DE3908152C2

DE3908152C2 - Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeugs mit zwei Haupt- und zwei Hilfsantriebsrädern

Info

Publication number: DE3908152C2
Application number: DE3908152A
Authority: DE
Inventors: Yasuji Shibahata; Shinji Ohkuma
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: FR2628370B1; GB2216473B; GB8905804D0; JPH0761779B2; JPH01233124A; DE3908152A1; FR2628370A1; GB2216473A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeugs mit zwei Haupt- und zwei Hilfsantriebsrädern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus DE 34 08 991 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art für ein Fahrzeug mit Allradantrieb, beispielsweise für einen Traktor, bekannt. Die Auslegung ist hierbei derart getroffen, daß man ein schnelles Wenden mit einem kleinen Wenderadius bei einer sehr niedrigen Fahrgeschwindigkeit erreichen kann. Bei diesem Fahrzeug wird die Umfangsgeschwindigkeit der als Hilfsantriebsräder wirkenden Vorderräder gegenüber den Hinterrädern mit Hilfe einer Umschalteinrichtung erhöht, wenn zumindestens eine von den drei nachstehend angegebenen Bedingungen erfüllt wird: Der Einschlagwinkel der Vorderräder übersteigt einen vorbestimmten Winkel; die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt unter einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine der Hinterradbremsen wird betätigt. Bei dieser Fahrzeugauslegung ist keine unabhängige radweise Einstellung der auf die Hilfsantriebsräder zu übertragenden Antriebsleistung möglich. Bei diesem Fahrzeug ergibt sich somit immer zwangsläufig eine Tendenz zu einem Untersteuerungsverhalten beim Wenden bzw. Kurvenfahren, so daß im niedrigen bzw. mittleren Geschwindigkeitsbereich das Kurvenfahrvermögen des Fahrzeugs nicht verbessert werden kann, und im Hochgeschwindigkeitsbereich sich Laufinstabilitäten beim Fahrzeug ergeben können.

Ferner ist in Fig. 1 der Zeichnung ein an sich bekanntes Fahrzeug mit Vorder- und Hinterradantrieb (nachstehend als "4WD-Kraftfahrzeug" bezeichnet) gezeigt, bei dem die Antriebsleistungsübertragung von einer Brennkraftmaschine 1 über ein Getriebe T/M und eine Abtriebswelle 2 zu einem ersten Differential 3 erfolgt, welches ein Differentialgehäuse 4 und zwei Abtriebswellen 5 und 6 aufweist, die jeweils mit den Vorderrädern FW über Antriebsachsen 7 und 8 verbunden sind. Die Antriebsleistung wird dann von dem ersten Differential 3 über eine Gelenkwelle 9 zu einem zweiten Differential 13 übertragen, um zwei Hinterrädern RW anzutreiben. Das zweite Differential 13 hat ein Differentialgehäuse 14, mit dem das hintere Ende der Gelenkwelle 9 über kämmende Zahnräder 11 und 12 gekoppelt ist. Das Differentialgehäuse 14 weist ein Paar von drehmomentübertragenden Kupplungen (z.B. hydrau lische Mehrscheibenkupplungen) 21 und 25 auf, die jeweils an den Abtriebswellen 15 und 16 angebracht sind, die mit den zugeordneten Hinterrädern RW über Antriebsachsen 17 und 18 jeweils verbunden sind. Die hydraulischen Mehrscheiben kupplungen 21 und 25 werden mit Hilfe eines nicht gezeigten Druckmittel steuersystems gesteuert, um die auf die Abtriebsachsen 15 und 16 zu übertragenden Antriebsleistung zu verändern.

Insbesondere weisen die hydraulischen Mehrscheibenkupplungen 21 und 25 jeweils äußere Platten 22 und 26 auf, die mit den linken und rechten Teilen des Differentialgehäuses 14 fest ver bunden sind, und jeweils innere Platten 23 und 27, die fest mit den zugeordneten Abtriebsachsen 15 und 16 verbunden sind und abwechselnd zu den äußeren Platten 22 und 26 angeordnet sind. Die auf die Abtriebsachsen 15 und 16 zu übertragende Antriebsleistung läßt sich durch Einleiten von unter Druck stehendem Öl in die hydraulischen Druckkammern 24 und 28 der zugeordneten Kupplungen 21 und 25 variieren.

Nunmehr sei angenommen, daß das 4WD-Kraftfahrzeug eine Kurve durchfährt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn das Kraftfahrzeug gleichförmig gelenkt wird und zugleich die Brennkraftmaschinenleistung gering ist sowie die Vorder räder FW mit geringem Schlupf arbeiten, fährt das äußere Hinterrad RW (bezogen auf den Spurkreis), das ein Hilfs antriebsrad ist, auf einer Bahn r₄, die außerhalb einer mittleren Bahn f₀ der Vorderräder FW liegt, welche die Hauptantriebsräder sind. Daher sollten in idealer Weise die Drehgeschwindigkeiten ω₁ und ω₂ der inneren und äußeren Vorderräder FW, die Drehgeschwindigkeit ω₀ der Gelenkwelle 9 und die Drehgeschwindigkeiten ω₃ und ω₄ der inneren und äußeren Hinterräder RW zweckmäßigerweise in folgendem Zusammenhang stehen:

Wenn jedoch bei dem in Fig. 1 gezeigten 4WD-Kraftfahrzeug der an der hydraulischen Mehrscheibenkupplung 25, die in dem äußeren Hinterrad RW zugeordnet ist, angelegte Druck ansteigt, überschreitet die Drehgeschwindigkeit ω₄ nicht die Drehgeschwindigkeit ω₀, sondern die Drehgeschwindigkeit ist höchstens gleich ω₀. Daher kann keine Antriebsleistung erzeugt werden, um das äußere Hinterrad RW zu drehen, so daß der Zusammenhang ω₀ < ω₄ erreicht wird. Folglich er folgt bei dem Kraftfahrzeug ein Bremsen infolge einer engen Kurve, wenn eine solche Kurve durchfahren wird.

Wenn der an der hydraulischen Mehrscheibenkupplung 25, die dem äußeren Hinterrad RW zugeordnet ist, angelegte Druck abgesenkt wird, dann wird die Bedingung ω₀ < ω₄ erreicht und hierbei lassen sich jedoch nicht die Vorteile eines 4WD-Kraftfahrzeugs verwirklichen, die auf das zwangsweise Antreiben aller Vorder- und Hinterräder zurückzuführen sind.

Das 4WD-Kraftfahrzeug nach Fig. 1 ist als Kraftfahrzeug mit einem Frontmotor und einem Vorderradantrieb (FF) ausgelegt. Die vorstehend genannten Schwierigkeiten ergeben sich auch bei einem 4WD-Kraft fahrzeug mit einem Heckmotor und einem Hinterradantrieb (RR).

Insbesondere zeigt Fig. 3 ein 4WD-Kraftfahrzeug, bei dem die Brennkraftmaschinenleistung von einer Getriebeabtriebs welle 2 auf ein erstes Differential 3 übertragen wird, und dann von dem ersten Differential 3 über eine Gelenk welle 9 auf ein zweites Differential 13 übertragen wird. Das zweite Differential 13 hat hydraulische Mehrscheiben kupplungen 21 und 25, die mit denen nach Fig. 1 überein stimmen, und in einem Differentialgehäuse 14 angeordnet und jeweils an den Vorderrad-Abtriebswellen 15 und 16 ange bracht sind.

Wenn das 4WD-Kraftfahrzeug eine Kurve entsprechend Fig. 4 durchfährt, ergibt sich vorzugsweise der nachstehend ange gebene Zusammenhang, da das äußere Vorderrad (bezogen auf den Spurkreis), das ein Hilfsantriebsrad ist, auf einer Bahn f₀ fährt, die außerhalb einer mittleren Bahn r₀ der Hinterräder liegt, welche die Hauptantriebsräder sind:

Wenn jedoch der an der hydraulischen Mehrscheibenkupplung 25, die dem äußeren Vorderrad zugeordnet ist, angelegte Druck ansteigt, so kann man keine Antriebsleistung erzeugen, die das äußere Vorderrad dreht, so daß der Zusammenhang ω₀ < ω₂ erreicht werden könnte.

Dies trifft auch auf ein 4WD-Kraftfahrzeug mit einem Frontmotor und einem Hinterradantrieb (FR) zu (nicht gezeigt) und es trifft auch auf ein Kraftfahrzeug mit einem Mittelmotor und einem Hinterradantrieb zu (ebenfalls nicht gezeigt).

Hierbei läßt sich eine Geschwindigkeitserhöhungs einrichtung vorsehen, die ein Geschwindigkeits änderungsvermögen hat und in einem Antriebsleistungsüber tragungsweg von einem Differential, das mit den Haupt antriebsrädern gekoppelt ist, zu einem Differential, das mit den Hilfsantriebsrädern gekoppelt ist, angeordnet ist. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung kann derart arbeiten, daß die an den Hauptantriebsrädern anlie gende Antriebsleistung kleiner als die Antriebsleistung an den Hilfsantriebsrädern ist. Ein an einem äuße ren Hilfsantriebsrad anliegendes Antriebsdrehmoment kann größer als ein Antriebsdrehmoment an einem inneren Hilfsantriebsrad sein, wenn zwei Drehmomentübertragungskupplungen gesteuert werden, so daß sich das Kurvenfahrverhalten verbessern läßt.

Wenn das Kraftfahrzeug eine Kurve durchfährt, muß die Ge schwindigkeitserhöhungseinrichtung im Leistungsübertragungsweg auf eine Betriebsart zur Erhöhung der Geschwindigkeit geschaltet werden. Wenn die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung jedoch nach der Erfassung der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs geschaltet wird, ergibt sich eine Steuerzeitverzögerung, und daher ist das Ansprechvermögen der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung begrenzt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeugs mit zwei Haupt- und zwei Hilfsantriebsrädern der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, mit der man unter Vermeidung von Steuerverzögerungszeiten im niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs ein verbessertes Kurvenfahrverhalten und im hohen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich eine höhere Laufstabilität des Kraftfahrzeugs erreichen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Kupplungseinrichtung vorhanden, mittels der die auf die beiden Hilfsantriebsräder zu übertragenden Antriebsleistungen durch die Steuereinrichtung unabhängig voneinander und koordiniert mit der Steuerung der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung einstellbar sind. Somit läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten auf ein bezogen auf den Spurkreis außenliegendes Hilfsantriebsrad eine größere Antriebsleistung übertragen, und bei hohen Geschwindigkeiten kann man auf das bezüglich des Spurkreises innenliegende Hilfsantriebsrad eine größere Antriebsleistung übertragen. Wenn man somit mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größere Antriebsleistung an das bezogen auf den Spurkreis außenliegende Hilfsantriebsrad bei der Fahrt mit niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten überträgt, läßt sich das Kurvenfahrverhalten verbessern, und wenn man auf das, bezogen auf den Spurkreis innenliegende Hilfsantriebsrad eine größere Antriebsleistung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten überträgt, läßt sich die Fahrzeugstabilität verbessern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Antriebssystems eines 4WD-Kraftfahrzeugs mit Frontmotor und Vorderradantrieb,

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Kurvenfahrweise des 4WD-Kraftfahrzeugs nach Fig. 1 mit einer Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Antriebssystems eines 4WD-Kraftfahrzeugs mit Heckmotor und Hinterradantrieb,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Kurvenfahrweise mit dem 4WD-Kraftfahrzeug nach Fig. 3 unter Verdeutlichung der Arbeitsweise der dort vorgesehenen Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder,

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Geschwindig keitserhöhungseinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Geschwindig keitserhöhungseinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 8 eine Horizontalschnittansicht zur Verdeut lichung von speziellen Konstruktionseinzelheiten der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform und eines Differentials, das den Hilfsantriebsrädern zugeordnet ist,

Fig. 9 ein Diagramm einer hydraulischen Drucksteuer schaltung zur Steuerung der Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder,

Fig. 10 ein Blockdiagramm der Geschwindigkeitser höhungseinrichtung,

Fig. 11 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Steue rungsablaufs der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung,

Fig. 12 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusam menhangs zwischen den Lenkkraftschwellwerten und der Fahrzeuggeschwindigkeit, und

Fig. 13 und 14 Diagramme zur Verdeutlichung der zeitlichen Steuerung zum Aktivieren der Geschwindigkeits erhöhungseinrichtung.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Eine Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder kann bei einem 4WD-Kraftfahrzeug vorgesehen sein, das beispielsweise entsprechend Fig. 1 als ein Kraftfahr zeug der FF-Bauart (d.h. mit Frontmotor und Vorderradan trieb) ausgelegt ist. Nach Fig. 3 kann sie auch bei einem 4WD-Kraftfahrzeug vorgesehen sein, das als ein Kraftfahr zeug der RR-Bauform (d.h. mit Heckmotor und Hinterradantrieb) ausgelegt sein, oder bei einem 4WD-Kraftfahrzeug, das als sogenannte FR-Bauart ausgelegt ist, d.h. ein Kraftfahrzeug mit Frontmotor und Hinterradantrieb. Eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in der Vorrichtung ist im wesentlichen an einer Gelenkwelle 9 an gebracht, die als ein Antriebsleistungsübertragungsweg von einem ersten Differential 3, das den Haupt antriebsrädern zugeordnet ist, zu einem zweiten Differential 13 dient, das den Hilfsantriebsrädern zugeordnet ist, wie dies in den Fig. 1 und 3 jeweils gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Geschwindigkeitserhöhungs einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, die in der Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder vorgesehen ist. Die Geschwindigkeits erhöhungseinrichtung weist im wesentlichen eine Eingangs welle 19, eine Ausgangswelle 29, eine Direktverbindungs kupplung 30, eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40 und eine Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 auf. Die Eingangswelle 19 erhält die Antriebsleistung von dem ersten Differential 3, wie dies in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, und die Antriebsleistung von der Ausgangs welle 29 wird auf das zweite Differential 13 übertragen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die direkt verbindende Kupplung 30 zwischen der Eingangswelle 19 und der Ausgangs welle 29 angeordnet. Die direkt verbindende Kupplung 30 ist in Form einer hydraulischen Mehrscheibenkupplung aus gelegt, die eine Trommel 31 aufweist, die als einteiliges Stück an einem Ende der Eingangswelle 19 angebracht ist, ferner äußere Platten 32 aufweist, die in der Trommel 31 angeordnet und fest mit dieser verbunden sind, und innere Platten 33 aufweist, die fest an einem Ende der Ausgangs welle 29 angebracht sind und sich mit den äußeren Platten 32 abwechseln. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40 ist zwischen der Kupplungstrommel 31 und der Ausgangswelle 29 angeordnet. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40 ist in Form einer Planetengetriebeeinrichtung ausgelegt, die ein Innenrad 41 an einem Ende der Kupplungstrommel 31, eine Mehrzahl von kleinen Ritzelrädern 42, die mit dem Innenrad 41 kämmen, eine Mehrzahl von großen Ritzelrädern 43, die jeweils mit den kleineren Ritzelrädern 42 über zuge ordnete Verbindungswellen 45 zur Drehbewegung mit denselben gekoppelt sind, und ein Innenrad 44 aufweist, das mit den größeren Ritzelrädern 43 kämmt und fest an der Ausgangs welle 29 angebracht ist.

Die Verbindungswellen 45 zwischen den Ritzelrädern 42 und 43 sind an einem Träger 46 gelagert. Die Geschwindigkeits erhöhungskupplung 50 ist als Verbindung zwischen dem Trä ger 46 und einer Kraftfahrzeugkarosserie B vorgesehen, wo bei die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 eine hydrau lische Mehrscheibenkupplung aufweist, die äußere Platten 52, die fest mit der Kraftfahrzeugkarosserie B verbunden sind, und innere Platten 53 aufweist, die fest mit dem Träger 46 verbunden sind und sich mit den äußeren Platten 52 ab wechseln.

Die Zähnezahl N₁ der Zähne des Innenrads 41 auf der Ein gangswelle 19, die Zähnezahl N₂ der Zähne der kleineren Ritzelräder 42, die Zähnezahl N₃ der Zähne der jeweiligen größeren Ritzelräder 43 und die Zähnezahl N₄ der Zähne des jeweiligen Innenrads 44 auf der Ausgangswelle 29 sind der art gewählt, daß folgender Zusammenhang erfüllt wird:

Die Gelenkwelle 9, die als Antriebsleistungsübertragungs weg zwischen den Vorder- und Hinterrädern des 4WD-Kraft fahrzeugs dient, ist daher entweder mit der Geschwindig keitserhöhungseinrichtung, die die direkt verbindende Kupplung 30, die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40 und die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 zur Bereit stellung einer Geschwindigkeitsänderungsfunktion aufweist, oder einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung verknüpft, die die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle verändern kann.

Wenn die direkt verbindende Kupplung 30 in Eingriff oder aktiviert ist und die Geschwindigkeitserhöhungs kupplung 50 ausgerückt oder deaktiviert ist, wird die Antriebsleistung von der Eingangswelle 19 direkt auf die Ausgangswelle 29 über die direkt verbindende Kupplung 30 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Geschwindig keitserhöhungseinrichtung 40 deaktiviert, da die Geschwin digkeitserhöhungskupplung 50 deaktiviert ist. Daher ist die Drehgeschwindigkeit ω′ der Ausgangswelle 29 gleich der Drehgeschwindigkeit ω der Eingangswelle 19 (ω′ = ω).

Wenn die direkt verbindende Kupplung 30 deaktiviert ist und die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 aktiviert ist, wird die Antriebsleistung von der Eingangswelle 19 über die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40, d.h. über das Innenrad 41, die kleineren Ritzelräder 42, die Ver bindungswellen 45, die größeren Ritzelräder 43 und das Innenrad 44, auf die Ausgangswelle 29 übertragen, wobei die direkt verbindende Kupplung 30 umgangen wird. Zu diesem Zeitpunkt stehen die Drehgeschwindigkeit ω′ der Ausgangs welle 29 und die Drehgeschwindigkeit ω der Eingangswelle 19 in folgendem Zusammenhang zueinander:

Daher ist die Drehgeschwindigkeit ω′ der Ausgangswelle 29 höher als die Drehgeschwindigkeit ω der Eingangswelle 19 (ω′ < ω).

Da die Antriebsleistung von der Brennkraftmaschine zu dem zweiten Differential 13, das den Hilfsantriebsrädern zugeordnet ist, über die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40 über tragen werden kann, kann die auf die Hilfsantriebsräder übertragene Antriebsleistung größer als die Antriebsleistung sein, die auf die Hauptantriebsräder übertragen wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Antriebsleistung von dem ersten Differential 3, das den Hauptantriebsrädern zuge ordnet ist, hinsichtlich der Drehzahl erhöht werden kann und dann auf das zweite Differential 13 übertragen werden kann, das den Hilfsantriebsrädern zugeordnet ist. Als Folge hiervon läßt sich eine größere Antriebsleistung auf die Hilfsantriebsräder als auf die Hauptantriebsräder über tragen.

Durch Betreiben einer Druckmitteldruck-Steuereinrichtung (nachstehend beschrieben), um Öl unter hohem Druck einer hydraulischen Mehrscheibenkupplung zuzuleiten, die mit einem äußeren Hinterrad verbunden ist, z.B. der hydrauli schen Mehrscheibenkupplung 25, die in dem zweiten Differential 13 vorgesehen ist, wenn das Kraftfahrzeug eine Kurve durchfährt, werden die inneren Platten 27 und die äußeren Platten 26 in Reibschlußkontakt gebracht, um die Kupplung 25 zur Übertragung der Antriebsleistung mit einer erhöhten Geschwindigkeit auf die Abtriebswelle 16 zu aktivieren, die mit dem äußeren Laufrad verbunden ist.

Während das Kraftfahrzeug eine Kurve durchfährt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Antriebsleistung auf das äußere Hinterrad, das ein Hilfsantriebsrad ist, größer eingestellt als die Antriebsleistung an dem inne ren Hinterrad, wie dies mit einem Pfeil F₄ bezeich net ist, so daß das Kurvenfahrverhalten des 4WD-Kraftfahrzeugs in niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen verbessert werden kann.

Umgekehrt ist es auch möglich, die Antriebsleistung am inneren Hinterrad in stärkerem Maße zu ver größern als die Antriebsleistung am äußeren Hinterrad, wenn man in einem Hochgeschwindigkeits bereich eine höhere Laufstabilität des Kraftfahrzeugs erreichen möchte.

In ähnlicher Weise wird beim Durchfahren einer Kurve mit Hilfe des Kraftfahrzeugs entsprechend Fig. 4 die Antriebs leistung am äußeren Vorderrad, das ein Hilfsantriebsrad ist, größer eingestellt als die Antriebsleistung am inneren Vorderrad, wie dies mit dem Pfeil F₂ angedeutet ist, um das Kurvenfahrverhalten des 4WD-Kraftfahrzeugs in nied rigen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen zu verbessern. Umgekehrt kann die Antriebsleistung am inneren Vorderrad in stärkerem Maße größer eingestellt werden als die Antriebsleistung am äußeren Hinterrad, um eine bessere Laufstabilität des Kraftfahrzeugs in einem Hochgeschwindigkeitsbereich zu erreichen.

Wie vorstehend angegeben ist, kann die Antriebsleistung an den Hilfsantriebsrädern größer als die An triebsleistung eingestellt werden, die auf die Hauptantriebs räder übertragen wird, ohne daß man den Nutzeffekt oder die Vor teile des 4WD-Kraftfahrzeugs vermindert oder daß diese verloren gehen. Somit läßt sich das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, wie das Kurvenfahrvermögen in mittleren und niedrigen Geschwindig keitsbereichen und die Laufstabilität in einem Hochgeschwin digkeitsbereich, durch die Steuerung der hydraulischen Mehrscheibenkupplungen (d.h. der drehmomentübertragenden Kupplungen) in dem zweiten Differential 13 verbessern.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Geschwindigkeitserhöhungs einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrich tung umfaßt eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40, die eine hydraulische, direkt verbindende Mehrscheibenkupp lung 30 und ein Zahnrad 41 (das die Zähnezahl N₁ hat) auf weist, das an einer Eingangswelle 19 angebracht ist, ferner ein Zahnrad 42 aufweist (das die Zähnezahl N₂ hat) und das mit dem Zahnrad 41 kämmt und an einer Gegenwelle 49 angebracht ist, die parallel zu der Eingangswelle 19 angeordnet ist, ein Zahnrad 43 (das die Zähnezahl N₃ hat), das an der Gegenwelle 49 angebracht ist, und eine hydrau lische Mehrscheiben-Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 umfaßt, mittels der ein Zahnrad 44 (das die Zähnezahl N₄ hat) mit einer Ausgangswelle 29 verbunden wird, wobei das Zahnrad 44 in Kämmeingriff mit dem Zahnrad 43 ist. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung nach Fig. 6 hat die selbe Funktion wie die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, indem man die Zähnezahl dieser Zahnräder 41, 42, 43 und 44 derart wählt, daß der vorstehend angegebene Zusammenhang (1) erfüllt ist.

Fig. 7 zeigt schematisch eine Geschwindigkeitserhöhungs einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrich tung nach Fig. 7 umfaßt eine Geschwindigkeitserhöhungs einrichtung 40, die ein Zahnrad 41 (N₁), ein Zahnrad 42 (N₂), das mit dem Zahnrad 41 kämmt und an einer Gegenwelle 49 angebracht ist, ein Zahnrad 43 (N₃), das an der Gegen welle 49 angebracht ist, und ein Zahnrad 44 (N₄) aufweist, das an einer Ausgangswelle 29 angebracht ist und mit dem Zahnrad 43 kämmt. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 40 umfaßt eine direkt verbindende Kupplung 30, die zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen 19, 29 angeordnet ist. Die Gegenwelle 49 ist in zwei Wellenteile unterteilt, die die Zahnräder 42, 43 jeweils tragen, und die wahlweise über eine dazwischen angeordnete Geschwindigkeitserhöhungskupp lung 50 miteinander verbindbar und voneinander lösbar sind. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung nach Fig. 7 hat auch die gleiche Funktion wie die Geschwindigkeitserhöhungs einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, indem man die Zähnezahl der Zähne der Zahnräder 41, 42, 43 und 44 derart wählt, daß der Zusammenhang (1) erfüllt ist.

Die Kupplungen in der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung sind nicht auf hydraulische Mehrscheibenkupplungen be schränkt, sondern es können auch magnetisch betätigte Kupplungen verwendet werden. Alternativ kann die direkt verbindende Kupplung eine Einweg-Kupplung sein, und die Geschwindigkeitserhöhungskupplung kann eine hydraulische Mehrscheibenkupplung sein. Ferner können diese Kupplungen als Klauenkupplungen oder gegebenenfalls als Kupplungen anderer Bauformen ausgelegt sein.

Fig. 8 zeigt speziell konstruktive Einzelheiten der Ge schwindigkeitserhöhungseinrichtung und des zweiten Differentials, bei der Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeugs. Die in Fig. 8 gezeigte Geschwindigkeitserhöhungseinrich tung stimmt im wesentlichen mit der Geschwindigkeits erhöhungseinrichtung gemäß der ersten Ausfüh rungsform überein.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Geschwindigkeitser höhungseinrichtung und das zweite Differential in einem Gehäuse 60 untergebracht, das an einer Kraftfahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) abgestützt ist.

Wenn ein Öldruck der direkt verbindenden Kupplung 30 über einen Anschluß 63 angelegt wird, dehnt sich die hydrau lische Druckkammer 34 aus, um einen Kolben 67 in axialer Richtung nach rechts zu bewegen. Die axiale Bewegung des Kolbens 67 drückt die äußeren Platten 32 auf der Eingangs welle 19 in Richtung auf die inneren Platten 33, die an einem Halter 39 abgestützt sind, der fest mit einem Ende der Ausgangswelle 29 verbunden ist, wodurch diese äußeren und inneren Platten 32 und 33 in Reibschlußkontakt in Abhängig keit von dem anliegenden Öldruck gebracht werden. An die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 wird ein Öldruck über einen Anschluß 64 angelegt, um eine hydraulische Druck kammer 54 zu vergrößern und einen Kolben 68 in axialer Richtung zu bewegen. Bei der axialen Bewegung des Kolbens 68 werden die äußeren Platten 52, die in dem Gehäuse 60 gelagert sind, und die inneren Platten 53, die an dem Träger 46 vorgesehen sind, gegeneinander gedrückt und sie kommen in Reibschlußeingriff miteinander in Abhängigkeit von dem anliegenden Öldruck. In dem zweiten Differential, an dem die Antriebsleistung von der Ausgangswelle 29 anliegt, werden die Abtriebswellen 15 und 16 voneinander weg als eine Einheit zusammen mit den Kolben 65 und 66 auf Grund des Öl drucks nach außen bewegt, der an den hydraulischen Druck kammern 24 und 28 der hydraulischen Mehrscheibenkupplungen 21 und 25 über die zugeordneten Anschlüsse 61 und 62 anliegt. Die äußeren Platten 22 und 26 und die inneren Platten 23 und 27 werden somit durch diese Kräfte in Abhängigkeit von dem anliegenden Öldruck in Reibschlußeingriff gebracht.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Druckmitteldruck-Steuer schaltung zum Steuern der Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinteräder eines Kraftfahrzeugs. Die Druckmitteldruck-Steuerschaltung umfaßt eine Steuereinheit 70, ein Lenkrad 71, einen Lenkkraft sensor 72, einen Motor 73, eine Ölpumpe 74, einen Ölbe hälter 75, ein Rückschlagventil 76, einen Öldruckschalter 77, einen Sammler 78, zwei Druckregelventile 81 und 82 zum Steuern bzw. Regeln der hydraulischen Mehrscheiben kupplungen 21 und 25, die mit den Laufrädern gekoppelt sind, und ein magnetisch betätigtes Wege-Steuerventil 83 einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung.

Die Druckregelventile 81 und 82 zum Steuern der hydraulischen Mehrscheibenkupplungen 21 und 25 und das magnetisch betätigte Wege-Steuerventil 83, das teilweise der direkt verbinden den Kupplung 30 und der Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 zugeordnet ist, sind parallel zueinander bezüglich der Öldruckquelle geschaltet.

Die Steuereinheit 70 steuert die Druckregelventile 81 und 82 und das Wege-Steuerventil 83 mit Hilfe von Steuersignalen basierend auf den Arbeitsbedingungen (Kurvenbedingungen) des Kraftfahrzeugs, wie z.B. einer Lenkkraft, die mit Hilfe des Sensors 72 erfaßt wird, um die Öldrücke zu steuern, die an die hydraulischen Mehrscheibenkupplungen 21 und 25 angelegt werden und um selektiv die direkt verbin dende Kupplung 30 und die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 zu aktivieren und zu deaktivieren.

Die Druckmitteldruck-Steuerschaltung nach Fig. 9 kann die hydraulischen Mehrscheibenkupplungen 21 und 25 unabhängig voneinander steuern.

Die direkt verbindende Kupplung 30 und die Geschwindigkeits erhöhungskupplung 50 werden nach Maßgaben des folgenden Steuerungsablaufes aktiviert und deaktiviert.

Das Lenksignal und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, die mit Hilfe der Sensoren 72 und 79 erfaßt werden, werden an die Steuereinheit 70 angelegt, die die anliegenden Signale zur Erzeugung von Ein/Aus-Steuersignalen für die direkt ver bindende Kupplung 30 und die Geschwindigkeitserhöhungs kupplung 50 verarbeitet. Fig. 11 ist ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Steuerungsablaufes einer Geschwindig keitserhöhungssteuerung.

In einem Schritt P₁ wird zuerst die Differenz oder die Lenkkraftveränderung ΔF zwischen einer Lenkkraft F(t) bei einer Zeit (t) und einer Lenkkraft F(t-n) bei einem voran gehenden Zeitpunkt (t-n) ermittelt, und es wird auch ein Korrekturwert oder ein Schätzwert FΦ der Lenkkraft gemäß einer Korrekturgleichung FΦ = F(t) + k × ΔF ermittelt (wobei k ein Wichtungs- bzw. Bewertungskoeffizient ist). Die Lenk kraft hat ein Vorzeichen "+", wenn die Lenkrichtung nach rechts oder links gerichtet ist, und sie hat ein Vorzeichen "-", wenn die Lenkrichtung in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist.

In einem nächsten Schritt P₂ werden obere und untere Schwell werte F1 und F2 für die Lenkkraft aus der Fahrzeuggeschwindig keit V zu diesem Zeitpunkt bestimmt. Die unteren und oberen Schwellwerte F1 und F2 sind als Funktionen der Fahrzeugge schwindigkeit V gegeben, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, und diese Werte sind in einem Speicher in Form einer Tabelle gespeichert.

In einem Schritt P₃ wird bestimmt, ob die Lenkkraftver änderung ΔF größer als eine vorgegebene Konstante ΔFth ist. Wenn diese Abfrage zu dem Ergebnis "JA" führt, wird die Steuerung mit einem nächsten Schritt P₄ fortge setzt, und wenn das Ergebnis zu "NEIN" führt, wird die Steuerung mit einem Schritt P₁₁ fortgesetzt.

Im Schritt P₄ wird bestimmt, ob das Vorzeichen des korri gierten Wertes FΦ der Lenkkraft "+" ist oder nicht (d.h. es wird die Lenkrichtung bestimmt). Wenn sich hierbei "JA" ergibt, wird die Steuerung mit dem nächsten Schritt P₅ fort gesetzt, und wenn sich "NEIN" ergibt, wird die Steuerung mit einem Schritt P₈ fortgesetzt.

In jedem der Schritte P₅ und P₈ wird bestimmt, ob das Vor zeichen der Lenkkraftveränderung F "+" ist oder nicht. Wenn im Schritt P₅ das Ergebnis "JA" ist, wird die Steuerung mit einem nächsten Schritt P₆ fortgesetzt, und wenn das Ergebnis "NEIN" in dem Schritt P₅ ist, wird die Steuerung mit einem Schritt P₉ fortgesetzt.

Im Schritt P₆ wird bestimmt, ob der korrigierte Wert FΦ der Lenkkraft größer als der untere Schwellwert F1 ist. Wenn das Ergebnis "JA" ist, wird die Steuerung mit dem näch sten Schritt P₇ fortgesetzt, in dem ein Geschwindigkeits erhöhungssignal ausgegeben wird. Wenn das Ergebnis "NEIN" ist, wird die Steuerung mit einem Schritt P₁₀ fortgesetzt, in dem ein Direktkupplungssignal ausgegeben wird.

Im Schritt P₉ wird bestimmt, ob der korrigierte Wert FΦ der Lenkkraft kleiner als der obere Schwellwert F2 ist. Wenn das Ergebnis "JA" ist, wird die Steuerung mit dem nächsten Schritt P₁₀ fortgesetzt, in dem ein Direktkupp lungssignal ausgegeben wird. Wenn das Ergebnis "NEIN" ist, wird die Steuerung mit dem Schritt P₇ fortgesetzt, in dem ein Geschwindigkeitserhöhungssignal ausgegeben wird.

Im Schritt P₁₁ wird über eine Rückführungsschleife bestimmt, ob die Geschwindigkeit zunehmend ist (d.h., ob die Geschwin digkeitserhöhungskupplung 50 aktiviert ist oder nicht). Wenn das Ergebnis "JA" ist, wird die Steuerung mit einem nächsten Schritt P₁₂ fortgesetzt, und wenn das Ergebnis "NEIN" ist, wird die Steuerung mit einem Schritt P₁₂ fort gesetzt.

Im Schritt P₁₂ wird bestimmt, ob der korrigierte Wert FΦ der Lenkkraft kleiner als der untere Schwellwert F1 ist. Wenn das Ergebnis "JA" ist, wird die Steuerung mit dem Schritt P₁₀ fortgesetzt, um ein Direktkupplungssignal aus zugeben. Wenn das Ergebnis "NEIN" ist, wird die Steuerung mit dem Schritt P₇ fortgesetzt, um ein Geschwindigkeits erhöhungssignal auszugeben.

Im Schritt P₁₃ wird bestimmt, ob der korrigierte Wert FΦ der Lenkkraft größer als der obere Schwellwert F2 ist. Wenn das Ergebnis "JA" ist, wird die Steuerung mit dem Schritt P₇ fortgesetzt, um ein Geschwindigkeitserhöhungssignal aus zugeben. Wenn das Ergebnis "NEIN" ist, wird die Steuerung mit dem Schritt P₁₀ fortgesetzt, um ein Direktkupplungs signal auszugeben.

Wenn das Ausgangssignal ein Geschwindigkeitserhöhungssignal ist, wird die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 aktiviert, und die direkt verbindende Kupplung 30 wird deaktiviert. Wenn das Ausgangssignal ein Direktkupplungssignal ist, wird die direkt verbindende Kupplung 30 aktiviert und die Geschwindigkeitserhöhungskupplung 50 wird deaktiviert.

Ein Beispiel für die zeitliche Steuerung zum Einschalten und Ausschalten der Geschwindigkeitserhöhungsfunktion unter der vorstehend genannten Geschwindigkeitserhöhungssteuerung für den Fall, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V konstant ist, ist in Fig. 13 gezeigt. Die mit "EIN" und "AUS" be zeichneten Punkte in Fig. 13 stellen jeweils die Aktivierung und Deaktivierung der Geschwindigkeitserhöhungs funktion dar.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in dem Leistungs übertragungsweg zu den Hilfsantriebsrädern, nicht nach der Ermittlung einer Kurvenfahrtbedingung des Kraftfahrzeugs geschaltet, sondern sie wird durch die Voraussage von verschiedenen Kurvenfahrtbedingungen,basie rend auf Voraussage-Lenkvariablen, wie einer Fahrzeug geschwindigkeit und einer Lenkkraft, gesteuert. Daher kann die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung ohne zeitliche Verzögerung aktiviert und deaktiviert werden, d.h. sie kann schnell bzw. unverzögert mit verbessertem Ansprechverhalten arbeiten.

Fig. 14 zeigt ein Beispiel einer zeitlichen Steuerung für das Schalten der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung, basierend auf einer zeitabhängenden Änderung der Lenkkraft, die man durch Differenzieren der Lenkkraft F(t) erhält. Wenn, wie in Fig. 14 gezeigt ist, der korrigierte Wert FΦ der Lenkkraft den unteren Schwellwert F1 überschreitet und ein Differential F′(t) der Lenkkraft größer als ein Vorgabe wert ist, dann wird die Geschwindigkeitserhöhungsfunktion aktiviert. Wenn hingegen der korrigierte Wert FΦ der Lenk kraft unter dem oberen Schwellwert F2 fällt, und das Differential F′(t) hiervon kleiner als der Vorgabewert ist, ist die Geschwindigkeitserhöhungsfunktion deaktiviert.

Unter einer Lenkbedingung, bei der die Lenkkraft größer als der untere Schwellwert F1 ist, und zugleich die zeit abhängige Änderung größer als der vorgegebene Wert ist, d.h. bei einer schnellen Kurvenfahrt, wird die Antriebs leistung von der Brennkraftmaschine über die Geschwindig keitserhöhungseinrichtung auf das zweite Differen tial übertragen, so daß man ω′ < ω erhält, um das Kurven fahrverhalten des Kraftfahrzeugs in den niederen und mittleren Geschwindigkeitsbereichen zu verbessern und die Fahrzeug stabilität in einem hohen Geschwindigkeitsbereich zu ver bessern. Unter einer Lenkbedingung, bei der die Lenkkraft niedriger als der obere Schwellwert F2 ist, und die zeit abhängige Änderung kleiner als der vorgegebene Wert ist, d.h. beim schnellen Zurückkehren zur Geradeausfahrt, ist die Geschwindigkeitserhöhungsfunktion deaktiviert, und es wird wiederum der direkt kuppelnde Verbindungszustand eingenommen.

Bei den voranstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungs formen wird die Lenkkraft als eine Lenkvariable zur Angabe einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs erfaßt. Jedoch kann als Lenkvariable auch der Lenkwinkel oder die Lenkgeschwin digkeit verwendet werden. Der Aufbau und die Auslegung der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung sowie die Art und Weise, mit der die drehmomentübertragenden Kupplungen ge steuert werden, sind nicht auf die voranstehend beschrie benen Einzelheiten bei den bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.

Bei dem 4WD-Kraftfahrzeug der vorstehend beschriebenen Art wird die Geschwindigkeitserhöhungsein richtung, die in dem Leistungsübertragungsweg zu den Hilfsantriebsrädern angeordnet ist, basierend auf einer Lenkbedingung, ohne eine nennenswerte Zeitverzögerung gesteuert, indem eine Kurvenfahrtbedingung des Kraftfahrzeugs, basierend auf einer Lenkkraft, einem Lenkwinkel oder dergleichen, vorausgesagt wird. Somit kann die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung unverzögert bzw. schnell mit hoher Ansprechgeschwindigkeit geschaltet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Antreiben der Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeugs mit zwei Haupt- und zwei Hilfsantriebsrädern, wobei sowohl die Vorder- als auch die Hinterräder die Haupt- oder die Hilfsantriebsräder sein können, mit

- einem ersten Differential (3), das zwischen den Hauptantriebsrädern angeordnet ist,
- einem zweiten Differential (13), das zwischen den Hilfsantriebsrädern angeordnet ist,
- einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40), die in dem Leistungsübertragungsweg (9) angeordnet ist, der zu dem zweiten Differential (13) zwischen den Hilfsantriebsrädern führt,
- einer Steuereinrichtung (70), die in Abhängigkeit von Eingangssignalen (72; 79) mindestens die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40) aktiviert oder deaktiviert, wobei die Eingangssignale ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (79) und eine Lenkvariable (72) sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem zweiten Differential (13) eine Kupplungseinrichtung (21, 25) angeordnet ist, mittels der die auf die beiden Hilfsantriebsräder zu übertragenden Antriebsleistungen durch die Steuereinrichtung (70) unabhängig voneinander und koordiniert mit der Steuerung der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40) einstellbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (70) einen Voraussage-Lenkwert (FR) nach Maßgabe der detektierten Lenkvariablen und einen Schwellwert (F1) nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) bestimmt, und daß mittels der Kupplungseinrichtung (21, 25) die auf die beiden Hilfsantriebsräder zu übertragenden Antriebsleistungen einstellbar sind, wenn der Voraussage-Lenkwert (FR) den Schwellwert (F1) überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (70) die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40) aktiviert und mittels der Kupplungseinrichtung (21, 25) eine größere Antriebsleistung auf das auf einem Spurkreis außenliegende Hilfsantriebsrad überträgt, wenn die zeitabhängige Änderung des Voraussage- Lenkwertes (FR) größer als ein vorgegebener Wert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkvariable eine am Lenkrad des Kraftfahrzeugs anliegende Lenkkraft (F) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkvariable ein Lenkwinkel ist, um den das Lenkrad des Kraftfahrzeugs eingeschlagen wird.