DE69004124T2

DE69004124T2 - Steuerung der Drehmoment-Verteilung für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb.

Info

Publication number: DE69004124T2
Application number: DE1990604124
Authority: DE
Inventors: Toshio Kobayashi; Toshio Takano
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2010-02-23
Also published as: EP0385657B1; DE69004124D1; EP0385657A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für die Drehmomentverteilung bei einem Kraftfahrzeug mit Vierradantrieb und einem zentralen Differential.
Bei vierradgetriebenen Fahrzeugen wird in herkömmlicher Weise das Verhältnis der Drehmomentverteilung zwischen den Vorder- und Hinterrädern entsprechend einem dynamischen Lastverhältnis auf den Vorder- und Hinterrädern bestimmt, wobei die Bewegung des Schwerpunkts des Fahrzeugs bei Beschleunigungen berücksichtigt wird, so daß die Motorleistung sehr effektiv umgesetzt wird.
Bei vierradgetriebenen Fahrzeugen mit einem vorne angeordneten Motor und einem hauptsächlichen Vorderradantrieb ist das Verhältnis des vorderen Drehmomentes TF an den Vorderrädern zu dem hinteren Drehmoment TR an den Hinterrädern 50:50. Bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug mit einem vorne angeordnetem Motor und einem hauptsächlichen Hinterradantrieb ist das Verhältnis zwischen dem vorderen Drehmoment TF zu dem hinteren Drehmoment TR 40:60. Bei dem erstgenannten System, bei dem das Ausgangsdrehmoment des Motors gleichmäßig verteilt wird, wird ein zentrales Differential mit Kegelrädern eingesetzt, während bei dem letztgenannten System ein zentrales Differential mit einer einfachen Planetengetriebeeinrichtung verwendet wird.
Das erstgenannte System ermöglicht ein sicheres Fahren auf einer rutschigen Straße. Wenn eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung des zentralen Differentials vorgesehen ist, werden die Fahreigenschaften des Fahrzeugs weiter verbessert. Wenn das Fahrzeug jedoch bei verriegeltem Differential mit hoher Geschwindigkeit durch eine Kurve fährt, können alle vier Räder gleichzeitig schlupfen (d.h. das Fahrzeug dreht sich), was zu schwierigen Fahrzuständen führen kann.
Um eine bessere Fahrstabilität des Fahrzeugs zu erzielen, wird das auf die Hinterräder geführte Drehmoment größer eingestellt, als das zu den Vorderrädern geführte Drehmoment, indem ein zentrales Differential mit einer einfachen Planetengetriebeeinrichtung vorgesehen wird, so daß die Hinterräder zuerst schlupfen können. In diesem Fall kann das Fahrzeug sicher mit den Vorderrädern, denen ein geringes Drehmoment zugeführt wird, gefahren werden, während die Hinterräder nicht angetrieben werden.
In der JP-AS 63-176728 wird ein vierradgetriebenes Fahrzeug mit einem zentralen Differential mit einer einfachen Planetengetriebeeinrichtung beschrieben. Der Ausgang eines Getriebes wird zu einem Träger des Planetengetriebes übertragen. Das Drehmoment wird auf die Vorderräder entweder über ein Sonnenrad oder ein Ringrad und auf die Hinterräder über das entsprechend andere Rad verteilt. Das Drehmoment an den Vorder- und Hinterrädern ist ungleich und steht in einem Verhältnis, welches durch die Differenz zwischen den Teilkreisen des Sonnenrades und des Ringrades bestimmt wird. Zur Steuerung des differentialen Betriebes ist eine flüssigkeitsbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung als Verriegelungseinrichtung vorgesehen. Ein großer Bereich des Drehmoment-Verteilungsverhältnisses, welches durch das Verhältnis der Teilkreise bestimmt wird, kann nicht erzielt werden, da die Durchmesser des Sonnenrades und des Ringrades begrenzt sind. Außerdem ist es schwierig, die Durchmesser zu ändern, da der zur Verfügung stehende Raum begrenzt ist.
Weiterhin ist bei einem Kraftübertragungssystem, bei dem eine Ausgangswelle eines Getriebes in das Sonnenrad des Planetengetriebes eingeführt wird, der Durchmesser des Sonnenrades relativ groß, was dazu führt, daß auch die Abmessungen der Übertragungseinrichtung groß sind und den zur Verfügung stehenden Raum in dem Fahrzeug verringern. Da es nicht möglich ist, einen großen Anteil des Drehmomentes auf die Hinterräder zu führen, ist auch der Steuerbereich der Mehrscheiben-Reibungskupplung entsprechend klein. Folglich können gute Fahreigenschaften und eine gute Steuerbarkeit des Fahrzeugs nicht erzielt werden.
In der EP-0 245 069 wird ein System zur Steuerung der Drehmomentverteilung auf die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges mit Vierradantrieb beschrieben. Das in dieser Druckschrift beschriebene zentrale Differential ist jedoch ebenso wie die oben beschriebenen Differentiale sehr einfach, d.h. es hat ein einziges Sonnenrad, welches mit einem einzigen Satz von Planetenrädern eingreift, die an einem Träger gelagert sind. Eine Getriebe-Ausgangswelle verbindet den Motor und das Getriebe mit dem Träger. Ein Orbital-Ringrad ist mit den Hinterrädern verbunden und greift mit den Planetenrädern ein. Das Sonnenrad ist mit den Vorderrädern verbunden. Das Differential kann über eine Kupplung verriegelt werden, die zwischen dem Orbitalrad und dem Sonnenrad eingreift.
Zur Verringerung der technischen Probleme bei den oben beschriebenen bekannten Systemen schafft die Erfindung ein System zur Steuerung der Drehmomentverteilung auf die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges mit einem Getriebe mit einer Ausgangswelle, einem Vorderrad-Geschwindigkeitssensor, einem Hinterrad-Geschwindigkeitssensor, einem Lenkwinkelsensor und einem Schiebepositionssensor zur Erfassung einer Schaltposition (Schiebestellung) des Getriebes mit folgenden Merkmalen: Einer Planetengetriebeeinrichtung mit einem ersten Sonnenrad, welches mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden ist, einem Träger, einem ersten Planetenritzel, das drehbar an dem Träger gelagert ist und mit dem ersten Sonnenrad eingreift, einem vorderen Drehmoment-Übertragungsteil, welches im Betrieb mit dem Träger und den Vorderrädern verbunden ist; einem hinteren Drehmoment-Übertragungsteil, welches im Betrieb mit der Planetengetriebeeinrichtung verbunden ist; einer flüssigkeitsbetätigten Mehrscheibenkupplung, die so angeordnet ist, daß sie zur Begrenzung des differentialen Betriebes zwischen einem ersten Teil der Planetengetriebeeinrichtung und einem zweiten Teil eingreifen kann, wobei das zweite Teil entweder
(a) ein Teil des hinteren Drehmoment-Übertragungsteils oder
(b) die Getriebe-Ausgangswelle ist; und Steuereinrichtungen zur Steuerung eines Kupplungs-Drehmomentes der Mehrscheibenkupplung zur Änderung der Drehmomentverteilung in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs, die durch die Sensoren gemäß der Beschreibung in der EP-A- 0 245 069 erfaßt werden. Das System zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß das erste Sonnenrad mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden ist und die Planetengetriebeeinrichtung ein zweites Planetenritzel umfaßt, welches an dem Träger befestigt und mit dem ersten Planetenritzel verbunden ist, wobei das zweite Planetenritzel mit einem zweiten Sonnenrad eingreift und das zweite Sonnenrad im Betrieb mit dem hinteren Drehmoment-Übertragungsteil verbunden ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungssystems für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug;
Fig. 2a eine vergrößerte Teildarstellung eines zentralen Differentials des Systems;
Fig. 2b eine perspektivische Darstellung eines in dem zentralen Differential vorgesehenen Trägers;
Fig. 3 eine schematische Ansicht des zentralen Differentials;
Fig. 4 eine Schaltung eines Steuersystems für eine in dem zentralen Differential vorgesehene hydraulische Kupplung;
Fig. 5 eine Darstellung einer Kupplungsdruck-Nachschlagetabelle;
Fig. 6a eine Darstellung einer Beziehung zwischen dem vorderen und dem hinteren Drehmoment;
Fig. 6b eine Darstellung eines typischen Kupplungsdruckes in Abhängigkeit von einem Schlupfverhältnis;
Fig. 7 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise einer Steuereinheit in dem Steuersystem; und
Fig. 8a und 8b schematische Ansichten anderer Beispiele für das zentrale Differential.
Figur 1 zeigt ein Kraftübertragungssystem vom Transaxle- Typ für ein vierradgetriebenes Fahrzeug mit einem vorne angeordneten Motor 10. Das Kraftübertragungssystem hat einen Drehmomentwandler 13 mit einer Verriegelungskupplung 12, die in einer Wandlerbox 1 befestigt ist, sowie ein in einem Differentialgehäuse 2 hinter dem Drehmomentwandler 13 befestigtes vorderes Differential 19. An der Hinterseite des Differentialgehäuses 2 ist ein Getriebegehäuse 3 mit einem automatischen Getriebe 30 befestigt. Unter dem Getriebegehäuse 3 ist eine Ölwanne 5 angeordnet. Eine Kurbelwelle 11 des Motors 10 ist im Betrieb mit dem Drehmomentwandler 13 verbunden. Eine Eingangswelle 14 erstreckt sich von einer Turbine des Drehmomentwandlers 13 zu dem automatischen Getriebe 30. Der Ausgang des automatischen Getriebes 30 wird zu einer Ausgangswelle 15 übertragen, die zur rückwärtigen Übertragung des Drehmomentes zu der Eingangswelle 14 ausgerichtet ist. Die Ausgangswelle 15 ist mit einer vorderen Antriebswelle 16 verbunden, die parallel unter dem automatischen Getriebe 30 über ein Paar von Reduktionsgetrieben 17 und 18 eines zentralen Differentials 50, welches in einem Übertragungsgehäuse 4 liegt, angeordnet ist. Die vordere Antriebswelle 16 ist über ein vorderes Differential 19 mit den Vorderrädern verbunden. Die Ausgangswelle 15 ist über das zentrale Differential 50 mit einer hinteren Antriebswelle 20 verbunden. Die hintere Antriebswelle 20 ist über eine Propellerwelle 21 und ein hinteres Differential 22 mit den Hinterrädern verbunden. In dem zentralen Differential 50 ist eine flüssigkeitsbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung 60 vorgesehen. Das automatische Getriebe 30 umfaßt zwei Sätze von einzelnen Planetengetrieben, die aus einem vorderen Planetenrad 31 und einem hinteren Planetenrad 32 zur Schaffung von vier Vorwärtsgeschwindigkeiten und einer Rückwärtsgeschwindigkeit bestehen. Das automatische Getriebe hat eine Kupplung 33 für einen hohen Gang, eine Kupplung 34 für Rückwärtsgang, ein Bremsband 35, eine Kupplung 36 für Vorwärtsgang, eine Freilaufkupplung 37, eine Kupplung 38 für einen niedrigen und einen Rückwärtsgang sowie Einrichtungskupplungen 39 und 40.
An dem vorderen Ende des Getriebegehäuses 3 ist eine Ölpumpe 41 vorgesehen. Eine Pumpen-Antriebswelle 42 ist mit einem Flügelrad 13a des Drehmomentwandlers 13 und im Betrieb mit einem Rotor der Ölpumpe 41 verbunden.
In der Ölwanne 5 ist ein Steuerventilkörper 43 zur hydraulischen Betätigung entsprechender Kupplungen und Bremsen des Getriebes 30 vorgesehen.
Gemäß der Darstellung des zentralen Differentials 50 in Figur 2a ist ein Ende der hinteren Antriebswelle 20 drehbar an der Ausgangswelle 15 über ein Paar von Nadellagern 23a und ein Drucklager 24 befestigt. Das Reduktionsgetriebe 17 ist drehbar an der Ausgangswelle 15 über ein Paar von Nadellagern 63 befestigt, während in dem Übertragungsgehäuse 3 über ein Lager 25 ein Vorsprung des Reduktionsgetriebes 17 gelagert ist. Das zentrale Differential 50 ist zwischen der Ausgangswelle 15, dem Reduktionsgetriebe 17 und der hinteren Antriebswelle 20 angeordnet.
Das zentrale Differential 50 ist eine komplexe Planetengetriebeeinrichtung und umfaßt ein erstes Sonnenrad 51, welches integral an der Ausgangswelle 15 ausgebildet ist, ein erstes Planetenritzel 52, welches mit dem ersten Sonnenrad 51 eingreift, ein zweites Sonnenrad 53, welches integral an der hinteren Antriebswelle 20 ausgebildet ist, ein zweites Planetenritzel 54, welches mit dem zweiten Sonnenrad 53 eingreift, sowie einen Träger 57. Der Träger 57 ist drehbar an der hinteren Antriebswelle 20 über ein Lager 25a gelagert und mit dem Reduktionsgetriebe 17 über Träger-Verbindungsteile 55 verbunden, die von dem Getriebe 17 abstehen. Die ersten und zweiten Planetenritzel 52 und 54 sind miteinander verbunden und werden an einer Welle 56 mit Nadellagern 23b getragen. Die Welle 56 ist an dem Getriebe 17 und dem Träger 57 gesichert.
Folglich wird das Ausgangsdrehmoment der Ausgangswelle 15 des Getriebes 30 zu dem Träger 57 und dem zweiten Sonnenrad 53 über das erste Sonnenrad 51 und die Ritzel 52, 54 mit vorbestimmten entsprechenden Drehmoment-Verteilungsverhältnissen übertragen. Die Differenz zwischen den Rotationsgeschwindigkeiten des Trägers 57 und des zweiten Sonnenrades 53 wird durch die Rotation und Umdrehung der ersten und zweiten Planetenritzel 52 und 54 absorbiert.
Die Arbeitsweise des zentralen Differentials 50 sowie die Verteilung des Drehmomentes auf die Vorder- und Hinterräder soll im folgenden mit Bezug auf Figur 3 beschrieben werden.
Das Eingangsdrehmoment Ti des ersten Sonnenrades 51 und die Beziehung zwischen den Sonnenrädern und den Ritzeln lassen sich durch folgende Gleichungen darstellen:
Ti = TF + TR (1)
rs&sub1; + rp&sub1; = rs2 + rp&sub2; (2)
TF ist das von dem Träger 57 zu der vorderen Antriebswelle 16 übertragene vordere Drehmoment, TR ist das von dem zweiten Sonnenrad 53 zu der hinteren Antriebswelle 20 übertragene hintere Drehmoment, rs&sub1; ist der Radius der Teilkreise des ersten Sonnenrades 51, rp&sub1; und rp&sub2; sind die Radien der Teilkreise der ersten bzw. zweiten Ritzel 52 und 54, während rs&sub2; den Radius des Teilkreises des zweiten Sonnenrades 53 darstellt.
Eine tangentiale Last P auf dem Eingriffspunkt zwischen dem ersten Sonnenrad 51 und dem ersten Ritzel 52 ist gleich der Summe einer tangentialen Last P&sub1; an dem Träger 57 und einer tangentialen Last P&sub2; an dem Eingriffspunkt zwischen dem zweiten Sonnenrad 53 und dem zweiten Ritzel 54. Dies führt zu folgenden Gleichungen:
P = Ti/rs&sub1;
P&sub1; = TF/ (rs&sub1; + rp&sub1;)
P&sub2; = TR/rs&sub2;
Ti/rs&sub1; = {(TF/(rs&sub1; + rp&sub1;)} + TR/rS&sub2; (3)
Setzt man die Gleichungen (1), (2) und (3) ineinander ein, so ergibt sich:
TF = (1 - rp&sub1; rs&sub2;/rs&sub1; rp&sub2;) Ti
TR = (rp&sub1; rs&sub2;/rs&sub1; rp&sub2;) Ti
Daraus ergibt sich, daß die Standard-Drehmomentverteilung zwischen dem vorderen Drehmoment TF und dem hinteren Drehmoment TR durch Veränderung der Radien der Teilkreise der Sonnenräder 51 und 53 und der Ritzel 52 und 54 auf verschiedene Werte eingestellt werden kann.
Wenn rs&sub1; = 23,5mm, rp&sub1; = 16,5mm, rp&sub2; = 18,8mm und rs&sub2; = 21,2mm, so ergibt sich das vordere Drehmoment TF und das hintere Drehmoment TR wie folgt:
TF = 20/53 Ti
TR = 33/53 Ti
Das Drehmoment-Verteilungsverhältnis zwischen den Vorderund Hinterrädern beträgt folglich:
TF : TR = 38 : 62
Es kann also ein großes Standard-Drehmoment auf die Hinterräder geführt werden.
Die Kupplung 60 umfaßt eine an dem Träger 57 gesicherte Antriebstrommel 61, eine an der hinteren Antriebswelle 20 gesicherte angetriebene Trommel 62, eine Mehrzahl von Scheiben 67, die keilverzahnt (splined) an der Trommel 61 befestigt sind, sowie eine Mehrzahl von Scheiben 67a, die abwechselnd mit den Scheiben 67 an der Trommel 62 keilverzahnt befestigt sind. An der ganz innen liegenden Scheibe 67a liegt ein Halter 67b an. In dem Übertragungsgehäuse 4 ist ein Kolben 64 gleitend befestigt. Eine Druckplatte 66 ist mit dem Kolben 67 über ein Lager 65 verbunden und greift mit einem Halter 67c der Trommel 61 ein. Zwischen dem Kolben 64 und dem Übertragungsgehäuse 4 ist eine Ölkammer 63 ausgebildet. Die Kupplung 60 ist folglich zwischen dem Träger 57 und dem zweiten Sonnenrad 53 vorgesehen, um das Drehmoment-Verteilungsverhältnis zu verändern und das zentrale Differential zu verriegeln.
Wenn der Kammer 63 Öl zugeführt wird, wird der Kolben 64 durch den Öldruck verschoben. Die Druckplatte 66 stößt an die Scheiben 67 und 67a und bringt die Kupplung 60 zur Erzeugung eines Kupplungsdrehmomentes in Eingriff.
An dem Getriebegehäuse 3 ist ein Vorderrad-Geschwindigkeitssensor 91 in der Weise angeordnet, daß ein Aufnehmer 91b des Sensors 91 zur Erfassung einer Vorderradgeschwindigkeit NF in der Nähe eines Parkganges 91a angeordnet und an dem Reduktionsgetriebe 18 gesichert ist. An dem Übertragungsgehäuse 4 ist ein Hinterrad-Geschwindigkeitssensor 92 in der Weise befestigt, daß ein Aufnehmer 92b in der Nähe eines Pulsrades 92a angeordnet und zur Erfassung einer Hinterradgeschwindigkeit NR an der hinteren Antriebswelle 20 gesichert ist.
Gemäß dem in Figur 4 gezeigten Steuersystem für die Kupplung 60 umfaßt ein Hydraulikkreis des Steuersystems ein Druckregelventil 80, ein Pilotventil 84, ein Kupplungs-Steuerventil 82 und ein magnetspulenbetätigtes Arbeits-Steuerventil 87. Das Regelventil 80 dient zur Regelung des Druckes des von der Ölpumpe 41 zugeführten Öles, die zur Erzeugung eines Leitungsdruckes durch den Motor angetrieben wird, wobei der Leitungsdruck zur Steuerung des Getriebes an eine Leitungsdruckröhre 81 geführt ist. Die Röhre 81 kommuniziert mit einem Durchgang 86 durch das Pilotventil 84. Der Durchgang 86 kommuniziert mit dem Magnetventil 87 stromabwärts einer Öffnung 85, sowie mit einem Ende des Kupplungs-Steuerventils 82. Die Röhre 81 kommuniziert mit dem Kupplungs-Steuerventil 82 über einen Durchgang 81a. Das Kupplungs-Steuerventil 82 kommuniziert mit der Kupplung 60 über einen Durchgang 83. Das Magnetventil 87 wird durch Pulse von einer Steuereinheit 90 mit einem Arbeitsverhältnis betrieben, welches durch diese in der Weise bestimmt wird, daß die Abführung des Öls zur Erzeugung eines Steuerdruckes gesteuert wird. Der Steuerdruck wird an ein Ende einer Spule des Kupplungs-Steuerventils 82 zur Steuerung des zu der Kupplung 60 geführten Öls angelegt, um den Kupplungsdruck (Drehmoment) zu steuern.
Der Steuereinheit 90 wird ein Ausgangssignal von dem Vorderrad-Geschwindigkeitssensor 91, dem Hinterrad-Geschwindigkeitssensor 92, dem Lenkwinkelsensor 93 und dem Schiebepositionssensor 100 zur Erfassung einer Schiebeposition des automatischen Getriebes 30 zugeführt.
Die Steuereinheit 90 ist mit einem Schlupfverhältnisrechner 94 versehen, dem die Vorderrad- und die Hinterradgeschwindigkeiten NF und NR zugeführt werden. Da die Standard-Drehmomentverteilung gemäß dem Grundsatz TF < TR gewählt wird, schlupfen die Hinterränder zuerst. Entsprechend dem Verhältnis der Vorderradgeschwindigkeit NF zu der Hinterradgeschwindigkeit NR wird ein Schlupfverhältnis S = NF/NR (S > 0) berechnet. An ein Kupplungsdruck-Einstellteil 95 werden das Schlupfverhältnis S, ein Lenkwinkel Ψ und ein Schiebepositionssignal von den Sensoren 93 und 100 geführt. Entsprechend diesen Eingangssignalen wird durch die Kupplungsdruck-Einstelleinheit 95 ein Kupplungsdruck Pc aus der Kupplungsdruck-Nachschlagetabelle 96 abgeleitet.
Figur 5 zeigt die in der Nachschlagetabelle 96 gespeicherten Kupplungsdrucke. Wenn das Schlupfverhältnis S ≥ 1 ist, d.h. wenn die Hinterräder nicht schlupfen, so wird der Kupplungsdruck Pc auf einen geringen Wert eingestellt. Wenn die Hinterräder schlupfen und das Schlupfverhältnis S < 1 wird, so vergrößert sich der Kupplungsdruck Pc (Kupplungsdrehmoment) in dem Maße, wie das Schlupfverhältnis S kleiner wird. Wenn das Schupfverhältnis S kleiner wird, als ein eingestellter Wert SI, so wird der Kupplungsdruck Pc auf einen Maximalwert Pcmax eingestellt. Wenn der Lenkwinkel Ψ ansteigt, so wird der Kupplungsdruck Pc verringert, so daß Bremserscheinungen in engen Kurven verhindert werden.
Der Kupplungsdruck Pc wird an eine Arbeitsverhältnis-Erzeugungseinheit 97 geführt, in der ein Arbeitsverhältnis D entsprechend dem abgeleiteten Kupplungsdruck Pc erzeugt wird. Das mit der Einheit 97 erzeugte Arbeitsverhältnis D wird an das magnetspulenbetätigte Arbeits-Steuerventil 87 angelegt.
Figur 7 zeigt ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Steuereinheit 90.
Wie bereits erwähnt wurde, werden die Vorderradgeschwindigkeit NF und die Hinterradgeschwindigkeit NR erfaßt und ein Schlupf der Vorder- und Hinterräder berechnet. Wenn das Schlupfverhältnis kleiner ist, als der eingestellte Wert, so wird ein den Differentialbetrieb begrenzendes Kupplungsdrehmoment in Abhängigkeit von dem Grad der Drosselklappenöffnung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Schiebeposition und dem Lenkwinkel aus der Nachschlagetabelle abgeleitet. Das dem abgeleiteten Kupplungsdrehmoment entsprechende Arbeitsverhältnis wird an das magnetspulenbetätigte Ventil 87 angelegt. Wenn das Schlupfverhältnis größer ist, als der eingestellte Wert, so wird ein Kupplungsdrehmoment aus der Nachschlagetabelle 96 zur Betätigung des Ventils 87 bei einem Schlupfzustand abgeleitet.
Der Betrieb des Systems erfolgt in der Weise, daß die Kraft des Motors 10 über den Drehmomentwandler 13 und die Eingangswelle 14 zu dem Getriebe 30 übertragen wird, in dem das Übersetzungsverhältnis automatisch gesteuert wird. Der Ausgang des Getriebes wird zu dem ersten Sonnenrad 51 des zentralen Differential 50 übertragen. Das vordere Drehmoment TF und das hintere Drehmoment TR werden entsprechend den Radien der Getriebe (Zahnräder) des zentralen Differentials 50 bestimmt. Das Drehmoment wird über den Träger 57 mit einem Anteil von z.B. 38% auf das Reduktionsgetriebe 17 und einem Anteil von 62% auf das zweite Sonnenrad 53 übertragen.
Wenn durch die Steuereinheit 90 ein schlupffreier Zustand erfaßt wird, während dem das Fahrzeug auf einer trockenen Straße gefahren wird, so wird ein einem Arbeitsverhältnis von 100% entsprechendes Signal von der Arbeitsverhältnis- Erzeugungseinheit 97 an das magnetspulenbetätigte Arbeits- Steuerventil 87 angelegt. Dadurch wird der Kupplungs-Steuerdruck Null und das Kupplungs-Steuerventil 82 bewirkt eine Schließung des Durchgangs 81a, wodurch das Öl aus der Kupplung 60 abgeführt wird. Die Kupplung 60 wird entriegelt und das Kupplungsdrehmoment wird Null, so daß das zentrale Differential 50 freiläuft.
Folglich wird das Drehmoment des Reduktionsgetriebes 17 über das Reduktionsgetriebe 18, die vordere Antriebswelle 16 und das vordere Differential 19 mit einem Anteil von 38% zu den Vorderrädern übertragen. 62% des Drehmomentes werden somit über das zweite Sonnenrad 53, die hintere Antriebswelle 20, die Propellerwelle 21 und das hintere Differential 22 zu den Hinterrädern geführt. Auf diese Weise wird ein ständiger Vierradantrieb sichergestellt.
Bei dem Standard-Drehmoment-Verteilungsverhältnis wird das Fahrzeug in untersteuerndem Betrieb gefahren, so daß gute Fahreigenschaften sichergestellt sind. Das Fahrzeug fährt ferner aufgrund des differentialen Betriebes des zentralen Differentials 50 gleichmäßig durch enge Kurven.
Wenn das Fahrzeug auf einer rutschigen Straße gefahren wird, schlupfen die Hinterräder zuerst, da diesen der größere Anteil des Drehmomentes zugeführt wird. Das Schlupfverhältnis S1 wird mit dem Schlupfverhältnisrechner 94 der Steuereinheit 90 berechnet. Ein dem Kupplungsdruck Pc&sub1; entsprechendes Arbeitssignal wird gemäß dem Schlupfverhältnis S&sub1; (S < 1) an das magnetspulenbetätigte Ventil 87 angelegt. Das Kupplungs-Steuerventil 82 wird durch den Steuerdruck des Öls betätigt, welcher durch Regelung des Leitungsdruckes an dem magnetspulenbetätigten Ventil 87 erzielt wird, so daß die Kupplung 60 mit dem Kupplungsdruck Pc&sub1; eingreift. Folglich wird in der Kupplung 60 ein Kupplungsdrehmoment Tc erzeugt. Die Kupplung 60 ist parallel zu dem Träger 57 und dem zweiten Sonnenrad 53 des zentralen Differentials 50 vorgesehen. Folglich wird das Kupplungsdrehmoment Tc von dem zweiten Sonnenrad 53 zu dem Träger 57 übertragen, um das Drehmoment an den Vorderrädern zu vergrößern. Dadurch wird das Verteilungsverhältnis zwischen dem vorderen und dem hinteren Drehmoment TF:TR zu TF1:TR1, was in Figur 6 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu wird das Drehmoment an den Hinterrädern reduziert, um das Schlupfen zu beseitigen und dadurch die Fahreigenschaften zu verbessern und eine gute Fahrsicherheit zu erzielen.
Wenn das Schlupfverhältnis S kleiner wird, als der gesetzte Wert SI, wird das den Differentialbetrieb begrenzende Drehmoment aufgrund des Druckes des Öls in der Kupplung 60 maximal. Folglich gelangt der Träger 57 in direkten Eingriff mit dem zweiten Sonnenrad 53, um das zentrale Differential 50 zu verriegeln. Dadurch wird ein Vierradantrieb in Übereinstimmung mit der Drehmomentverteilung eingestellt, die den Achslasten auf den Vorder- und Hinterrädern entspricht. Die Drehmomentverteilung wird also kontinuierlich entsprechend einem Schlupfzustand zur Vermeidung des Schlupfens der Räder gesteuert.
Wenn das Fahrzeug durch eine Kurve fährt, so wird das Kupplungsdrehmoment der Kupplung 60 in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel Ψ verringert, so daß die Differentialbegrenzung des zentralen Differentials 50 verringert wird, um die Differenzen der Rotationsgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder zu absorbieren und dadurch Bremserscheinungen in engen Kurven zu verhindern und gute Fahreigenschaften sicherzustellen.
Figur 8a zeigt ein weiteres Beispiels des zentralen Differentials. Die flüssigkeitsbetätigte Mehrscheibenkupplung 60 ist zwischen dem Reduktionsgetriebe 17 und der Ausgangswelle 15 des Getriebes angeordnet. Auf diese Weise erhält das Übertragungssystem ein Bypassystem 101 mit der Kupplung 60, und zwar von der Ausgangswelle 15 zu der vorderen Antriebswelle 16 und der hinteren Antriebswelle 20 über das zentrale Differential 50. Wenn die Hinterräder schlupfen, ergeben sich die Geschwindigkeitsdifferenzen in dem zentralen Differential wie folgt:
Hinterradgeschwindigkeit NR > Geschwindigkeit der Ausgangswelle 15 > Vorderradgeschwindigkeit NF.
Ein Teil des Ausgangsdrehmomentes der Ausgangswelle 15 wird entsprechend dem Kupplungsdrehmoment Tc direkt zu dem Reduktionsgetriebe 17 übertragen. Das übrige Drehmoment wird von dem ersten Sonnenrad 51 über die ersten und zweiten Ritzel 52 und 54 und das zweite Sonnenrad 53 zu der hinteren Antriebswelle 20 geführt. Das Vorderrad-Drehmoment TF und das Hinterrad-Drehmoment TR ergeben sich wie folgt:
TF = 0.38 (Ti - Tc) + Tc
TR = 0.62 (Ti - Tc)
Da das Kupplungsdrehmoment Tc im schlupffreien Zustand Null ist, ist das Drehmomentverteilungsverhältnis zwischen den Vorder- und Hinterrädern TF:TR=38:62. Wenn die Hinterräder schlupfen wird zur Erzeugung eines Kupplungsdrehmomentes Tc das Eingangsdrehmoment Ti entsprechend dem Kupplungsdrehmoment Tc direkt zu den Vorderrädern übertragen. Das zu den Vorderrädern geführte Eingangsdrehmoment Ti wird entsprechend dem Kupplungsdrehmoment Tc groß.
Bei dem in Figur 8b gezeigten zentralen Differential erstreckt sich die Ausgangswelle 15 durch das zweite Sonnenrad 53. Die Mehrscheibenkupplung 60 ist zwischen dem zweiten Sonnenrad 53 und der Ausgangswelle 15 angeordnet. Auf diese Weise wird für die Ausgangswelle 15 ein Bypassystem 101a mit dem zweiten Sonnenrad 53, dem zweiten Ritzel 54, den den Träger verbindenden Teilen 55 und dem Reduktionsgetriebe 17 geschaffen. Das Vorderraddrehmoment TF und das Hinterraddrehmoment TR ergeben sich wie folgt:
TF = 0.38 (Ti + Tc)
TR = 0.62 (Ti + Tc) - Tc
Wenn die Hinterräder schlupfen, wird ein der Summe aus dem Kupplungsdrehmoment Tc und dem Eingangsdrehmoment Ti entsprechendes Drehmoment zu den Vorderrädern übertragen.
Das erfindungsgemäße System kann auch in vierradgetriebenen Fahrzeugen anderer Art, wie z.B. solchen mit hinterem Antrieb und einem vorne angeordneten Motor eingesetzt werden. Das Reduktionsgetriebe 17 kann auch durch Zahnkränze und Ketten ersetzt werden.
Das zentrale Differential umfaßt erfindungsgemäß zwei Paare von Sonnenrädern sowie die Planetenritzel und den Träger. Die Standard-Drehmomentverteilung zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern wird durch die Radien der Teilkreise der Zahnräder und der Ritzel bestimmt. Das Standard-Drehmomentverteilungsverhältnis kann folglich auf verschiedene Werte eingestellt werden.
Das System kann folglich so eingestellt werden, daß ein gegenüber den Vorderrädern größerer Anteil des Drehmomentes auf die Hinterräder geführt wird, ohne die Abmessungen des Systems zu verändern. Da ein großer Anteil des Drehmomentes zu den Hinterrädern geführt wird, kann ein großer Steuerbereich der Drehmomentverteilung erzielt werden. Auf diese Weise werden die Betriebs- und Fahreigenschaften des Fahrzeugs korrekt und in genauer Weise angepaßt.
Es soll noch angemerkt werden, daß gegenüber den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne daß von dem erfindungsgemäßen Prinzip, welches in den Ansprüchen beschrieben ist, abgewichen wird.

Claims

1. System zur Steuerung der Verteilung des Drehmomentes auf die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges mit einem Getriebe mit einer Ausgangswelle (15), einem Vorderrad-Geschwindigkeitssensor (91), einem Hinterrad- Geschwindigkeitssensor (92), einem Lenkwinkelsensor (93) und einem Schiebepositionssensor (100) zur Erfassung einer Schiebestellung des Getriebes mit:

einer Planetengetriebeeinrichtung (50) mit einem ersten Sonnenrad (51), einem Träger (57), einem ersten Planetenritzel (52), welches drehbar an dem Träger (57) befestigt ist, wobei das erste Planetenritzel (52) mit dem ersten Sonnenrad (51) eingreift;

einem Übertragungsteil (17) für ein vorderes Drehmoment, welches im Betrieb mit dem Träger (57) und den Vorderrädern verbunden ist;

einem Übertragungsteil (20) für ein hinteres Drehmoment, welches im Betrieb mit der Planetengetriebeeinrichtung (50) verbunden ist;

einer flüssigkeitsbetätigten Mehrscheibenkupplung (60), die so angeordnet ist, daß sie zwischen einem ersten Teil der Planetengetriebeeinrichtung (50) und einem zweiten Teil eingreift, wobei das zweite Teil entweder

(a) ein Teil des Übertragungsteils (20) für das hintere Drehmoment oder

(b) die Getriebe-Ausgangswelle (15) ist, um den Differentialbetrieb zu begrenzen; und

Steuereinrichtungen (80 bis 87, 90) zur Steuerung eines Kupplungsdrehmomentes der Mehrscheibenkupplung (60) in der Weise, daß die Drehmomentverteilung entsprechend den durch die Sensoren erfaßten Fahrbedingungen des Fahrzeugs verändert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sonnenrad (51) mit der Ausgangswelle (15) des Getriebes verbunden ist und die Planetengetriebeeinrichtung (50) ein zweites Planetenritzel (54) aufweist, welches an dem Träger (57) befestigt und mit dem ersten Planetenritzel (52) verbunden ist, wobei das zweite Planetenritzel (54) mit einem zweiten Sonnenrad (53) eingreift, welches im Betrieb mit dem Übertragungsteil (20) für das hintere Drehmoment verbunden ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil der Träger (57) und das zweite Teil das Übertragungsteil (20) für das hintere Drehmoment ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil der Träger (57) und das zweite Teil die Ausgangswelle (15) des Getriebes ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil das zweite Sonnenrad (53) und das zweite Teil das Übertragungsteil (20) für das hintere Drehmoment ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetengetriebeeinrichtung (50) in der Weise angeordnet ist, daß ein gegenüber dem Drehmoment an den Vorderrädern größeres Drehmoment zu den Hinterrädern übertragen wird.

6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Hydraulikkreis (80 bis 87) zur Zuführung von unter Druck stehendem Öl zu der flüssigkeitsbetätigten Mehrscheibenkupplung (60) und eine Steuereinheit (90) zur Steuerung des Druckes des zu der Kupplung (60) geführten Öls.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkreis (80 bis 87) aufweist:

eine Ölpumpe (41);

ein Druckzylinder-Ventil (80) zur Regelung des Druckes des von der Ölpumpe (41) zugeführten Öls zur Erzeugung eines Leitungsdruckes;

ein Kupplungs-Steuerventil (82) zur Steuerung des zu der Kupplung (60) geführten Öls;

ein magnetspulenbetätiges Arbeits-Steuerventil (87) zur Steuerung des Druckes des zu dem Kupplungs-Steuerventil (82) geführten Öls;

einen Schlupfverhältnisrechner (94) zur Berechnung des Schlupfverhältnisses der Hinterräder gegenüber den Vorderrädern entsprechend dem Verhältnis zwischen der Vorderradgeschwindigkeit (Nf) und der Hinterradgeschwindigkeit (Nr);

Kupplungsdruck-Einstelleinrichtungen (95), die auf ein Schlupfverhältnis zur Erzeugung eines Kupplungsdruckes ansprechen; und

Arbeitsverhältnis-Einstelleinrichtungen (97), die auf den Kupplungsdruck zur Erzeugung von Pulsen mit einem Arbeitsverhältnis entsprechend dem Kupplungsdruck ansprechen, wobei die Pulse zur Steuerung des Öldruckes an das Arbeits-Steuerventil (87) angelegt werden.