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Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungssystem für
ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug und insbesondere
ein System mit flüssigkeitsbetätigten
Mehrscheiben-Reibungskupplungen zur Übertragung der Ausgangsleistung des
Motors auf die Vorder- und Hinterräder und zur Steuerung
des Drehmomentes an den rechten und linken
Antriebsrädern, wobei das Verhältnis der Drehmomentverteilung auf
die vorderen und hinteren Rädern sowie auf die rechten
und linken Räder in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen
des Kraftfahrzeugs und dem Zustand der Straßenoberfläche
erfolgt.
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In der JP-OS 61-155027 ist ein System offenbart, bei dem
entsprechende Mehrscheiben-Übertragungskupplungen für
die Vorder- und Hinterräder in einer
Übertragungseinrichtung zur Steuerung der Verteilung des Drehmomentes
auf die Vorder- und Hinterräder vorgesehen sind.
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In der JP-OS 62-103227 ist ein System zur Steuerung des
differentialen Betriebes eines zwischen den rechten und
linken Rädern angeordneten Differentials beschrieben.
Bei diesem System ist eine flüssigkeitsbetätigte
Mehrscheiben-Reibungskupplung zwischen dem
Differentialgehäuse und einem Seitenrad eines Differentials zur
Begrenzung des differentiellen Betriebes angeordnet. Der
Betriebsdruck der Kupplungsflüssigkeit wird zur Änderung
des den Differentialbetrieb begrenzenden Drehmomentes
gesteuert, so daß die Fahr- und Manövriereigenschaften
des Kraftfahrzeuges verbessert werden.
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Um die Fahr- und Manövriereigenschaften des Fahrzeugs zu
verbessern, wird in einem vierradgetriebenen Fahrzeug
vorzugsweise sowohl eine Drehmoment-
Verteilungseinrichtung, als auch eine ein Differential
begrenzende Einrichtung verwendet. In diesem Fall müssen
jedoch hydraulische Steuerkreise mit Steuerventilen zur
Steuerung der Kupplungen paarweise vorgesehen sein,
wobei ferner Ölpumpen vorhanden sein müssen, so daß sich
das Problem der Anordnung dieser Elemente in dem
Kraftübertragungssystem ergibt, da die Kupplungen und das
Steuersystem vorzugsweise in einem die Übertragung des
Differentials einschließenden Gehäuse angeordnet sind.
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In der Mehrscheiben-Reibungskupplung wird das Öl der
automatischen Übertragung als Arbeitsöl zur Betätigung
und Schmierung der Kupplung verwendet, da dieses Öl eine
gute Reibungscharakteristik und geringe Ölviskosität
aufweist. Andererseits enthält das an dem Ausgang des
Differentialgehäuses vorgesehene letzte
Reduktionsgetriebe des Differentials im allgemeinen ein
Hypoidgetriebe. In einem solchen Differential wird ein extremes
Druckmittel verwendet, welches Additive zur Verbesserung
des Anhaftens an der Oberfläche von Metallen unter hohen
Lagerdrucken enthält. Ein solches Mittel kann ein Kleben
und Schlupfen der mehrfachen Scheiben der Kupplung
verursachen, so daß unerwünschte Vibrationen und Geräusche
des Fahrzeugs auftreten.
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Darüber hinaus enthält die Kupplung eine
Kupplungstrommel und eine Kupplungsnabe, die jeweils eine Mehrzahl
von Scheiben aufweisen, sowie eine Kolben-Ölkammer, die
zwischen der Kupplungstrommel und einem Kolben
ausgebildet ist. Der Kolben ist gleitend mit einer
Kerbverzahnung an der Kupplungstrommel befestigt, so daß sich die
Scheiben der Kupplungstrommel axial bewegen und mit den
Scheiben der Nabe eingreifen können. Wenn die
Kupplungstrommel rotiert, rotiert der Kolben zusammen mit der
Kupplungstrommel. Wenn sich die Kupplung mit hoher
Geschwindigkeit dreht, wirkt die Zentrifugalkraft des Öls
in der Kolben-Ölkammer auf den Kolben ein. Wenn die
Kupplung entkuppelt wird, wird der Druck des Öls
vermindert. Die Zentrifugalkraft drückt den Kolben jedoch
weiterhin auf die Scheiben der Kupplungstrommel, so daß die
Kupplung nicht vollständig entkuppelbar ist. Die
Zentrifugalkraft verursacht ferner verschiedene Nachteile in
Bezug auf eine genaue Steuerung des Öldrucks.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein
Kraftübertragungssystem anzugeben, bei dem eine
Übertragungskupplung sowie eine Kupplung zur Begrenzung des
Differentialbetriebes eines Differentials so vorgesehen
sind, daß die Fahreigenschaften, die Steuerbarkeit, die
Fahrstabilität und das Anfahrverhalten des Fahrzeugs
verbessert sind.
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Ferner wird ein Kraftübertragungssystem angegeben, bei
dem in der Kupplung keine Zentrifugalkraft erzeugt wird.
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Mit der Erfindung soll weiterhin ein System angegeben
werden, bei dem für die Kupplung ein ausschließliches
Ölversorgungssystem vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Kraftübertragungssystem für ein
vierradgetriebenes Kraftfahrzeug geschaffen, welches
eine Übertragung zur Übertragung des
Ausgangs-Drehmomentes eines Motors auf die Vorder- und Hinterräder des
Fahrzeugs über vordere bzw. hintere Differentiale
aufweist, mit:
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einer flüssigkeitsbetätigten Übertragungskupplung, die
in der Nähe des vorderen oder hinteren Differentials zur
Übertragung des Ausgangs-Drehmomentes der Übertragung zu
dem Differential vorgesehen ist,
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einer flüssigkeitsbetätigten begrenzenden Kupplung, die
in der Nähe des Differentials und zwischen dem
Differential und einer entsprechenden Achse des Fahrzeugs
angeordnet ist, um den Differentialbetrieb des Differentials
zu begrenzen, wobei
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die Übertragungskupplung und/oder die
Begrenzungskupplung in einem an dem Gehäuse des Differentials
befestigten Gehäuse angeordnet und durch eine Öldichtung von dem
Differential getrennt sind, und mit
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Steuereinrichtungen zur Steuerung des Kupplungsdrucks
jeder Kupplung in Abhängigkeit von Fahrbedingungen des
Fahrzeugs.
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Die Übertragungskupplung ist vorzugsweise in einem an
einem Träger des Differentials befestigten Gehäuse
angeordnet und von dem Differential durch eine Ölkupplung
getrennt, während die begrenzende Kupplung in einem an
dem Träger des Differentials befestigten Gehäuse
angeordnet und von dem Differential durch eine Öldichtung
getrennt ist.
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Die begrenzende Kupplung ist vorzugsweise koaxial zu den
Achsen befestigt und weist eine äußere und eine innere
Trommel auf, von denen eine im Betrieb mit dem
Differentialgehäuse verbunden ist, während die andere mit einer
der Achsen verbunden ist, wobei eine Mehrzahl von
Reibungsscheiben an jeder Trommel befestigt ist. Ferner
umfaßt die Kupplung dabei einen Arbeitszylinder, der aus
einem gleitend in einer Kolbenkammer geführten Kolben
besteht und durch zu der Kolbenkammer geführtes Öl
betätigt
wird, um die äußeren und inneren Scheiben
miteinander in Eingriff zu bringen, sowie eine zentrifugale
Öldruckkammer, die in der Nähe der Kolbenkammer
ausgebildet ist, um die Zentrifugalkraft des Öl in der
Kolbenkammer zu steuern.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sollen nun
beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben
werden. Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Kraftübertragungssystems;
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Fig. 2a und 2b Teildarstellungen eines Hauptteils des
Systems;
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Fig. 3a und 3b Teildarstellungen entlang der Linie III-III
in den Figuren 2a und 2b;
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Fig. 4a und 4b ein hydraulisches Steuersystem zur Steuerung
von flüssigkeitsbetätigten
Mehrscheiben-Reibungskupplungen des Systems;
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Fig. 5a und 5b Flußdiagramme der Arbeitsweise einer
Steuereinheit des Systems;
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Fig. 6a und 6b eine Teildarstellung eines Hauptteils der
Ausführungsform;
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Fig. 7 eine schematische Darstellung einer dritten
Ausführungsform der Erfindung; und
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Fig. 8a und 8b eine Teildarstellung eines Hauptteils der
dritten Ausführungsform.
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Figur 1 zeigt ein Kraftübertragungssystem in einem
vierradgetriebenen Kraftfahrzeug mit einem vorne in
Längsrichtung angeordneten Motor 1. Die Kurbelwelle des
Motors 1 ist über eine Kupplung 2 und eine Antriebswelle 4
mit einer Unterübertragung 3 verbunden. Die
Unterübertragung 3 weist ein zwischen der Antriebswelle 4 und
einer Eingangswelle 11 angeordnetes Reduktionsgetriebe
sowie einen Auswahlmechanismus zur Auswahl der Gänge der
Unterübertragung auf.
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Eine mit der Eingangswelle 11 verbundene manuelle
Hauptübertragung 10 enthält eine parallel zu der
Eingangswelle 11 befestigte Ausgangswelle 12, eine Mehrzahl von
Getrieben 13 für Geschwindigkeitswechsel sowie
Synchronisierer 14. Die Ausgangwelle 12 endet in einem
Antriebsritzel, welches mit einem Zahnkranz 5 einer
abschließenden Reduktionseinrichtung eines Differentials
für die Vorderräder 6 eingreift. Die Ausgangswelle 12
ist über ein Paar von Übertragungsgetrieben 8 einer
Übertragungseinrichtung 7, die hinter der manuellen
Übertragung 10 angeordnet ist, mit einer
Übertragungswelle 9 verbunden.
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Die Übertragungswelle 9 ist über ein Universalgelenk 20
im Betrieb mit einer Propellerwelle 21 verbunden,
wodurch die Kraft des Motors 1 über eine hintere
Antriebswelle 25 zu einer Übertragungskupplung 45 übertragen
wird. Die Kraft wird über ein hinteres Differential 30
sowie Achsen 23R und 23L mit einem vorbestimmten
Verteilungsverhältnis, welches durch die Kupplung 45 bestimmt
wird, auf die Hinterräder 24R und 24L übertragen.
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Gemäß den Figuren 2a, 2b, 3a und 3b hat ein Träger 31
des hinteren Differentials 30, welcher von einem Teil
des Fahrzeugs herabhängt, einen zylindrischen Abschnitt
31a als Gehäuse für die Kupplung 45. Ein
Erweiterungsgehäuse 41 ist an einem vorderen Ende des zylindrischen
Abschnittes 31a befestigt. Die hintere Antriebswelle 25
ist drehbar in dem Erweiterungsgehäuse 41 über ein
Lagerpaar 42 an beiden Enden befestigt und mit der
Propellerwelle 21 verbunden. Eine Antriebs-Ritzelwelle 22 mit
einem Antriebsritzel 32 ist drehbar in dem Gehäuse 31
des hinteren Differentials 30 mit einem Lager 33
befestigt. Ein Ende der Antriebs-Ritzelwelle 22 ist drehbar
in einem hohlen Ende 25b der hinteren Antriebswelle 25
mit einer Nadelrollenlagerung 44 gelagert. Das
Antriebsritzel 32 greift mit einem abschließenden
Reduktionsgetriebe 36 ein. Die Übertragungskupplung 45 ist an der
Antriebs-Ritzelwelle 22 in dem zylindrischen Abschnitt
31a befestigt, während eine Ölpumpe 61 und ein Motor 60
zum Antrieb der Pumpe 61 an einer Seite des
zylindrischen Abschnitts 31a befestigt sind, um Öl zu der
Übertragungskupplung 45 zu führen.
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Die Übertragungskupplung 45 enthält eine an einem
Flansch 25a der hinteren Antriebswelle 25 befestigte
Antriebstrommel 45a sowie eine über eine Keilverzahnung
(splined) an der Antriebs-Ritzelwelle 22 befestigte
angetriebene Trommel 45b. Ein vorderes Ende der
angetriebenen Trommel 45b greift mit einer Druckscheibe 46
(Sicherungsscheibe) ein, welche an dem Flansch 25a der
hinteren Antriebswelle 25 anliegt. Eine Mehrzahl von
Antriebsscheiben 45c ist keilverzahnt an der Trommel 45a
befestigt, während eine Mehrzahl von angetriebenen
Scheiben 45d keilverzahnt an der Trommel 45b befestigt
ist, wobei letztere alternierend mit den Scheiben 45c
angeordnet sind. Ein Kolben 45f ist gleitend in einer
Kolbenkammer 45e geführt, welche durch den Kolben 45f
und den zylindrischen Abschnitt 31a abgegrenzt wird.
Eine Andruckfeder 45g drückt den Kolben 45f über ein
Drucklager 47 gegen eine Endscheibe 45c, so daß auch bei
einer Rotation der Kupplungstrommel keine
Zentrifugalkräfte auf den Kolben 45f ausgeübt werden.
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Zwischen inneren Umfangswänden des zylindrischen
Abschnittes 31a und einem Abstandhalter 22a auf der
Antriebs-Ritzelwelle 22 ist eine Öldichtung 43 angeordnet.
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Da sich die Eigenschaften des Öls für die
Übertragungskupplung 45, welches in einer Kammer 41a in dem
Erweiterungsgehäuse 41 vorhanden ist, und des Öls für das
Hypoidgetriebe des Differentials 30 voneinander
unterscheiden, ist die Öldichtung 43 zur Verhinderung einer
Vermischung der Öle vorgesehen worden.
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In der Antriebs-Ritzelwelle 22 ist ein Öldurchgang 22b
ausgebildet, so daß die Kupplung 45 geschmiert wird.
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Wenn sich die Kupplungstrommel 45a dreht, wird das Öl in
der Ölkammer 41a in dem Erweiterungsgehäuse 41 durch die
äußere Wand der Antriebstrommel 45a hochgezogen und über
eine Ölführung (nicht gezeigt) dem Öldurchgang 22b
zugeführt. Das Öl läuft durch den Durchgang 22b und tritt
in die Kammer der angetriebenen Trommel 45b ein.
Weiterhin wird das Öl über Durchgänge (nicht gezeigt), die
radial in dem Keilnutbereich der angetriebenen Trommel
45b ausgebildet sind, den Scheiben 45c zugeführt.
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Das in einem Differentialgehäuse 35 enthaltene hintere
Differential 30 enthält eine Ritzelwelle 37, die drehbar
in dem Gehäuse 35 gelagert ist, ein Paar von
Differentialritzeln 38, die drehbar an der Ritzelwelle 37
befestigt sind, sowie ein Paar von Seitengetrieben 39R und
39L, die mit den Ritzeln 38 eingreifen. Die
Seitengetriebe 39R und 39L sind mit den Achsen 23R bzw. 23L über
eine Keilnutverzahnung verbunden.
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Das Differentialgehäuse 35 hat einen zylindrischen
Abschnitt 35b, der drehbar an einem Haltelager 35c
gelagert ist, welches über ein Kegelrollenlager 34 an dem
Träger 31 befestigt ist, sowie weiterhin einen
zylindrischen Abschnitt 35a, der drehbar über ein
Kegelrollenlager 34 in einem Kupplungsgehäuse 51 gelagert ist. Der
zylindrische Abschnitt 35a ist mit einem Lager 53
drehbar an der Achse 23R gelagert.
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Eine flüssigkeitsbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung
55 ist von einem Kupplungsgehäuse 51 umschlossen und an
der Achse 23R und dem zylindrischen Abschnitt 35a
befestigt. Die Kupplung 55 wird über eine Ölpumpe 61 mit Öl
versorgt.
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Die Kupplung 55 enthält eine äußere Trommel 55a, die an
der Achse 23R befestigt ist, sowie eine innere Trommel
55b, die über eine Keilnutverbindung an dem
zylindrischen Abschnitt 35a befestigt ist. Eine Mehrzahl von
äußeren Scheiben 55c ist mit Keilnuten an der Trommel
55a, eine Mehrzahl von inneren Scheiben 55d mit
Keilnuten an der Trommel 55b befestigt, wobei diese
alternierend mit den Scheiben 55c angeordnet sind. Ein
Ringkolben 55f ist gleitend an einer inneren Wand des
Kupplungsgehäuses 51 und einem inneren Führungsabschnitt 51b
befestigt. Der Kolben 55f greift über eine Feder 55g mit
der äußersten Scheibe 55c ein. Zwischen dem Kolben 55f
und dem Gehäuse 51 ist eine Kolben-Ölkammer 55e
abgegrenzt.
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Eine Ölkammer 51a des Kupplungsgehäuses 51 kommuniziert
mit der Ölkammer 41 des Erweiterungsgehäuses 41 über
einen Durchgang (nicht gezeigt), so daß die Kupplung 55
mit dem gleichen Öl geschmiert wird, wie die Kupplung
45.
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Eine hydraulisches Steuersystem für die Kupplungen 45
und 55 soll im folgenden mit Bezug auf die Figuren 4a
und 4b beschrieben werden. Das hydraulische Steuersystem
enthält eine Öldruck-Steuereinheit 62 und eine
Steuereinheit 70. Die Öldruck-Steuereinheit 62 enthält ein
Druckregelventil 63, ein Pilotventil 67, ein Kupplungs-
Steuerventil 65a, sowie ein magnetspulenbetätigtes
Arbeits-Steuerventil 69a zur Steuerung der
Übertragungskupplung 45, weiterhin ein Kupplungs-Steuerventil 65b
und ein magnetspulenbetätigtes Arbeits-Steuerventil 69b
zur Steuerung der das Differential begrenzenden Kupplung
55.
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Durch die mit einem Motor 60 angetriebene Ölpumpe 61
wird Öl zu dem Druckregelventil 63 geführt, durch das
der Öldruck auf einen vorbestimmten Wert eingestellt
wird. Das Öl wird über das Kupplungs-Steuerventil 65a
und einen Öldurchgang 66a zu der Kolbenkammer 45e der
Übertragungskupplung 45 geführt. Das Pilotventil 67
dient zur Schaffung eines konstanten Führungsdruckes.
Das magnetspulenbetätigte Arbeits-Steuerventil 69a wird
durch Pulse von der Steuereinheit 70 mit einem von
Fahrbedingungen des Fahrzeugs abhängigen Tastverhältnis
betrieben, so daß die Ableitung des Öls von dem
Steuerventil 69a einen Steuerdruck erzeugt. Der Steuerdruck wird
an ein Ende des Übertragungs-Steuerventils 65a über
einen Öldurchgang 58a zur Steuerung des zu der Kupplung 45
zugeführten Öls und somit zur Steuerung eines
Kupplungsdruckes zugeführt. Das Regelventil 63 kommuniziert
ferner über einen Öldurchgang 64, ein
Kupplungs-Steuerventil 65b und einen Öldurchgang 66b mit der Kolbenkammer
55e der Kupplung 55. Der Öldruck wird entsprechend den
Pulsen gesteuert, die in der gleichen Weise wie oben
beschrieben wurde, von der Steuereinheit 70 zu dem
magnetspulenbetätigten Ventil 69b geführt werden.
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Der Steuereinheit 70 werden Ausgangssignale von einem
Vorderrad-Geschwindigkeitssensor 71, einem Hinterrad-
Geschwindigkeitssensor 72, einem Geschwindigkeitssensor
74 des rechten Hinterrades, einem Geschwindigkeitssensor
73 des linken Hinterrades, einem
Drosselklappen-Positionssensor 76, einem Schiebebereichsensor 77, einem
Lenkwinkelsensor 78 und einem G-Sensor 79 zugeführt,
welche zur Bestimmung von Fahrzuständen des
Kraftfahrzeuges vorgesehen sind. Einem Rechner 80a für
Geschwindigkeitsdifferenzen wird eine Vorderradgeschwindigkeit NF
von dem Vorderrad-Geschwindigkeitssensor 71 und eine
Hinterradgeschwindigkeit NR von dein
Hinterrad-Geschwindigkeitssensor 72 zugeführt, woraufhin eine
Geschwindigkeitsdifferenz ΔNa zwischen der Vorderradgeschwindigkeit
NF und der Hinterradgeschwindigkeit NR gemäß der
Gleichung ΔNa = NF - NR berechnet wird. Wenn die
Differenz ΔNa einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird
durch ein Schlupf-Bestimmungsteil 81a ein Schlupfsignal
an ein Kupplungsdruck-Erzeugungsteil 82a geführt. Das
Kupplungsdruck-Erzeugungsteil 82a ist mit einer
Kupplungsdruck-Nachschlagetabelle ausgestattet, in der eine
Mehrzahl von maximalen Kupplungsdrucken, die jeweils
einem Lenkwinkel θ entsprechen, gespeichert ist.
Insbesondere vermindert sich der Druck in dem Maße, wie der
Lenkwinkel θ ansteigt, so daß Bremserscheinungen in
engen Kurven verhindert werden. Der Kupplungsdruck Pa wird
in Übereinstimmung mit dem Lenkwinkel θ des
Steuerwinkelsensors 78 aus der Nachschlagetabelle abgeleitet. Der
abgeleitete Kupplungsdruck Pa wird zu einer Einheit 83a
zur Erzeugung eines Tastverhältnisses geführt, in der
ein Tastverhältnis entsprechend dem Kupplungsdruck Pa
erzeugt wird. Ein Pulssignal mit einem Tastverhältnis
von dem Erzeugungsteil 83a wird an das
magnetspulenbetätigte Ventil 69a angelegt.
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Wenn die Geschwindigkeitsdifferenz ΔNa kleiner ist als
der vorbestimmte Wert, wird durch eine
Bestimmungseinheit 84a für normales Fahren ein entsprechendes
Bestimmungssignal an eine Erzeugungseinheit 85a für
Kupplungsdruck geführt, um einen Kupplungsdruck Pa aus der
Nachschlagetabelle abzuleiten. Der Kupplungsdruck Pa wird
entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die der
von dem Hinterrad-Geschwindigkeitssensor 72 erfaßten
Hinterradgeschwindigkeit entspricht, sowie einem von dem
Drosselklappen-Positionssensor 76 erhaltenen Wert φ der
Drosselklappenöffnung aus der Tabelle abgeleitet.
Folglich wird der Kupplungsdruck Pa so gesteuert, daß
das Motordrehmoment in Abhängigkeit von den
Last-Verteilungsverhältnissen auf den Vorder- und Hinterachsen auf
die Hinterräder übertragen wird. Der Kupplungsdruck Pa
wird weiterhin mit einein Übertragungsverhältnis e
korrigiert, welches mit einem Schiebebereich-Sensor 77,
einem Lenkwinkel θ und einer mit dem G-Sensor 79
erfaßten Beschleunigung g bestimmt wird. Dies bedeutet, daß
der Kupplungsdruck in einem niedrigen
Motor-Geschwindigkeitsbereich vergrößert, mit einer Vergrößerung des
Lenkwinkels θ verkleinert und mit einem Ansteigen der
Beschleunigung g vergrößert wird, so daß ein optimaler
Kupplungsdruck in Übereinstimmung mit den
Fahrbedingungen erzeugt werden kann. Das dem Kupplungsdruck Pa
entsprechende Signal des Tastverhältnisses wird ebenfalls
zu dem magnetspulenbetätigten Ventil 69a geführt.
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Die Steuereinheit 70 ist ferner mit einem System zur
Steuerung eines Kupplungsdruckes Pb der das Differential
begrenzenden Kupplung 55 versehen, welches im
wesentlichen in der gleichen Weise wie die Kupplung 45 arbeitet.
Einem Rechner 80b für eine Geschwindigkeitsdifferenz
wird eine linke Hinterradgeschwindigkeit NL und eine
rechte Hinterradgeschwindigkeit NRI zur Berechnung einer
Geschwindigkeitsdifferenz ΔNb = NL - NRI zugeführt. Mit
einer Schlupf-Bestimmungseinheit 81b und einer
Bestimmungseinheit 84b für normales Fahren wird erfaßt, ob
eines der linken oder rechten Räder schlupft, oder das
Fahrzeug in einem normalen Fahrzustand gefahren wird.
Aus Tabellen in den Kupplungsdruck-Erzeugungseinheiten
82b und 85b wird ein optimaler Kupplungsdruck Pb
abgeleitet und in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen
korrigiert. Ein Tastverhältnis-Signal entsprechend dem
Kupplungsdruck Pb wird von einer
Tastverhältnis-Erzeugungseinheit 83b dein magnetspulenbetätigten Ventil 69b
zugeführt.
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Der Betrieb des Systems erfolgt in der Weise, daß die
Kraft des Motors 1 über die Kupplung 2 und die
Unterübertragung 3 zu der manuellen Übertragung 10 geführt
wird. Der Ausgang der Übertragung 10 wird über die
Ausgangswelle 12 zu dem vorderen Differential 5 und den
Vorderrädern 6 geführt. Die Kraft wird den Hinterrädern
24L und 24R über die Übertragungseinrichtung 7, die
Propellerwelle 21, die hintere Antriebswelle 25, die
Übertragungskupplung 45 und das hintere Differential 30
zugeführt.
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Während das Fahrzeug gefahren wird, werden die
Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren, die z.B. die
Vorderradgeschwindigkeit NF und die Hinterradgeschwindigkeit NR
erfassen, der Steuereinheit 70 zugeführt, um ein in
Figur 5a gezeigtes Programm auszuführen. Wenn das Fahrzeug
auf trockener Straße unter gleichmäßigen Fahrbedingungen
gefahren wird, sind die Geschwindigkeiten der
Vorderund Hinterräder im wesentlichen gleich (NF NR), so daß
ein normaler Fahrzustand des Fahrzeugs erfaßt wird.
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Folglich liegt an dem magnetspulenbetätigten Ventil 69a
ein Tastverhältnis-Signal zur kontinuierlichen Änderung
des Kupplungsdrucks Pa an, so daß das Drehmoment auf die
Hinterräder in Übereinstimmung mit dem
Achslast-Verteilungsverhältnis verteilt wird.
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In der hydraulischen Steuerschaltung wird die Ölpumpe 61
durch den Motor 60 angetrieben, um Öl über das
Regelventil 63 zu dem Kupplungs-Steuerventil 65a zu führen. Der
durch das Pilotventil 67 geregelte Steuerdruck wird
ferner durch das magnetspulenbetätigte Ventil 69a
gesteuert, welches Öl in Abhängigkeit von dem Tastsignal
abführt. Der Steuerdruck wird der Kammer 45e zugeführt, so
daß der Kolben 45g die Scheiben 45c und 45d
beaufschlagt. Folglich wird die Kraft auf die Vorder- und
Hinterräder in Übereinstimmung mit dem
Übertragungsdrehmoment der Übertragungskupplung 45 verteilt.
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Figur 5b zeigt ein Flußdiagramm des Ablaufes der
Steuerung der Kupplung 55. Die Geschwindigkeit eines linken
Rades NL und eines rechten Rades NRI wird erfaßt und die
Geschwindigkeitsdifferenz ΔNb zwischen dem linken und
dem rechten Rad berechnet. Wenn das Fahrzeug normal
gefahren wird, sind die Geschwindigkeiten NL und NRI im
wesentlichen gleich (NL NRI). Folglich wird der
Kupplungsdruck Pb im wesentlichen auf Null gesetzt, so daß die
Kupplung 55 gelöst ist. Folglich durchfährt das Fahrzeug
eine Kurve mit differentiellem Betrieb.
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Beim Anfahren oder Beschleunigen des Fahrzeugs wird der
Kupplungsdruck Pa der Übertragungskupplung 45
vergrößert, um das Übertragungsdrehmoment zu schaffen, so
daß sich auch das auf die Hinterräder übertragene
Verteilungsverhältnis des Drehmomentes vergrößert und
dadurch die Vierrad-Fahreigenschaften verbessern. Zum
gleichen Zeitpunkt vergrößert sich auch der
Kupplungsdruck Pb der Kupplung 55. Der Kolben 55f rückt folglich
gegen die Scheiben 55c und 55d, wodurch ein den
differentiellen Betrieb begrenzendes Drehmoment zwischen dem
Differentialgehäuse 35 und den Seitengetrieben 39R
erzeugt wird. Dadurch wird das Differential 30 verriegelt,
ein stabiles Fahren ermöglicht und eine wirksame
Übertragung des Drehmoments zu den Hinterrädern 24L und 24R
sichergestellt, wodurch die Anfahr- und
Beschleunigungseigenschaften verbessert werden. Wenn das Fahrzeug durch
eine Kurve fährt, verringern sich die Kupplungsdurcke Pa
und Pb in dem Maße, wie der Lenkwinkel θ ansteigt. Das
auf die Hinterräder verteilte Drehmoment und das
begrenzende Drehmoment werden reduziert, um einen
gleichförmigen Lenkbetrieb ohne das Auftreten von
Bremserscheinungen bei engen Kurven sicherzustellen.
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Wenn die Vorderräder auf einer schlammigen Straße
schlupfen, wird eine große Geschwindigkeitsdifferenz ΔNa
erzeugt, so daß ein Schlupf der Räder erfaßt wird.
Dadurch wird ein maximaler Kupplungsdruck Pa bestimmt, so
daß die Übertragungskupplung 45 vollständig eingreift,
um die Vorder- und Hinterräder zu verbinden. Das
Drehmoment wird im wesentlichen gleichmäßig auf die
Vorderund Hinterräder verteilt, so daß der Schlupf verhindert
wird und gute Fahreigenschaften sichergestellt werden.
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Wenn eines der Hinterräder 24L oder 24R schlupft, so
wird festgestellt, daß das Rad bei einer großen
Geschwindigkeitsdifferenz ΔNb schlupft. Folglich wird der
Kupplungsdruck Pb für die Kupplung 55 maximal, um die
Kupplung 55 vollständig eingreifen zu lassen. Das
Differential 30 ist folglich verriegelt, so daß das Fahrzeug
freikommen kann. Dieser Vorgang zur Verhinderung des
Schlupfes wird getrennt oder gleichzeitig ausgeführt.
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Das Verteilungsverhältnis des Drehmomentes an den
Vorder- und Hinterrädern und der begrenzende Betrieb des
Differentials werden in Übereinstimmung mit den
Fahrbedingungen und dem Zustand der Straßenoberfläche
gesteuert.
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Die Figuren 6a und 6b zeigen eine zweite Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine
flüssigkeitsbetätige Mehrscheiben-Reibungskupplung 56
zwischen dem Gehäuse 35 und dem Seitengetriebe 39L des
hinteren Differentials 30 angeordnet.
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Die Achse 23L des linken Hinterrades 24L ist über eine
Keilnutverbindung (splined) mit der Nabe des
Seitengetriebes 39L verbunden und drehbar in einem zylindrischen
Abschnitt 35d des Differentialgehäuses 35 gelagert. Die
Achse 23R des rechten Hinterrades 24R ist über eine
Keilnutverbindung (splined) mit einer Nabe des
Seitengetriebes 39R verbunden und drehbar in einem
zylindrischen Abschnitt 35e integral mit dem Gehäuse 35
gelagert. Die zylindrischen Abschnitte 35d und 35e sind
drehbar in an dem Träger 31 befestigten Lagern 40a und
40b gelagert. Die Kupplung 56 ist an einer Innenwand des
Differentialgehäuses 35 des hinteren Differentials 30
befestigt. Das Differentialgehäuse 35 wird als äußere
Trommel 56a der Kupplung 56 verwendet. Eine Nabe der
inneren Trommel 56b ist über eine Keilnutverbindung mit
der Nabe des Seitengetriebes 39L verbunden und drehbar
in dem inneren Ende des zylindrischen Abschnittes 35d
gelagert. Eine Mehrzahl von äußeren Scheiben 56c ist an
einem inneren Umfang der äußeren Trommel 56a und eine
Mehrzahl von inneren Scheiben 56d an einem äußeren
Umfang der inneren Trommel 56b alternierend mit den
Scheiben 56c jeweils mit einer Keilnutverbindung befestigt.
Mit einem inneren Umfang des zylindrischen Abschnittes
35d greift ein Ringkolben 56f gleitend ein. Zwischen dem
Kolben 56f und dem Gehäuse 35 ist eine Kolben-Ölkammer
56e ausgebildet. Gegenüber der Ölkammer 56e ist eine
zentrifugale Öldruckkammer 56h abgegrenzt. In der Kammer
56h ist zwischen dem Kolben 56f und einer Endscheibe 56d
eine Feder 56g angeordnet.
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Zwischen den äußeren Umfängen und der zylindrischen
Abschnitte 35d und 35e und den Haltelagern 40a und 40b
sind Öldichtungen 52 angeordnet um zu verhindern, daß
Schmieröl in den Raum 41a in dem Erweiterungsgehäuse 41
gelangt.
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Wenn in der Kammer 56e die Zentrifugalkraft der
Flüssigkeit wirkt, drückt der Kolben 56f gegen die Endscheibe.
Die Zentrifugalkraft der Flüssigkeit in der Kammer 56h
wird jedoch auf den Kolben 56f ausgeübt. Dadurch wird
der Öldruck auf den Kolben 56f durch die
Zentrifugalkraft in der Ölkammer 56e ausgeglichen, so daß das
Kupplungsdrehmoment in Übereinstimmung mit dem
Kupplungsdruck gesteuert werden kann.
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Die übrigen Baugruppen sind die gleichen, wie bei der
ersten Ausführungsform, wobei gleiche Teile jeweils mit
gleichen Bezugsziffern wie in den Figuren 1 bis 6
bezeichnet sind.
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Das hydraulische Steuersystem wird in der gleichen Weise
gesteuert, wie bei der ersten Ausführungsform.
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Folglich werden die gleichen Effekte erzielt, die weiter
oben in Bezug auf die ersten Ausführungsform beschrieben
wurden.
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Figur 7 zeigt ein Kraftübertragungssystem einer dritten
Ausführungsform der Erfindung bei einer mit der
Hinterachse kombinierten Karanwelle (trans-axle). In einem
hinteren Abschnitt des Kraftfahrzeuges befindet sich ein
Motor 101, eine von einem Kupplungsgehäuse 103
umschlossene Kupplung 102, sowie eine manuelle Übertragung 110,
die von einem Übertragungsgehäuse 104 umschlossen ist,
wobei diese Teile lateral befestigt sind. Die
Übertragung 110 hat eine Eingangswelle 111, eine parallel zur
Eingangswelle 111 liegende Ausgangswelle 112, eine
Mehrzahl von Getrieben 113 für wechselnde Geschwindigkeiten
(Wechselgetriebe) sowie Synchronisierer 114. Das
Kraftübertragungssystem setzt sich aus einem vorderen und
einem hinteren Kraftübertragungsteil zusammen. Das
hintere Kraftübertragungsteil umfaßt ein in einem
Übertragungsgehäuse 104 angeordnetes hinteres Differential 120.
Das hintere Kraftübertragungstell umfaßt eine
Übertragungseinrichtung 130, die in dem Übertragungsgehäuse 104
und einem Erweiterungsgehäuse 105 angeordnet ist, eine
Propellerwelle 117, eine Übertragungskupplung 145 in
Form einer flüssigkeitsbetätigten
Mehrscheiben-Reibungskupplung, ein Universalgelenk 116 und ein hinteres
Differential 118.
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Die Kraft des Motors 1 wird über die Kupplung 102 zu der
Übertragung 110 übertragen. Das Ausgangsdrehmoment der
Übertragung wird über ein Ausgangsgetriebe 115, ein
abschließendes Reduktionsgetriebe 121, das hintere
Differential 120 und die Achsen 106R und 106L zu den
Hinterrädern 107R und 107L geführt. Weiterhin ist zwischen dem
Differential 120 und der Achse 106R eine Kupplung 155
vorgesehen, um den Differentialbetrieb des Differentials
120 zu begrenzen. Das abschließende Reduktionsgetriebe
121 greift mit einem Eingangsgetriebe 132 der
Übertragungseinrichtung 130 ein, die fest an der
Übertragungswelle 131 befestigt ist. Die Übertragungswelle 131 ist
über ein Paar von Kegelrädern 133 und 134 im Betrieb mit
einer Eingangswelle 135 einer Übertragungskupplung 145
verbunden, so daß die Kraft auf die Übertragungskupplung
145 geführt wird. Die Kraft wird über das hintere
Differential 118 und Achsen 108 mit einem vorbestimmten und
durch die Kupplung 145 festgelegten
Verteilungsverhältnis auf die Vorderräder 109 übertragen.
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Die Figuren 8a und 8b zeigen das hintere Differential
120 und die Übertragungskupplung 155, wobei das hintere
Differential 120 ein integral mit dem abschließenden
Reduktionsgetriebe 121 ausgebildetes Differentialgehäuse
123, eine an dem Differentialgehäuse 123 befestigte
Ritzelwelle 124, eine drehbar an der Ritzelwelle 124
befestigtes Ritzelpaar 125 sowie ein Paar von
Seiten-Kegelrädern 126L und 126R, die mit den Ritzeln 125
eingreifen, umfaßt. Das Differential 120 wird folglich zur
Übertragung des Motordrehmomentes auf das linke und
rechte Hinterrad 107L, 107R und zur Absorption der
Differenz der Geschwindigkeiten zwischen beiden betrieben.
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Die Kupplung 155 in dem Gehäuse 151 ist an der rechten
Achse 106R in der gleichen Weise befestigt, wie die
Kupplung 55 bei der ersten Ausführungsform.
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Das Erweiterungsgehäuse 105 dient ferner zur Aufnahme
der Übertragungskupplung 145. Eine Antriebswelle 136 ist
drehbar in dem Erweiterungsgehäuse 105 gelagert und mit
der Propellerwelle 117 verbunden.
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Die Übertragungskupplung 145 umfaßt eine Antriebstrommel
145b, die mit einer Keilnutverzahnung (splined) an der
Eingangswelle 135 befestigt ist, sowie eine an einem
Flansch der Antriebswelle 136 befestigte angetriebene
Trommel 145a. Eine Mehrzahl von Antriebsscheiben 145d
ist mit einer Keilnutverzahnung auf der Trommel 145b
befestigt, und zwar zusammen mit einem in der Nähe
beider Endscheiben 145d vorgesehenen Paar von Haltern 145h,
wobei weiterhin eine Mehrzahl von angetriebenen Scheiben
145c mit einer Keilnutverzahnung an der Trommel 145a
befestigt ist. Die Scheiben 145c und 145d sind
alternierend angeordnet. An einer inneren Wand des
Erweiterungsgehäuses 105 ist ein Kolben 145f gleitend befestigt und
greift über ein Feigabelager 145g mit einem
außenliegenden Halter 145h ein. Durch den Kolben 145f und einen
Führungszylinder des Erweiterungsgehäuses 105 wird eine
Kolbenkammer 145e abgegrenzt.
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Da die Kupplungen 145 und 155 Öl mit einer gewünschten
Charakteristik (z.B. ATF) aufweisen, tritt ein
Kleben/Schlupfen der Scheiben nicht auf. Auf diese Weise werden
unangenehme Schwingungen und Geräusche verhindert, und
die Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit des
Kraftübertragungssystems werden verbessert.
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Die Kupplungen 145 und 155 werden durch die in den
Figuren 4a und 4b gezeigte Öldruck-Steuereinheit 62 und die
Steuereinheit 70 betrieben.
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Das System arbeitet in der Weise, daß die Kraft des
Motors 1 über die Kupplung 102 zu der Übertragung 110
geführt wird. Das Drehmoment wird direkt auf das hintere
Differential 120 übertragen und weiterhin über die
Übertragungskupplung 145 zur Schaffung eines
Vierradantriebes auf das vordere Differential 118 geführt.
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Wenn das linke Hinterrad 107L schneller rotiert, als das
rechte Hinterrad 107R (NL > NRI) und die Differenz ΔNb (NL
- NRI) der Geschwindigkeiten kleiner ist, als ein
vorbestimmter Wert, wird die Kupplung 155 mit einem aus der
Tabelle abgeleiteten Kupplungsdruck Pb beaufschlagt, so
daß ein begrenzendes Drehmoment Tc erzeugt wird. Da das
Differentialgehäuse 122 um ΔNb/2 schneller rotiert, als
das rechte Rad NRI, wird über die Kupplung 155 von dem
Gehäuse 122 ein Drehmoment auf das rechte Rad
übertragen. Wenn folglich das zu dem abschließenden
Reduktionsgetriebe 121 geführte Drehmoment Ti ist, ergeben sich
das Drehmoment am linken Hinterrad und das Drehmoment am
rechten Hinterrad zu (Ti - Tc)/2 bzw. (Ti + Tc)/2. Es
wird folglich ein kleineres Drehmoment zu dem linken Rad
übertragen, als zu dem rechten Rad. Wenn andererseits
die rechte Radgeschwindigkeit größer ist, als die linke
Radgeschwindigkeit (NRI > NL), so ist das Drehmoment am
linken Rad (Ti + Tc)/2 und das Drehmoment am rechten Rad
(Ti - Tc)/2, so daß ein größeres Drehmoment auf die
linken Räder übertragen wird. Folglich kann durch Änderung
des begrenzenden Drehmomentes Tc der Kupplung 155 das
Differential 120 kontinuierlich von einem
Differentialbetrieb zu einem verriegelten Zustand übergeführt
werden.
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Im übrigen arbeitet diese Ausführungsform in der
gleichen Weise, wie die erste Ausführungsform.
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Die vorliegende Ausführungsform kann so abgeändert
werden, daß die Übertragungskupplung 145 an der
Übertragungswelle 131 angeordnet ist.
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Bei Fahrzeugen mit einem Antiblockier-Bremssystem wird
bei Ausführung einer Antiblockierbremsung eine der
Kupplungen
so gesteuert, daß optimale Übertragungseigen
schaften erzielt werden.
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Erfindungsgemäß arbeiten die Übertragungskupplung und
die das Differential begrenzende Kupplung, die zwischen
dem Differentialgehäuse und dem Seitengetriebe
angeordnet ist, so, daß ein optimales Drehmoment auf die
Vorder- und Hinterräder verteilt und ein Drehmoment zur
Begrenzung des Differentialbetriebes des Differentials
erzeugt wird. Die Verteilung des Drehmomentes und das
den Differentialbetrieb begrenzende Drehmoment werden in
Abhängigkeit von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs und
dem Oberflächenzustand der Straße verändert. Demzufolge
kann das Fahrzeug einfach und sicher auf rutschigen
Straßen gefahren werden. Weiterhin werden optimale
Fahreigenschaften, eine optimale Fahrstabilität sowie
Anfahreigenschaften des Fahrzeugs erzielt und die
Steuerbarkeit verbessert.
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Die Übertragungskupplung und die den Differentialbetrieb
begrenzende Kupplung sind in der Nähe des Differentials
angeordnet, so daß das System kompakt ist und das
hydraulische Steuersystem einfach aufgebaut ist. Beide
Kupplungen werden mit der gleichen elektronischen
Steuereinheit betrieben, wodurch die Einheit weiter
vereinfacht wird.
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Das die Kupplung und das hintere Differential in dem
Differentialträger getrennt von den Hypoidgetrieben
angeordnet sind, können Öle mit den jeweils optimalsten
Eigenschaften verwendet werden. Dadurch wird
sichergestellt, daß die Scheiben bei Kurvenfahrt nicht kleben
oder schlupfen.
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Weiterhin ist die Kupplung mit der Druckkammer für
Zentrifugalöl versehen, so daß der auf den Kolben durch die
Zentrifugalkraft in der Kolben-Ölkammer ausgeübte
Öldruck ausgeglichen wird, was eine gute Steuerbarkeit des
Kupplungsdruckes gewährleistet.