DE4111615A1 - Fahrzeug mit allradantrieb unter verwendung eines zentralen ausgleichsgetriebes mit einer regelbaren sperrkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit Allradantrieb nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einem bekannten Fahrzeug mit Allradantrieb dieser Art (DE 32 12 495 C2) sind sowohl die Achsübersetzungen als auch die Laufdurchmesser der Fahrzeugräder an beiden Fahrzeugachsen gleich, so daß auch die beiden zugehörigen Getriebeglieder des Ausgleichsgetriebes unter Normalbedingungen gleiche Drehzahlen aufweisen. Schließlich ist das zentrale Ausgleichsgetriebe in Kegelradbauweise mit einer Momentenaufteilung von 1:1 auf beide Fahrzeugachsen ausgeführt.

Aus der DE-PS 35 33 142 ist ein Fahrzeug mit einem gattungs­ fremden Allradantrieb bekannt, bei welchem eine Fahrzeugachse permanent angetrieben und eine zweite Fahrzeugachse unter Ver­ mittlung einer Flüssigkeitsreibungskupplung, einer sogenannten Viskosekupplung, bei Auftreten von Schlupfbedingungen selbsttä­ tig zugeschaltet wird. Während die eine Kupplungshälfte der Viskosekupplung starr mit einer zum Achsantrieb der zuschalt­ baren Fahrzeugachse führenden Antriebswelle verbunden ist, wird die andere Kupplungshälfte über ein Umlaufrädergetriebe vom Achsantrieb der permanent angetriebenen Fahrzeugachse aus ins Schnelle angetrieben, um kleinere Kupplungsabmessungen und ein schnelleres Ansprechen zu erzielen.

Aus der ATZ, Jahrgang 63, Heft 8, August 1961, Seiten 244, 245 ist es bei gattungsfremden Fahrzeugen mit Allradantrieb bekannt, im Kraftweg zu den Vorderrädern in das Gruppengetriebe einen Freilauf einzubauen, der jedoch normalerweise kein Moment über­ trägt, da die vordere Kardanwelle aufgrund des eingebauten Über­ setzungsverhältnisses von den Vorderrädern her wenige Prozent schneller angetrieben wird als die hintere Kardanwelle durch den Motor, so daß das Fahrzeug normal, d. h. nur über die Hinter­ räder angetrieben wird. Rutschen nun diese Treibräder bei einer Fahrt im unwegsamen Gelände oder bei glatten Straßenverhältnis­ sen durch, so kann sofort über den Freilauf ein Moment auf die Vorderräder übertragen werden, und zwar solange, wie die Dreh­ zahlgleichheit zwischen vorderer und hinterer Kardanwelle be­ steht, d. h. solange die Hinterräder schlupfen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Erfindung besteht im we­ sentlichen darin, ein Fahrzeug mit Allradantrieb und variabler Momentenaufteilung zu ermöglichen, bei dem die Sperrkupplung nur geringe Servoenergie benötigt, schnell anspricht und wenig Verlustwärme erzeugt.

Diese Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei dem Fahrzeug nach der Erfindung wird je nach Wunsch des Herstellers das zentrale Differential mit einer Momentenver­ teilung vorn: hinten von 10:90 bis 30:70 ausgerüstet. Das Ver­ hältnis 10:90 begünstigt den Einbau einer Glatteiswarnung und simuliert das Fahrverhalten eines Hecktrieblers. Das Verhältnis 30:70 begünstigt ein neutrales Fahrverhalten und benötigt ge­ ringere Sperrmomente, die zugleich seltener gebraucht werden.

Im Gegensatz zu bekannten gleichgroßen Achsübersetzungen von Vorder- und Hinterachse kann bei dem Fahrzeug nach der Erfin­ dung beispielsweise die Vorderachse etwas länger übersetzt wer­ den (z. B. 3 bis 10%), wodurch eine ständige Ausgleichsbewegung im zentralen Differential auftritt.

Diese Ausgleichsbewegung wird durch die Sperrkupplung, bei­ spielsweise eine Reibkupplung, welche das zentrale Differential überbrückt, stufenlos gesperrt, indem die Kupplungskraft über eine Servohydraulik, welche von einer Schlupf erkennenden Logik angesteuert wird, stufenlos moduliert wird.

Gegenüber bekannten Fahrzeugen, bei denen eine Fahrzeugachse zugeschaltet wird, hat das erfindungsgemäße System den Vorteil, daß der Zuschaltruck gemildert wird und daß die Sperrkupplung schwächer dimensioniert werden kann. Durch die kleinere Kupp­ lung verringern sich auch die hydraulischen Verdrängungsräume und damit die Ansprechzeit.

Durch die Erfindung verringert sich die dauernde Verlustwärme in der Kupplung, für die bei bekannten Allradantrieben ein ei­ gener ölkühler benötigt wird.

Die erfindungsgemäße Logik der Momentenverteilung zwischen Vor­ der- und Hinterachse kann auch umgekehrt werden.

Bei dem Fahrzeug nach der Erfindung wird im Arbeitsbetrieb der Sperrkupplung nur dann ein zusätzliches positives antreibendes Moment an die Vorderachse übertragen, wenn die Vorderachsüber­ setzung länger ist als die der Hinterachse, welche den höheren Momentenanteil vom Ausgleichsgetriebe erhält.

Bei dem Fahrzeug nach der Erfindung ist das zentrale Differen­ tial als Laufdifferential mit niedriger Differentialdrehzahl ausgeführt, welches je nach Modulierdruck der Sperrkupplung ein definiertes Moment von einer Achse auf die andere überträgt. Man hat dadurch z. B. die Möglichkeit, ein Fahrzeug, welches eine Grundübersetzung von 30:70 (Vorderachsmoment: Hinterachs­ moment) hat und in einer Kurve mit dem Heck ausbrechen will, schnell auf z. B. 80:20 umzuschalten (oder je nach Regelbedarf auf irgend einen anderen Wert), um das Fahrzeug wieder zu fangen.

Bei bekannten Allradantrieben kann durch Vollsperrung höchstens eine Verteilung von 50:50 erreicht werden, sofern an Vorder- und Hinterachse gleiche Reifen und gleiche Achsgetriebeüber­ setzungen vorgesehen sind. Tatsächlich wird aber noch nicht einmal dieser Wert bei den bekannten Allradantrieben erreicht, weil in Kurven oder beim Ausbrechen des Fahrzeuges aufgrund der unterschiedlich langen Bahnkurven der Vorder- und Hinterräder die Hinterräder bei Vollsperrung immer auf den größeren Bahn­ radius der Vorderachse drängen.

Bei dem Fahrzeug nach der Erfindung ist die Verlustleistung der Reibkupplung im teilgesperrten Zustand bedeutungslos.

Bei einem Fahrzeug nach der Erfindung wird schon bei Gerade­ ausfahrt eine ständige Ausgleichsbewegung mäßiger Drehzahl er­ zeugt. Diese Ausgleichsbewegung wird über die kontinuierlich regelbare Sperrkupplung stufenlos gehemmt, so daß bei mäßiger Verlustleistung eine variable Momentenverteilung erreicht wird.

Dadurch kann über verschieden starkes Beaufschlagen der Sperr­ kupplung ein eindeutiges Moment von der Hinterachse an die Vor­ derachse abgegeben werden.

Dieser Effekt kann dazu benutzt werden, ein durch Antriebs­ schlupf ausbrechendes Heck wieder zu stabilisieren, indem den Vorderrädern kurzzeitig ein weit höheres Moment als den Hinterrädern vermittelt wird, wodurch der schon erreichte Gier­ winkel - besonders in Kurven - teilweise wieder kompensiert wird.

Bei herkömmlichen Verteilergetrieben, die nicht als Laufge­ triebe ausgelegt sind, ist die Momentenverteilung bei Sperrung ungewiß. Eine Stabilisierung durch Frontantriebsverhalten ist daher bei diesen nicht möglich.

Es hat sich herausgestellt, daß bei bekannten Allradantrieben mit zuschaltbarer Fahrzeugachse die Fahrstabilität bei Glätte mit gesperrtem Verteilerdifferential besser ist als mit perma­ nentem, aber nicht gesperrtem Antrieb.

Die Erfindung kann jedoch noch mehr Fahrstabilität erzeugen:
Während die bekannten Allradantriebe mit zuschaltbarer Fahr­ zeugachse im gesperrten Zustand nur gleichen Schlupf an Vorder- und Hinterrädern bei geradeaus gestellten Rädern bewirken (bei Kurvenfahrt wird der Antriebsschlupf an der Hinterachse grö­ ßer), kann die Erfindung bei Geradeaus- und Kurvenfahrt an der Vorderachse den höheren Schlupf einstellen und damit einen be­ ginnenden Drall um die Hochachse sofort kompensieren.

Hierdurch ergeben sich auch gegenüber einer herkömmlichen au­ tomatischen Antriebsschlupfregelung Vorteile, weil auch auf Schotter ohne Motorabregelung fahrstabil beschleunigt werden kann.

Mit einer erweiterten Logik und zusätzlichen Querbeschleuni­ gungsaufnehmern am Bug und Heck des Fahrzeuges lassen sich Ab­ weichungen vom rechnerischen Soll-Kurs feststellen.

Solche Abweichungen können auch ohne Antriebsschlupf - z. B. bei Kurvenfahrt auf glatter Fahrbahn - auftreten.

In diesen Fällen sind durch die Erfindung ebenfalls (begrenzte) Stabilisierungshilfen durch vermehrte Traktion an der Vorder­ achse möglich.

Durch die weichen Zuschaltvorgänge werden bei dem Fahrzeug nach der Erfindung die Motorlager - speziell das schwach ausgelegte Lager am Getriebe - wesentlich geringer belastet. Zugleich wird der Komfort verbessert.

Durch eine schwache Dauervorspannung der Sperrkupplung bei dem Fahrzeug nach der Erfindung läßt sich wegen der ständigen Aus­ gleichsbewegung eine Schwingungsdämpfung des Antriebsstranges erreichen, die einen Tilger erübrigt.

Der erfindungsgemäße Allradantrieb ist wegen der Verwendung nur einer einzigen Sperrkupplung billiger, leichter und kürzer als bekannte Allradantriebe, die für das Zuschalten einer zweiten Fahrzeugachse zwei Kupplungen benötigen, um damit gestufte Zu­ schaltgrade zu verwirklichen.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Ein Antriebsmotor 3 treibt - gegebenenfalls über eine hydrody­ namische Strömungseinheit - ein Wechselgetriebe 4 an, dessen Abtriebswelle 12 über eine Zahnradstufe 13 den Planetenträger 2 eines zentralen Ausgleichsgetriebes 1 antreibt. Auf dem Pla­ netenträger 2 drehbar gelagerte Planetenräder kämmen sowohl mit einem inneren Zentralrad 5 als auch mit einem äußeren Zentral­ rad 8.

Das innere Zentralrad 5 ist durch eine Antriebswelle 14 mit dem Antriebsritzel 15 eines Achsgetriebes 6 drehfest verbunden. Das Antriebsritzel 15 kämmt mit einem Tellerrad 16, welches in der üblichen Weise ein Achsdifferential 17 antreibt, welches in bekannter, aber nicht näher dargestellter Weise mit den Fahr­ zeugrädern der Vorderachse 7 des Fahrzeuges über je eine aus­ gangsseitige Antriebshalbwelle in Antriebsverbindung steht.

Das äußere Zentralrad 8 ist über eine Antriebswelle 20 mit ei­ nem Antriebsritzel 21 eines Achsantriebes 9 drehfest verbunden. Das Antriebsritzel 21 kämmt in herkömmlicher Weise mit einem Tellerrad 16, welches ebenfalls in bekannter Weise ein Achs­ differential 22 der Hinterachse 10 des Fahrzeuges antreibt. Auch hier ist das Achsdifferential bekanntlich über je eine Antriebshalbwelle mit den Fahrzeugrädern der Hinterachse 10 verbunden.

Der Planetenträger 2 ist durch eine Antriebstrommel 23 mit ei­ nem Außenlamellenträger 18 einer Sperrlamellenkupplung 11 dreh­ fest verbunden. Das äußere Zentralrad 8 ist über seine zugehö­ rige Antriebswelle 20 mit dem Innenlamellenträger 19 der Sperr­ kupplung 11 drehfest verbunden.

Das Lamellenpaket 24 der Sperrkupplung 11 ist in der üblichen Weise durch ein Druckmittel-Stellglied der Axialkolbenbauart beaufschlagbar, dessen Arbeitsdruck in Abhängigkeit von Be­ triebsparametern des Fahrzeuges regel- bzw. einstellbar ist.

Der Krafteingriff der Planetenräder am äußeren Zentralrad 8 liegt auf einem größeren wirksamen Radius als am inneren Zen­ tralrad 5, weshalb die Hinterachse 10 unter normalen Bedingun­ gen ohne Schlupf einen höheren Anteil am Antriebsmoment auf­ weist als die Vorderachse 7.

Während die Tellerräder 16 der beiden Achsantriebe 6 und 9 gleiche Abmessungen bzw. gleiche Zähnezahlen aufweisen, ist das Antriebsritzel 15 der Vorderachse 7 größer bzw. mit einer grö­ ßeren Zähnezahl ausgelegt als das Antriebsritzel 21 der Hin­ terachse 10. Demzufolge dreht das innere Zentralrad 5 unter Normalbedingungen - d. h. ohne Schlupf und ohne Betätigungskraft am Lamellenpaket 24 - langsamer als das äußere Zentralrad 8. Demzufolge kann bei auftretendem Schlupf an den Fahrzeugrädern der Hinterachse 10 durch äußere Sperrmomente am Lamellenpaket 24 der Sperrkupplung 11 ein an sich beliebig einstellbarer Mo­ mentenanteil von der Hinterachse 10 auf die Vorderachse 7 ver­ lagert werden.

Claims (3)

1. Fahrzeug mit Allradantrieb unter Verwendung eines zentralen Ausgleichsgetriebes der Umlaufräderbauart, bei dem ein erstes Getriebeglied des Ausgleichsgetriebes von einem Antriebsmotor her über ein Wechselgetriebe antreibbar ist und ein zweites Getriebeglied des Ausgleichsgetriebes über ein erstes Achsge­ triebe mit einer ersten Fahrzeugachse sowie ein drittes Ge­ triebeglied des Ausgleichsgetriebes über ein zweites Achsge­ triebe mit einer zweiten Fahrzeugachse jeweils in ständiger Antriebsverbindung stehen, und bei dem zwei der Getriebeglieder des Ausgleichsgetriebes durch eine in ihrer Drehmomentübertra­ gungsfähigkeit in Abhängigkeit von Betriebsparametern regelbare Sperrkupplung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Fahrzeugachse (7 bzw. 10) in Antriebsverbin­ dung stehenden Getriebeglieder (5 und 8) des Ausgleichsgetrie­ bes (1) bei gegen Null gehender Drehmomentübertragungsfähigkeit der Sperrkupplung (11) unterschiedliche Drehzahlen (n₅ < n₈) aufweisen, wobei entweder eine oder beide der Kenngrößen Über­ setzung (i₆ bzw. i₉) des Achsgetriebes (6 bzw. 9) und wirksamer Laufdurchmesser der Fahrzeugräder an den Fahrzeugachsen (7, 10) unterschiedlich ausgelegt sind, und daß das Ausgleichsgetriebe (l) eine ungleiche Momentenverteilung dahingehend aufweist, daß diejenige Fahrzeugachse (10) den höheren Momentenanteil erhält, welche mit dem die höhere Drehzahl aufweisenden Getriebeglied (8) des Ausgleichsgetriebes (1) in Antriebsverbindung steht.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Vorderachse (7) in Antriebsverbindung stehende Getriebeglied (5) die kleinere Drehzahl aufweist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufdurchmesser gleich groß ausgelegt sind.