DE4243926A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Drehmoment-Über­ tragungsvorrichtung und inbesondere ein Drehmoment- Übertragungsgehäuse für Fahrzeuge, z. B. für vierrad­ getriebene Fahrzeuge, mit einer Kupplung, um die Über­ tragungsvorrichtung auf Vierradantrieb zu schalten.

Vierrad-Antriebssysteme für Fahrzeuge werden zunehmend verwendet wegen der besseren Traktion-Fähigkeiten bei schlechtem Wetter oder abseits der Straße gegenüber Zwei­ radsystemen. Solche Vierradsysteme haben allgemein ein Drehmoment-Übertragungsgehäuse, das entweder mit oder separat vom Hauptgetriebe ausgebildet sein kann. Das Drehmoment-Übertragungsgehäuse kann eine Eingangswelle aufweisen, die mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbunden ist, ferner eine hintere Ausgangswelle zum Antrieb der hinteren Fahrzeugräder, eine vordere Ausgangs­ welle zum Antrieb der vorderen Fahrzeugräder sowie Ein­ richtungen, um die Eingangswelle mit der vorderen und der hinteren Ausgangswelle zu koppeln.

Bei einem Vierradsystem, das als zeitweiliges Vierradsystem bekannt ist, ist eine direkte Antriebsverbindung zwischen der vorderen und der hinteren Ausgangswelle des Übertra­ gungsgehäuses vorhanden. Diese direkte Antriebsverbindung ermöglicht jedoch keine unterschiedlichen Drehzahlen bei Vorderrädern und Hinterrädern, die auftreten können, wenn das Fahrzeug wendet oder eine Kurve fährt. Dieses bekannte Vierradsystem ist daher nur zeitweilig in Benutzung, z. B. bei schlechten Straßenbedingungen, z. B. bei nassem oder schneebedecktem Straßenbelag, die eine höhere Traktion erfordern. Wenn das Fahrzeug unter diesen Bedingungen eine Kurve fährt, ermöglicht die geringere Reibung an der Straßenoberfläche einen begrenzten Schlupf zwischen den etwas schneller laufenden Vorderrädern und der Straßenoberfläche. Wenn andererseits ein solches Fahrzeug auf einer Straße mit hoher Reibung wendet, z. B. bei trockenem Belag, führt dies zum Rattern oder Hüpfen der Vorderräder.

Einige Fahrzeuge sind mit einem ständigen Vierradantrieb versehen, der ständig bei allen Antriebsbedingungen in Eingriff ist. Bei diesem System, das als Allradantrieb be­ kannt ist, ist das Übertragungsgehäuse allgemein mit einem Zwischenachsen-Differential versehen, um das Drehmoment zwischen dem vorderen und dem hinteren Differential des Fahrzeuges aufzuteilen. Das Zwischenachsen-Differential paßt die vorderen und hinteren Raddrehzahlen an, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt und ermöglicht es damit, daß das System ständig bei allen Betriebsbedingungen in Ein­ griff ist. Um einen übermäßigen Schlupf zwischen Vorder­ rädern und Hinterrädern zu verhindern, ist das Transfer­ gehäuse mit einer selektiv einschaltbaren Kupplung ver­ sehen, durch welche das Zwischenachsen-Differential ge­ sperrt werden kann, wenn ein vorgegebener Schlupf zwischen der vorderen und der hinteren Ausgangswelle des Übertra­ gungsgehäuses gemessen wird.

Die Erfindung betrifft somit ein Übertragungsgehäuse für Vierradantrieb, das eine mehrscheibige Reibungskupplung aufweist, durch welche der Eingriff einer Kupplung ge­ steuert werden kann zwischen einem Zweiradantrieb, einem automatischen Vierradantrieb (das heißt Vierradantrieb bei Bedarf), und einem zeitweiligen Vierradantrieb.

Nach der Erfindung wird hierzu ein Planetenradgetriebe als Drehmomentverstärker verwendet, um die normalen Dreh­ moment-Anforderungen an die Kupplung zu reduzieren.

Das Übertragungsgehäuse hat eine Eingangswelle, um einer hinteren Ausgangswelle direkt ein Drehmoment zuführen zu können, die ihrerseits die Hinterräder des Fahrzeuges antreibt. In einigen Ausführungsformen ist ein Reduzierge­ triebe zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle eingebaut, um Betriebsbereiche mit hohen und niedrigen Drehzahlen zu ermöglichen. Das Übertragungsgehäuse hat ferner eine vordere Ausgangswelle zur Verbindung mit den Vorderrädern des Fahrzeuges. Eine elektromagnetische, mehr­ scheibige Reibungskupplung ist zwischen der hinteren Aus­ gangswelle und der vorderen Ausgangswelle eingebaut, und sie wird betätigt, wenn es erwünscht ist, das Übertragungs­ gehäuse auf Vierradantrieb umzuschalten. Nach der Erfindung ist ein Planetengetriebe zwischen der hinteren Ausgangs­ welle und der mehrscheibigen Kupplung zwischengeschaltet, das als Drehmoment-Vervielfacher dient, um die Gesamtdreh­ moment-Anforderungen an die Kupplung zu reduzieren.

Das Planetenradgetriebe hat ein Sonnenrad, einen Planeten­ träger, einen Zahnring und eine Mehrzahl von Planetenrä­ dern, die vom Planetenträger getragen sind und in Eingriff zwischen und mit dem Sonnenrad und dem Zahnring stehen. Der Planetenträger ist zur Drehung mit der hinteren Ausgangs­ welle verbunden, und der Zahnring treibt die vordere Aus­ gangswelle an. Die Reibungskupplung hat eine erste Mehr­ zahl von Scheiben zur Drehung mit dem Sonnenrad und eine zweite Mehrzahl von Scheiben zur Drehung mit dem Zahnring. Ein Elektromagnet dient dazu, selektiv die Kupplungsscheiben gegeneinander zu drücken, um dadurch eine Drehung zwischen dem Planetenträger und dem Zahnring zu unterbinden. Dies führt zu einer Übertragung eines Teils des Eingangs- Drehmomentes zur vorderen Ausgangswelle, um die Vorderräder des Fahrzeuges anzutreiben. Abhängig von den speziellen Betriebsparametern des Fahrzeuges kann das Übertragungsge­ häuse betrieben werden in einer automatischen Betriebs­ weise, bei welcher die elektromagnetische Kupplung mo­ duliert werden kann, um die Stärke des Drehmomentes zu steuern, das an die Vorderräder gegeben wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Draufsicht schematisch ein Vierradantriebssystem zeigt mit einem elektronisch gesteuerten Übertragungsgehäuse nach der Er­ findung.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Darstellung der inneren Komponenten des Über­ tragungsgehäuses nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Über­ tragungsgehäuse nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug-Vierradsystem mit einem Drehmo­ ment-Übertragungsgehäuse nach der Erfindung. Wie die Figur zeigt, ist ein Übertragungsgehäuse 10 an der Rückseite eines Hauptgetriebes 12 (strichpunktiert dargestellt) be­ festigt, das seinerseits mit einem Antriebsmotor 14 (eben­ falls gestrichelt dargestellt) gekoppelt ist. Das Getriebe 12 ist mit einer Ausgangswelle versehen, die mit einer Eingangswelle des Übertragungsgehäuses 10 gekoppelt ist. Das letztere hat eine hintere Ausgangswelle, die bei 16 mit einer hinteren Antriebswelle 20 verbunden ist, die ihrerseits mit einem hinteren Differential verbunden ist. Das hintere Differential 18, das ein Differential mit be­ grenztem Schlupf sein kann, teilt das Drehmoment von der Antriebswelle 20 auf, auf die Hinterräder 21 und 22.

Das Übertragungsgehäuse 10 ist ferner mit einer vorderen Ausgangswelle versehen, die bei 23 mit einer vorderen Antriebswelle 25 verbunden ist, die ihrerseits mit einem vorderen Differential 24 gekoppelt ist. Das vordere Dif­ ferential 24, das ebenfalls eines mit begrenztem Schlupf sein kann, teilt das von der vorderen Antriebswelle 25 aufgenommene Drehmoment auf, auf die vorderen Achsen 26 und 27, die mit den Vorderrädern 28 und 29 des Fahrzeuges verbunden sind, und zwar mittels automatischer Nabensper­ ren 30 und 31. Die Nabensperren können vakuum-betätigt sein.

Wie Fig. 1 ferner zeigt, sind gestrichelt dargestellte elektrische Verbindungen vorgesehen zu einer elektronischen Steuerung 32 auf Mikroprozessor-Basis. Das Übertragungs­ gehäuse kann in verschiedener Betriebsweise betätigt wer­ den, die durch den Fahrer mittels Steuerschalter 33 und 34 gewählt werden kann, die im Innern des Fahrzeuges inner­ halb bequemer Reichweite des Fahrers liegen. Der eine Schalter 33 dient zum Schalten des Übertragungsgehäuses zwischen einem hohen Bereich, neutraler Stellung und einem tiefen Bereich, während der zweite Schalter 34 es dem Fahrer erlaubt, zwischen drei verschiedenen Betriebs­ bedingungen zu wählen, nämlich Zweiradantrieb, Vierrad­ antrieb bei Bedarf und zeitweiliger Vierradantrieb. Jeder Schalter kann drei separate Zustands-Lampen aufweisen, um dem Fahrer visuell die momentane Betriebsweise anzu­ zeigen. Ferner, wenn eine Änderung der Betriebsweise vor­ genommen wird, z. B. in einen anderen Bereich umgeschaltet wird, kann die entsprechende Lampe blinken, bis der Schalt­ vorgang vollendet ist. Die Steuerung steuert das Übertra­ gungsgehäuse wie noch erläutert wird, darüber hinaus er­ zeugt sie aber auch Aktivierungssignale und gibt diese an die Nabensperren 30 und 31, wenn ein zeitweiliger Vierrad­ antrieb oder ein Vierradantrieb nach Bedarf gewählt wird.

Um die gewünschte Steuerung des Übertragungsgehäuses und der Nabensperren 30 und 31 durchführen zu können, empfängt die Steuerung 32 eine Mehrzahl von Eingangssignalen. Die Steuerung 32 empfängt Signale, welche die individuellen Vorderraddrehzahlen wiedergeben von separaten Drehzahl­ sensoren 35 und 36, ferner ein Signal, das die durchschnitt­ liche Hinterraddrehzahl wiedergibt (Fahrzeugstraßenge­ schwindigkeit) von einem einzigen hinteren Drehzahlsensor 37, der am hinteren Differential 18 oder alternativ im Übertragungsgehäuse 10 eingebaut ist. Die Drehzahlsensoren 35, 36 und 37 können Teil einer ABS-Steuerung (Antibrems­ system) sein, oder sie können allein zur Verwendung bei der Steuerung des Übertragungsgehäuses vorgesehen sein. Die beiden vorderen Sensoren werden vorteilhafterweise bei der automatischen Betriebsweise verwendet, zur Bestimmung des Front-Lenkwinkels, der in Verbindung mit der Fahrzeug­ straßengeschwindigkeit dazu dient, die akzeptable Schlupf­ Schwelle der Hinterräder zu bestimmen.

In einigen Situationen können die beiden vorderen Sensoren 35 und 36 ersetzt werden durch einen einzigen vorderen Drehzahlsensor, der im Transfergehäuse untergebracht ist und dann, wenn gewünscht, kann die Lenkwinkelinformation von einer anderen Quelle (z. B. dem Lenkgetriebe) erhalten werden.

Die Steuerung 32 empfängt ferner ein Zustands-Signal vom Getriebe 12, welches die Steuerung informiert, wenn das Hauptgetriebe sich in neutraler Betriebsweise befindet. Das System erlaubt nur eine Schaltung zwischen hohem und tiefem Betriebsbereich bei Vierradantrieb und neutraler Betriebsweise, wenn sich das Getriebe 12 in neutraler Stel­ lung befindet. Die Steuerung empfängt ferner ein Brems- Zustands-Signal vom Fahrzeugbremssystem, welches anzeigt, wenn ein Bremspedal 38 betätigt worden ist. Die Steuerung 32 kann ferner ein Zustands-Signal an eine ABS-Steuerung 39 abgeben, um anzuzeigen, wenn das System im hohen oder tiefen Vierradantriebsbereich arbeitet.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm der inneren Kompo­ nenten des Übertragungsgehäuses 10 nach Fig. 1. Wie Fig. 2 zeigt, hat das Übertragungsgehäuse 10 eine Eingangs­ welle 43, die mit der Ausgangswelle des Fahrzeuggetriebes 12 (Fig. 1) gekoppelt ist, ferner eine hintere Ausgangs­ welle 44 zur Verbindung mit der hinteren Antriebswelle 20, und eine im Winkel verlaufende vordere Ausgangswelle 45 zur Verbindung mit der vorderen Antriebswelle 25.

Die Eingangswelle 43 ist drehbar am vorderen Ende eines Gehäuses 46 gelagert und umfaßt ein Sonnenrad 47, das einen Teil eines Planetenreduziergetriebes bildet, das allgemein mit 48 bezeichnet ist, und dazu dient, den unteren Übersetzungsbereich zu erreichen. Das Planetenge­ triebe 48 hat einen Zahnring 49, der relativ zum Gehäuse 46 ortsfest ist, ferner eine Mehrzahl von Planetenrädern 51, die in Umfangsrichtung beabstandet und einzeln dreh­ bar von einem Planetenträger 52 abgestützt sind. Die hin­ tere Ausgangswelle 44 erstreckt sich nach vorn in das Ge­ häuse 50 und trägt an ihrem vorderen Ende eine axial be­ wegliche Bereichs-Schaltmuffe 53, die eine Außenverzahnung 54 hat zum Eingriff entweder mit einer Innenverzahnung 55, die mit der Eingangswelle 43 verbunden ist, oder mit einer Innenverzahnung 56, die mit dem Planetenträger 52 verbun­ den ist. Bei Verbindung mit der Eingangswelle 43, wie ober­ halb der Achse A-A in Fig. 2 gezeigt ist, besteht eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle 43 und der hinteren Ausgangswelle 44, wodurch der hohe Dreh­ zahlbereich bestimmt ist. Bei Verbindung mit dem Planeten­ träger 52, wie unterhalb der Achse A-A dargestellt ist, bewirkt das Planetengetriebe 48 eine vorgegebene Übersetzungs­ reduzierung, wodurch der untere Drehzahlbereich bestimmt ist. In einer Zwischenlage (nicht gezeigt) zwischen der Ein­ gangswellenverzahnung 55 und der Planetenträgerverzahnung 56 befindet sich das Übertragungsgehäuse in neutraler Stel­ lung. Ein Bereichsschalter, der allgemein durch einen Block 41 dargestellt ist, wird benutzt, um die axiale Bewegung der Schaltmuffe 53 zwischen unterem Bereich, neutraler Stel­ lung und oberem Bereich zu bewirken. Bei elektrischer Be­ tätigung wird der Schalter 41 angekoppelt, um Steuersig­ nale von der Steuerung 32 zu halten, und in einigen Fäl­ len eine Rückkopplungsinformation an die Steuerung zu geben.

Ein erstes Kettenrad 62 ist drehbar auf dem zentralen Ab­ schnitt der hinteren Ausgangswelle 44 gelagert, und es treibt über eine Kette 63 ein zweites Kettenrad 64, das drehbar im Gehäuse 46 gelagert ist, und dieses treibt die im Winkel verlaufende vordere Ausgangswelle 43 über ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 65.

Eine mehrscheibige Kupplungspackung 66 ist zwischen der Eingangswelle und dem ersten Kettenrad 62 gekoppelt, um den Drehmomenteingang zur vorderen Ausgangswelle zu steuern. Nach der Erfindung ist ein Planetenradgetriebe 67 vorge­ sehen, um die Kupplung zwischen der hinteren Ausgangs­ welle 44 und der vorderen Ausgangswelle 45 einzukuppeln. Das Planetengetriebe arbeitet als Drehmoment-Vervielfacher, wodurch es ermöglicht wird, die Gesamtdrehmomentkapazität der Kupplung wesentlich zu reduzieren.

Das Planetengetriebe hat einen Planetenträger 68, ein Sonnen­ rad 69, einen Zahnring 71 und eine Mehrzahl von Planeten­ rädern 72, die drehbar am Träger 68 gelagert sind und in Eingriff zwischen dem Sonnenrad und dem Zahnring stehen. Der Planetenträger 68 ist zur Drehung mit der hinteren Ausgangswelle 44 verbunden. Das Sonnenrad 69 ist zur Drehung mit einer ersten Gruppe von Kupplungsplatten 73 verbunden, die axial beweglich, aber mittels einer Keilverbindung dreh­ fest mit dem Sonnenrad 69 verbunden sind. Der Zahnring 71 ist zur Drehung mit einer zweiten Gruppe von Kupplungsplatten 74 verbunden, die ebenfalls axial beweglich sind. Durch ei­ nen Elektromagneten 75 wird ein Vorspannmoment auf die Kupp­ lung 66 aufgebracht, wobei der Magnet Steuersignale von der Steuerung 32 erhält. Wenn gewünscht, kann die Kupplung moduliert werden von Null auf die Kupplungskapazität, um ein variables Ausgangsdrehmoment in der automatischen Betriebs­ weise abzugeben.

In Betrieb, wenn der Elektromagnet 75 betätigt ist, entsteht eine Reibung zwischen den Kupplungsplatten, und es wird ein Drehmoment vom Planetenträger 68 auf den Zahnring 71 über­ tragen unter einer Vervielfachung entsprechend derjenigen der Planetenräder plus dem Drehmoment, das durch die Kupp­ lungspackung übertragen wird. Die nachstehende Gleichung gibt das Ausgangsdrehmoment wieder, das durch die Dreh­ momentkapazität der Kupplung allein (T_c) gegeben ist:

Worin N_r die Zähnezahl des Zahnringes; N_s die Zähnezahl des Sonnenrades und N_p die Zähnezahl eines Planetenrades ist.

Fig. 3 zeigt im Schnitt das Übertragungsgehäuse, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 3 umfaßt das Übertragungsgehäuse einen Bereichsschalter-Betätigungs­ mechanismus 81, wie z. B. in dem US-Patent Nr. 50 45 036 be­ schrieben. Das Transfergehäuse umfaßt ferner ein Konstant­ geschwindigkeits-Universalgelenk 82, wie es beispielsweise in der US-Patentanmeldung Nr. 07/4 80 101 vom 14. 2. 1990 beschrieben ist. Die Kupplung für Vierradantrieb und das Planetengetriebe für die Drehmomentverstärkung, die allgemein mit 83 bezeichnet sind, haben einen Aufbau, wie in Fig. 2 gezeigt.

Das Übertragungsgehäuse, wie es in den Fig. 2 und 3 dar­ gestellt ist, ist nur ein Beispiel, bei welchem die Dreh­ momentverstärkung nach der Erfindung verwendet wird. Die Erfindung kann aber auch in anderen Fahrzeuggetrieben ver­ wendet werden, bei denen das zwischen den einzelnen Teilen übertragene Drehmoment gesteuert werden soll. Als Kupplung ist eine elektromagnetisch betätigte Mehrscheibenkupplung dargestellt, die Kupplung kann aber auch pneumatisch oder hydraulisch betätigt sein, oder sie kann eine Kegelkupp­ lung oder eine andere Friktions-Kupplung sein.

Claims (1)

1. Drehmomentübertragungs-Vorrichtung für ein Fahr­ zeug, gekennzeichnet durch ein Übertragungsge­ häuse, eine Eingangswelle, die drehbar im Ge­ gehäuse gelagert ist, eine Ausgangswelle, die drehbar im Gehäuse gelagert ist, ein Planeten­ getriebe mit einem Sonnenrad, einem Planeten­ träger, einem Zahnring und einer Mehrzahl von Planetenrädern, die vom Planetenträger getragen sind und in Eingriff mit dem Sonnenrad und dem Zahnring stehen, ferner dadurch, daß der Planeten­ träger mit der Eingangswelle verbunden ist und der Zahnring zum Antrieb mit der Ausgangswelle gekoppelt ist sowie durch eine Kupplung, um se­ lektiv das Sonnenrad relativ zum Zahnring zu blockie­ ren, um eine Drehung des Planetenträgers relativ zum Zahnring zu sperren und dadurch ein Drehmoment auf die Ausgangswelle zu übertragen.