DE3902082A1 - Fahrzeug mit einer vorder- und einer hinterachse - Google Patents
Fahrzeug mit einer vorder- und einer hinterachseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Es ist bereits ein gattungsgemäßes Fahrzeug bekannt
(DE-OS 36 37 596), welches jedoch einen permanenten
Vierradantrieb aufweist, bei welchem aber auch die Hinter
achse primäre Antriebsachse sein kann. Als Momentüber
tragungseinrichtung ist hierbei eine Flüssigkeitskupplung
vorgesehen, durch welche eine viskose Übertragung oder
Friktionsübertragung des Momentes bewirkt wird, so daß
Vorder- und Hinterachse immer im wesentlichen starr ver
bunden sind. Ferner sind auch bei diesem Fahrzeug Bremsen
nur an den Vorderrädern vorgesehen, während die Hinter
räder frei sind von Bremsen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Fahr
zeug so auszubilden, daß sowohl die sekundäre Antriebs
achse (Vorderachse) im Antriebsfall als auch die bremsen
lose Hinterachse im Bremsfall zuschaltbar ist, um fahr
dynamischen Bedingungen gerechter zu werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug gemäß dem Ober
begriff des Anspruches 1 mit dessen kennzeichnenden
Merkmalen gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungs
gegenstandes kennzeichnen.
Mit dem erfindungsgemäßen Längsdynamikkonzept werden also
zum einen die Antriebs- und Bremskräfte automatisch quasi
- optimal zwischen den Achsen aufgeteilt und zum anderen
wird durch die Kupplung im Antriebsstrang sowohl ein Durch
drehen als auch Blockieren einer einzelnen Achse verhindert.
Grundsätzlich wird die zweite Achse jeweils erst dann zu
geschaltet, wenn dies die Fahrsituation erfordert:
Da Radbremsen sich nur an der Vorderachse befinden, wird dann, wenn an dieser Achse ein vorgegebener Bremsschlupf überschritten wird, durch Ankupplung der Hinterachse diese mit gebremst. Dabei werden Überschußmomente an der Vorder achse automatisch um die übertragenen Momente vermindert. Der Bremsschlupf bleibt an der Hinterachse immer kleiner als an der Vorderachse. Im Grenzbereich wird das Kraft schlußpotential hinten und vorn voll genutzt, da sich die Momentenverteilung automatisch dem Achslastverhältnis und den Kraftschlußbedingungen anpaßt. Eine Gesamtblockade kann einfach durch ein entsprechendes automatisches Blockier system (ABS), das nur die Vorderräder kontrolliert, ver mieden werden.
Da Radbremsen sich nur an der Vorderachse befinden, wird dann, wenn an dieser Achse ein vorgegebener Bremsschlupf überschritten wird, durch Ankupplung der Hinterachse diese mit gebremst. Dabei werden Überschußmomente an der Vorder achse automatisch um die übertragenen Momente vermindert. Der Bremsschlupf bleibt an der Hinterachse immer kleiner als an der Vorderachse. Im Grenzbereich wird das Kraft schlußpotential hinten und vorn voll genutzt, da sich die Momentenverteilung automatisch dem Achslastverhältnis und den Kraftschlußbedingungen anpaßt. Eine Gesamtblockade kann einfach durch ein entsprechendes automatisches Blockier system (ABS), das nur die Vorderräder kontrolliert, ver mieden werden.
Tritt umgekehrt an der Hinterachse ein entsprechender
Antriebsschlupf auf, wird über die Schaltkupplung die
Vorderachse mit angetrieben, d. h., daß unterhalb einer
vorgegebenen Schlupfgrenze S K keine Momentenübertragung
erfolgt, danach jedoch jedes benötigte Moment übertragen
werden kann, ohne daß die Schlupfdifferenz zwischen Hinter-
und Vorderachse überschritten wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind ein linkes 1 und
ein rechtes Vorderrad 2 sowie ein linkes 3 und ein rechtes
Hinterrad 4 an einem (nicht gezeigten) Chassis eines Fahr
zeuges angeordnet. Mit dem linken und dem rechten Vorder
rad verbundene Halbachsen 5.1 und 5.2 sind durch ein vorderes
Differential 5.3 miteinander verbunden und stellen die Vorder
achse 5 dar, während mit dem linken und dem rechten Hinter
rad verbundene Halbachsen 6.1 und 6.2 durch ein hinteres
Differential 6.3 miteinander verbunden sind und die Hinter
achse 6 darstellen. Eine Antriebseinheit 7 mit einem Motor
und einem Getriebe ist einerseits über eine Antriebswelle 8
mit dem hinteren Differential 6.3 und andererseits über
eine Zwischenwelle 9 mit dem Eingang 10.1 einer Schalt
kupplung 10, die als Momentübertragungseinrichtung dient,
verbunden. Der Ausgang 10.2 der Schaltkupplung 10 ist über
eine Gelenkwelle 11 mit dem vorderen Differential 5.3
verbunden. Die Antriebskraft der Antriebseinheit 7 wird
im Normalfall auf die Hinterachse 6 übertragen.
Die Schaltkupplung 10 besteht hierbei aus zwei Kupplungs
hälften 10.1.1 und 10.2.1, wobei die eine - 10.1.1 -
eingangsseitig mit der Zwischenwelle 9 und die andere
- 10.2.1 - ausgangsseitig mit der Gelenkwelle 11 verbunden
ist. Beim Vorliegen bestimmter Kriterien können hierbei
die beiden Kupplungshälften in Eingriff gebracht werden,
so daß die beiden Wellen 9, 11 miteinander verbunden
werden. Das Ineingriffbringen kann hierbei beim Vorliegen
der Kriterien selbsttätig erfolgen - wobei dann die
Schaltkupplung als Freilaufkupplung ausgebildet ist - oder
alternativ fremdkraftbetätigt erfolgen - wobei dann die
Schaltkupplung als Elektromagnet - oder hydraulische oder
pneumatische Scheibenkupplung und durch ein Signal von einer
Elektronikeinheit 12 über eine Signalleitung 12.1 ansteuer
bar auszubilden ist. In beiden Fällen weist die Schalt
kupplung die in der Figur dargestellte und nachfolgend
noch erläuterte Schaltkennlinie auf.
Wie ferner aus der Figur ersichtlich ist, ist nur jedem
Vorderrad 1, 2 eine druckgeregelte Bremse 13 bzw. 14 zu
geordnet, während die Hinterräder 3, 4 frei sind von Bremsen.
Das zugehörige hydraulische Bremssystem 15 weist einen Haupt
bremszylinder 15.1 sowie zwei mit diesem verbundene
Modulatoren 15.2 und 15.3 auf, welche dazu dienen, den
vom Hauptbremszylinder zugeführten Druck einzeln zu
regeln und den daraus resultierenden Druck den Bremsen
zuzuführen. Die Modulatoren werden hierbei ebenfalls von
der Elektronikeinheit 12 über Signalleitungen 12.2 und
12.3 angesteuert, welche Signale von einer bekannten
(beispielsweise entsprechend der gattungsgemäßen
DE-OS 36 37 596), in die Elektronikeinheit integrierten
ABS-Steuereinheit generiert werden, welcher hierzu über
Signalleitungen 12.4, 12.5 Signale von Vorderraddrehzahl
sensoren 16.1 und 16.2 und gegebenenfalls über Signal
leitungen 12.6, 12.7 auch Signale von Hinterraddrehzahl
sensoren 16.3 und 16.4 zugeführt werden. Des weiteren
werden der Elektronikeinheit 12 über eine Signalleitung
12.8 noch Signale von einem Drehzahlsensor 11.1 der Ge
lenkwelle 11 und über eine Signalleitung 12.9 noch Signale
von einem Drehzahlsensor 9.1 der Zwischenwelle 9 zugeführt.
Um nun die in der Figur dargestellte Kennlinie der
Schaltkupplung 10 zu erhalten muß - bezogen auf
schlupffrei auf einer Fahrbahn rollende Räder
- an der Schaltkupplung ein sogen. "konstruktiver
Schlupf S K " vorliegen, d. h., daß das Antriebskonzept
konstruktiv so ausgelegt ist, daß die Gelenkwelle 11
gegenüber der Zwischenwelle 9 eine dem positiven kon
struktiven Schlupf entsprechende höhere Drehzahl auf
weist. Dieser konstruktive Schlupf kann entweder durch
eine Differenz der Hauptübersetzungen in dem vorderen
und hinteren Achsdifferential 5.3, 6.3 und/oder durch eine
entsprechende Übersetzung im Querabtrieb der Zwischen
welle 9 von der Antriebseinheit 7 bzw. der Antriebswelle 8
erreicht werden, so daß dieser durch folgende Beziehung
bestimmt ist: S K = (n G -n Z )/n G , wobei n G die Drehzahl
der Gelenkwelle 11 und n Z die Drehzahl der ZwischenweIle 9
bedeuten und welcher zwischen 1,5% bis 6%, vorzugsweise
etwa 4,0% beträgt.
Nachfolgend wird nun das Antriebskonzept bei verschiedenen
Fahrzuständen betrachtet und erläutert:
Im normalen Fahrbetrieb bewirkt das Antriebsmoment der
Antriebseinheit 7 einen positiven Schlupf an den Hinter
rädern 3, 4. Wächst dieser beispielsweise bei zunehmen
der Beschleunigung des Fahrzeuges, reduziert sich bei
frei rollender Vorderachse die Drehzahldifferenz zwischen
der Gelenkwelle 11 und der Zwischenwelle 9 bis zur Dreh
zahlgleichheit, also n G =n Z . In diesem Zeitpunkt bzw. bei
einem weiteren Anstieg des Schlupfes an den Hinterrädern
schaltet die Schaltkupplung 10 und verbindet die beiden
Wellen 9, 11, so daß auch ein entsprechendes Antriebs
moment auf die Vorderräder 1, 2 übertragen wird.
Ist hierbei die Schaltkupplung 10 als Freilaufkupplung
- beispielsweise Klemmrollenfreilaufkupplung - ausgebildet,
so werden bei n G =n Z die beiden Kupplungshälften 10.1.1
und 10.2.1 selbsttätig in Eingriff gebracht, während bei
fremdkraftbetätigt ausgebildeter Schaltkupplung 10 die
beiden Kupplungshälften dann in Eingriff gebracht werden,
wenn von der Elektronikeinheit 12 über die Signalleitung
12.1 ein Schaltsignal an die Kupplung angelegt wird,
welches dann generiert ist, wenn die Elektronikeinheit
anhand der dieser zugeführten Drehzahlsignale der Dreh
zahlsensoren 9.1 und 11.1 Drehzahlgleichheit zwischen
den beiden Wellen 9 und 11 festgestellt hat.
Da der "konstruktive Schlupf" also eine höhere Hinterachs
drehzahl erzwingt, resultiert hieraus ein tendenziell leicht
übersteuerndes Verhalten beim Beschleunigen.
Sobald nun die Drehzahl n G der Gelenkwelle 11 wieder größer
ist als die Drehzahl n Z der Zwischenwelle 9 bzw. die
Drehzahl n Z der Zwischenwelle 9 wieder kleiner ist als
die Drehzahl n G der Gelenkwelle 11, also n G < n Z , öffnen
die Kupplungshälften der als Freilaufkupplung ausgebildeten
Schaltkupplung wieder selbsttätig, so daß die beiden Wellen
wieder voneinander getrennt sind und der normale Hinter
achsantrieb wieder hergestellt ist.
Ist hingegen die Schaltkupplung als durch ein Schaltsignal
ansteuerbare, fremdkraftbetätigte Kupplung ausgebildet,
öffnen die beiden Kupplungshälften dann, wenn
erneut ein Schaltsignal von der Elektronikeinheit 12 an
die Kupplung angelegt wird, welches wie folgt generiert
wird: in den Drehzahlsensor 9.1 der Zwischenwelle 9 ist
zusätzlich noch ein berührungsloser Drehmomentsensor 9.2
integriert, welcher ein Signal erzeugt und an die
Elektronikeinheit zuführt, wenn das an der Zwischenwelle
bei geschlossener Schaltkupplung auftretende Drehmoment
sein Vorzeichen wechselt, was dann der Fall ist, wenn
/n G / < /n Z / werden will.
Beim Anfahren mit dem Fahrzeug aus dem Stand ist bei Rad
drehzahlen gleich 0 auch die Drehzahldifferenz Δ n zwischen
den beiden Wellen 9 und 11 gleich 0, so daß die beiden
Kupplungshälften der Schaltkupplung in Eingriff sind.
Das Fahrzeug fährt also automatisch im Allradzustand mit
idealer Momentenaufteilung an und bleibt mit abnehmendem
Vorderachsanteil im Allradzustand, bis der Schlupf an der
Hinterachse kleiner als der Schlupf S K bzw. Δ n = n G -n Z <0 ist,
worauf die Schaltkupplung - wie zuvor beschrieben - wieder
öffnet.
Selbstverständlich ist bei einer als Freilaufkupplung
ausgebildeten Schaltkupplung diese so ausgelegt, daß beim
Anfahren im Rückwärtsgang sich die Wirkrichtung des Frei
laufs - aufgrund der Umkehrung der Drehrichtung der
Zwischenwelle - ebenfalls umkehrt, wobei die Umkehrung
selbsttätig oder geschaltet erfolgen kann.
Im Bremsfall werden Bremsmomente an den Bremsen 13, 14 der
Vorderachse 5 aufgebracht und erzeugen in Folge einen
- gegenüber der Hinterachse - negativen Schlupf an den
Rädern 1,2. Mit zunehmender Verzögerung wird wiederum
die Drehzahldifferenz zwischen der Gelenkwelle 11 und
der Zwischenwelle 9 bis zur Drehzahlgleichheit reduziert,
also n G = n Z , da beim Bremsvorgang durch die Verzögerung der
Räder auch die Gelenkwelle 11 verzögert wird. Sodann
schaltet die Schaltkupplung 10 und verbindet wiederum die
Gelenkwelle 11 mit der Zwischenwelle 9 und somit auch mit
der Antriebswelle 8, so daß über die Verspannung der Wellen
die Hinterachse 6 mitgebremst und an den Hinterrädern 3,4
ebenfalls Bremsschlupf erzeugt wird. Der Hinterachsanteil
steigt hierbei so lange, bis im Grenzbereich eine den Rad
lasten und Kraftschlußbeiwerten entsprechende Momenten
aufteilung erreicht ist. Durch die Schaltkupplung muß
also das Bremsmoment übertragbar sein, das an der Hinter
achse maximal auf die Fahrbahn gebracht werden kann. Der
beim Bremsen erzwungene höhere Schlupf an den Vorderrädern
ergibt hierbei ein leicht untersteuerndes Bremsverhalten.
Sobald beim Lösen der Bremsen die Drehzahl n G der Gelenk
welle 11 wieder größer wird als die Drehzahl n Z der
Zwischenwelle 9, öffnen die Kupplungshälften der Schalt
kupplung wieder - wie zuvor beschrieben - und der normale
Hinterachsantrieb ist wieder hergestellt.
Wie aus der Figur weiteres ersichtlich ist, kann - falls
erforderlich - eine zusätzliche Bremskraft an der Vorder
achse 5 ausgeübt werden, in dem noch eine druckgeregelte
Bremse 17 auf der Gelenkwelle 11 angeordnet wird, welche
in das hydraulische Bremssystem 15 entsprechend integriert
ist. Die zusätzliche Bremskraft kann jedoch auch durch ein
anderes Bremsprinzip, bspw. eine Wirbelstrombremse, aufge
bracht werden.
Des weiteren kann in bekannter Weise mindestens an der
Hinterachse 6 noch eine Differentialsperre 6.4, aber
auch an der Vorderachse 5 noch eine Differentialsperre 5.4,
vorgesehen sein, welche gesteuert, geregelt oder automatisch
bei bestimmten Fahrbedingungen (beispielsweise Kurven
fahrt, µ-Split-Bedingungen etc.) einen Übergang der
Momentenverteilung von dem select-low-Prinzip zu einem
select-high-Prinzip ermöglichen, falls dies im Rahmen von
Optimierungen gewünscht wird.
Claims (9)
1. Fahrzeug mit einer Vorder- und einer Hinterachse,
einer Antriebseinheit die über eine Antriebswelle mit der Hinterachse verbunden ist,
einer Momentübertragungseinrichtung, welche ausgangs seitig über eine Gelenkwelle mit der Vorderachse und eingangsseitig über eine Zwischenwelle mit der Antriebseinheit verbunden ist,
mit Bremsen an den Rädern, die auf der Vorderachse montiert sind, wobei die auf der Hinterachse montierten Räder ohne Bremsen sind,
sowie einer Einrichtung zur Ausübung von Kraft auf die Bremsen, dadurch gekennzeichnet,
einer Antriebseinheit die über eine Antriebswelle mit der Hinterachse verbunden ist,
einer Momentübertragungseinrichtung, welche ausgangs seitig über eine Gelenkwelle mit der Vorderachse und eingangsseitig über eine Zwischenwelle mit der Antriebseinheit verbunden ist,
mit Bremsen an den Rädern, die auf der Vorderachse montiert sind, wobei die auf der Hinterachse montierten Räder ohne Bremsen sind,
sowie einer Einrichtung zur Ausübung von Kraft auf die Bremsen, dadurch gekennzeichnet,
- - daß - bezogen auf schlupffrei auf einer Fahrbahn rollende Räder - die Gelenkwelle (11) gegenüber der Zwischen welle (9) einen - konstruktiv vorgegebenen - positiven Schlupf aufweist und
- - daß die Momentübertragungseinrichtung eine bei Δ n = n G -n Z = 0 die beiden Wellen (9, 11) ver bindende und bei Δ n = n G -n Z <0 die beiden Wellen trennende Schaltkupplung (10) ist, wobei n G die Drehzahl der Gelenkwelle und n Z die Drehzahl der Zwischenwelle bedeuten.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkupplung (10) als selbsttätig schaltende
Freilaufkupplung ausgebildet ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirkrichtung der Freilaufkupplung
umkehrbar ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkupplung (10) als fremdkraftbetätigte
Kupplung und durch ein Schaltsignal ansteuerbar
ausgebildet ist.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltsignal zum Schließen der Schaltkupplung
dann generiert ist, wenn Drehzahlgleichheit zwischen
den beiden Wellen (9, 11) vorliegt.
6. Fahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltsignal zum Öffnen der Schaltkupplung
dann generiert ist, wenn das an der
Zwischenwelle (9) sensierte Drehmoment sein Vor
zeichen wechselt, also wenn /n G /</n Z / werden will.
7. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß neben den Bremsen (13, 14) der Vorderachse (5)
noch eine auf die Gelenkwelle (11) wirkende,
druckgeregelte Bremse (17) vorgesehen ist, welche
in das hydraulische Bremssystem (15) integriert ist.
8. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlupf S K konstruktiv durch unterschiedliche
Ausbildung der Hauptübersetzungen in dem vorderen und
hinteren Achsdifferential (5.3, 6.3) gebildet ist.
9. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlupf S K konstruktiv durch eine von dem
vorderen Achsdifferential (5.3) abweichende Übersetzung
im Querabtrieb der Zwischenwelle (9) von der Antriebs
einheit (7) bzw. der Antriebswelle (8) gebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893902082 DE3902082A1 (de) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | Fahrzeug mit einer vorder- und einer hinterachse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893902082 DE3902082A1 (de) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | Fahrzeug mit einer vorder- und einer hinterachse |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3902082A1 true DE3902082A1 (de) | 1990-08-09 |
Family
ID=6372720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893902082 Withdrawn DE3902082A1 (de) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | Fahrzeug mit einer vorder- und einer hinterachse |
Country Status (1)
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