsweise von Zweiradantrieb auf Vierradantrieb führt und es so möglich macht, eine hervorragende Beschleunigung beim Start, zuverlässige Ge­ radeausfahrstabilität, eine verbessere Lenkbarkeit und Fahrstabilistät auf einer schlüpfrigen Straße etc. zu er­ halten.

Außerdem wird in dem Fall, bei dem die Vorderräder sich in einem Zustand befinden, der dazu neigt, daß sie beim Bremsen blockieren, ein Bremsdrehmoment auf die Hinterrä­ der 6 übertragen, welches kleiner ist als vorher, wodurch es möglich wird, ein Blockieren der Hinterräder beim Mo­ torbremsen zu verhindern, während es gleichzeitig möglich ist, eine Leistungscharakteristik beizubehalten, bei der die Vorderräder bei Betätigung der Fußbremse dazu neigen, leichter als die Hinterräder zu blockieren, wodurch die Bremsstabilität verbessert wird.

Zu diesem Zeitpunkt findet keine Änderung in der Vertei­ lung des Antriebsdrehmomentes auf die Hinterräder in Ab­ hängigkeit von der Differenz ΔNfr bezüglich der Drehzah­ len von Vorder- und Hinterrädern statt, woraus eine ver­ besserte Bremswirkung und -effizient resultiert.

Aus den vorangegangenen Erläuterungen wird deutlich, daß mit der Allrad-Antriebseinrichtung die folgenden Wirkungen erreicht werden können:

(1) Da eines der oder beide Übersetzungsverhältnisse des Beschleunigungsgetriebes 7 und des hinteren Differen­ tials 11 so festgelegt sind, daß sie der Beziehung 1 < ir × it entsprechen, wird es möglich, eine hervorra­ gende Beschleunigungseffizienz beim Starten, eine zuver­ lässige Geradeausfahrstabilität und eine verbesserte Lenkbarkeit bzw. Fahrstabilistät auf einer schlüpfrigen Straße zu erhalten und gleichzeitig wird es möglich, zu verhindern, daß die Hinterräder beim Bremsen blockieren, selbst dann, wenn das Bremsen dazu neigt, eine Blockie­ rung der Vorderräder zu veranlassen, wodurch die Brems­ stabilität des Fahrzeuges verbessert wird.

(2) Die Antriebseinrichtung ist so ausgelegt, daß das Er­ gebnis des Verhältnisses der Drehzahl Ni der Eingangswel­ le der Viskositätskupplung zu der Drehzahl Ff der Vorder­ räder größer ist als das Ergebnis des Verhältnisses der Drehzahl No der Ausgangswelle der Viskositätskupplung zu der Drehzahl Nr der Hinterräder, wobei dies durch ent­ sprechende Gestaltung der Übersetzungsverhältnisse der herkömmlichen Getriebeteile erreicht wird und es möglich ist, die unter (1) vorbeschriebene Wirkung zu erreichen, ohne daß die Anzahl der Teile erhöht werden muß oder sich der Aufbau kampliziert.

Obwohl das Ausführungsbeispiel dergestalt erläutert und gezeigt wurde, daß das erfindungsgemäße Antriebssystem durch Veränderung der Übersetzungsverhältnisse der Zahn­ räder erreicht wurde, kann auch ein zusätzliches Zahnrad oder können zusätzliche Zahnräder für diesen Zweck ange­ wandt werden und in solch einem Fall können je nach Wunsch Verhältnisse durch Ansteuerung der entsprechenden Zahnradpaarungen ausgewählt werden, die entweder der Be­ ziehung Ni/Nf = No/Nr oder der Beziehung Ni/Nf < No/Nr genügen.

Claims (2)

1. Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Differentialgetriebe und einer Viskositätskupplung zur Verteilung eines Antriebsdrehmomentes auf einen ersten und einen zweiten Antriebszug, wobei der erste Antriebszug mechanisch die Antriebskraft von einem Motor auf ein Paar Vorderräder überträgt und der zweite Antriebszug zur wahlweisen Übertragung von Antriebskraft auf ein Paar Hinterräder vorgesehen ist und abfolgend zumindest ein Beschleunigungsgetriebe und die Viskositätskupplung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Antriebszug ein durch das Beschleunigungsgetriebe (7) und das hintere Differentialgetriebe (11) bestimmtes Übersetzungsverhältnis aufweist, derart, daß das Verhältnis der Drehzahl (Ni) der mit der Ausgangsdrehzahl des Beschleunigungsgetriebes (7) rotierenden Eingangswelle (8) der Viskositätskupplung (9) zur Drehzahl (Nf) der Vorderräder (3) größer ist als das Verhältnis der Drehzahl (No) der mit der Ausgangsdrehzahl der Viskositätskupplung (9) rotierenden Eingangswelle (10) des hinteren Differentialgetriebes (11) zur Drehzahl (Nr) der Hinterräder (6), wobei das Beschleunigungsgetriebe (7) in einem, ein vorderes Differentialgetriebe (4) enthaltendes Übertragungsgehäuse (20) aufgenommen ist und einen ersten Rädergetriebezug (22, 23) sowie ein Kegelradgetriebe (29, 30), das mit dem ersten Rädergetriebezug (22, 23) über eine Zahnkupplung (26, 27) verbunden ist, aufweist, wobei die Viskositätskupplung (9) koaxial zu einer Kegelradwelle des Abtriebskegelrades (30) des Kegelradgetriebes (29, 30) angeordnet ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis in dem zweiten Antriebszug der Beziehung 1 < ir × itgenügt,
wobei ir das Übersetzungsverhältnis des hinteren Differentialgetriebes (11) und it das Übersetzungsverhältnis des Beschleunigungsgetriebes (7) ist.