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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen magnetorheologische Kupplungen
und im besonderen magnetorheologische Kupplungen zur Verwendung
bei Teilen von Kraftfahrzeug-Leistungsübertragungssystemen, beispielsweise
bei Getrieben, Verteilergetrieben, Differentialen und dergleichen.
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Die
leistungsmäßigen Vorteile
von Fahrzeugen mit Allradantriebssystemen sind sehr wohl erkannt.
Verbesserte Fahrzeugstabilität
beim Fahren über
vom Regen durchnässte
oder mit Eis oder Schnee bedeckte Landstraßen, die Handhabung oder Steuerung
auf Kies oder unebenem Pflaster und einfach die Aufrechterhaltung
der Zugkraft bei Situationen im Gelände sind alles ohne weiteres
anerkannte Vorteile. Gleichzeitige, wenn auch weniger erwünschte Eigenschaften
von Allradantriebssystemen betreffen das erhöhte Gewicht des Fahrzeugs und größere Reibung
im Antriebsstrang, die zu höherem Kraftstoffverbrauch
führen.
Diese größere Reibung im
Antriebsstrang und der höhere
Kraftstoffverbrauch entstehen durch die größere Anzahl von angetriebenen
Teilen, beispielsweise Wellen, Lagern und Differentialradsätzen, und
sind insbesondere sehr stark bei Systemen, die während der gesamten Zeit in
Eingriff stehen.
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Diese
Vollzeit-Allradantriebssysteme mit direkter Kopplung zwischen der
vorderen und der hinteren Gelenkwelle stellen eine der früheren Konfigurationen
von Allradantriebssträngen
dar. Zu einem sehr großen
Nachteil dieser Anordnung zählt
auch eine Variation eines Problems, das mit herkömmlichen hinteren Diffeentialen
angegangen wird. Wenn das Fahrzeug durch eine Kurve fährt, durchlaufen
die Vorderräder
Wege mit längerem
mittlerem Radius und größerer Länge als
die Hinterräder.
Daher muss sich der vordere Antriebsstrang während einer Kurve schneller
drehen. Wenn er das auf Grund des üblichen Antriebs zwischen dem
vorderen und dem hinteren Antriebsstrang nicht kann, verspannen
sich die Antriebswellen in entgegengesetzten Richtungen, bis eine
von dem gespeicherten, (verspannten) Drehmoment in der Antriebswelle
erzeugte Kraft größer als die
auf die Reifen wirkenden Reibungskräfte wird, die Reifen büßen vorübergehend
an Reibungskontakt ein, die Antriebsstränge entspannen sich, und das Fahrzeug
springt. Solche Funktionsbedingungen sind sowohl für Konstruktionsingenieure
inakzeptabel und für
Fahrer beunruhigend. Mit einem herkömmlichen Differential, das
zwischen den beiden Antriebssträngen
eingebaut ist, so dass sich diese mit etwas verschiedenen Drehzahlen
drehen können (genau
so, wie sich die rechte und die linke angetriebene Achse eines herkömmlichen
Fahrzeugs an Drehzahlunterschiede anpassen können), wird dieses Problem
gelöst.
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Jedoch
wird durch das Anordnen eines Differentials zwischen dem vorderen
und dem hinteren Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit Allradantrieb
ein Problem geschaffen, das ähnlich
wie das eines herkömmlichen
Differentials in einer Hinterachse ist: die unerwünschte Fähigkeit
eines Reifens mit weniger Zugkraft, sich zu drehen, während der
andere Reifen mit Zugkraft keine Leistung erhält. Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb
wurde dieses Problem beispielsweise mit der Vorrichtung angegangen,
die in dem ebenfalls anhängigen
USA-A-4,718,303 offenbart ist. Hierbei sperrt eine elektromagnetische
Kupplungsanordnung progressiv Elemente eines mittigen Differentials,
um die Lieferung von Leistung zu allen vier Rädern sicherzustellen.
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In
dem nächsten
Entwicklungsschritt wurde das Differential beseitigt, und es wurde
eine elektromagnetische Kupplung verwendet, um bei Bedarf ein Drehmoment
direkt von dem primären
Antriebsstrang zu dem sekundären
Antriebsstrang zu übertragen. Siehe
beispielsweise das in Mithinhaberschaft befindliche US-A-5,407,024.
Bei einer zunehmend ausgereiften Anordnung von Fahrzeugbedingungssensoren
und einer entsprechenden Erhöhung
der Berechnungsleistung und einer weiteren Ausreifung der Computer-Software
ist zu erkennen, dass Verbesserungen auch in Konstruktion und Funktionsweise
der das Drehmoment verteilenden Kupplungen dieser und anderer Antriebsstrangssysteme
möglich
sind. Die vorliegende Erfindung betrifft solche Vorrichtungen, die
für verbesserte
Modulierungssteuerung, schnelleren Betrieb und geringeren Verbrauch
an Elektroenergie sorgen.
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In
DE 36 12 189 , das die Merkmale
des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 10 aufweist, wird
ein Fahrzeuggetriebesystem offenbart, das ein Kupplungssystem mit
einer ersten und einer zweiten Mehrzahl von verschachtelten Kupplungsscheiben,
einem zwischen den verschachtelten Kupplungsscheiben angeordneten
magnetorheologischen Fluid und einer Quelle eines magnetischen Flusses
umfasst, die zwecks Zusammenwirkens mit dem Fluid zur Steuerung
der Drehmomentübertragung
durch die Kupplung hindurch angeordnet ist, wobei die Kupplung in
einem Differential wie auch an verschiedenen Stellen entlang dem
primären
und dem sekundären
Antriebsstrang eines Allradantriebs-Leistungsstrangs verwendet wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug-Verteilergetriebe
geschaffen, umfassend in Kombination ein Antriebselement, ein Antriebselement,
eine erste Mehrzahl von kreisförmigen
Kupplungsscheiben, die zur Drehung mit dem genannten Antriebselement
angeordnet sind, eine zweite Mehrzahl von kreisförmigen Kupplungsscheiben, die
zur Drehung mit dem genannten Antriebselement angeordnet und mit
der genannten ersten Mehrzahl von kreisförmigen Kupplungsscheiben verschachtelt
sind, ein zwischen der genannten ersten und zweiten verschachtelten
Mehrzahl von Kupplungsscheiben angeordnetes magnetorheologisches
Fluid und eine Quelle magnetischen Flusses, die neben der genannten
ersten und zweiten verschachtelten Mehrzahl von kreisförmigen Kupplungsscheiben
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste
und zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben eine Mehrzahl von gekrümmten Schlitzen
hat, in denen gekrümmte
Abstandshalter angebracht sind.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird weiter ein Kraftfahrzeugdifferential
geschaffen, umfassend in Kombination ein Antriebsteil, einen Radsatz,
der von dem genannten Antriebsteil angetrieben wird und ein Antriebsteil
hat, ein Paar magnetorheologischer Kupplungsanordnungen, die von
dem genannten Antriebsteil angetrieben werden, wobei jede der genannten
magnetorheologischen Kupplungsanordnungen ein Antriebselement, ein
Antriebselement, eine erste Mehrzahl von kreisförmigen Kupplungsscheiben, die
zur Drehung mit dem genannten Antriebselement angeordnet sind, eine
zweite Mehrzahl von kreisförmigen
Kupplungsscheiben, die zur Drehung mit dem genannten Abtriebselement
angeordnet und mit der genannten ersten Mehrzahl von kreisförmigen Kupplungsscheiben
verschachtelt sind, ein zwischen der genannten verschachtelten Mehrzahl von
Kupplungsscheiben angeordnetes magnetorheologisches Fluid und eine
elektromagnetische Spule aufweist, die neben der genannten verschachtelten Mehrzahl
von Kupplungselementen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die genannte erste und zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben eine Mehrzahl
von gekrümmten
Schlitzen hat, in denen gekrümmte
Abstandshalter angebracht sind.
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Ein
Teil eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs umfasst ein Antriebselement,
ein Abtriebselement und eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben,
die mit einer zweiten Mehrzahl von Kupplungsscheiben verschachtelt
ist. Die Kupplungselemente können entweder
flache, kreisförmige
Platten oder Scheiben oder konzentrisch angeordnete Bänder oder
Kränze sein.
Die erste und die zweite Mehrzahl von Kupplungselementen sind mit
den entsprechenden Antriebs- und Abtriebselementen gekoppelt und
sind in einer abgedichteten Kammer angeordnet, die mit einem magnetorheologischen
Fluid gefüllt
ist. Eine benachbarte elektromagnetische Spule und Gehäuseteile
aus Eisen liefern und konzentrieren einen magnetischen Fluss in
der Kammer. Wenn die elektromagnetische Spule mit elektrischer Energie
versorgt wird, wird das magnetorheologische Fluid zu einem hochviskosen
Pseudofeststoff, der die Übertragung eines
Drehmoments durch die Kupplung hindurch und daher zwischen den Antriebs-
und den Abtriebselementen erleichtert. Wenn die Energieversorgung zu
der Spule beendet wird, kehrt das magnetorheologische Fluid in einem
nichtviskosen, fluiden Zustand zurück, in dem die Kupplungselemente
entkoppelt werden. Die (proportionale oder stufenweise) Modulierung
der Drehmomentübertragung
kann mit geeignet modulierten elektrischen Ansteuersignalen zu der elektromagnetischen
Spule zustande gebracht werden. Das Teil des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs kann
ein Verteilergetriebe, ein Differential oder dergleichen sein.
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Mithin
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Teil
eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs zu schaffen, in dem eine magnetorheologische
Kupplungsanordnung enthalten ist.
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Insbesondere
weist die magnetorheologische Kupplungsanordnung eine Mehrzahl von
verschachtelten, in einem magnetorheologischen Fluid angeordneten
Kupplungsscheiben auf, wobei diese Kupplungsscheiben vorzugsweise
die Form von konzentrischen, in einem magnetorheologischen Fluid angeordneten
Kupplungskränzen
annehmen.
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Die
Kupplungsanordnung mit magnetorheologischem Fluid kann mithin die
Steuerung des Drehmomentdurchsatzes in dem Antriebsstrangteil modulieren,
das ein Verteilergetriebe, ein Differential oder dergleichen sein
könnte.
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Um
die Erfindung gut verständlich
zu machen, werden im folgenden einige Ausführungsformen derselben beispielhaft
an Hand der anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Draufsicht
auf einen die Erfindung verkörpernden
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und ein -Verteilergetriebe ist;
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2 eine volle Schnittansicht
eines Verteilergetriebes eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einer
darin enthaltenen magnetorheologischen Kupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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3 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht
eines Verteilergetriebes eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit
einer darin enthaltenen magnetorheologischen Kupplung ist, die nicht
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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3A eine stark vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht von verschachtelten Kupplungselementen und eines
magnetorheologischen Fluids in einer Kupplung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs
ist, die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4 eine volle Schnittansicht
eines Verteilergetriebes eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einer
darin enthaltenen alternativen magnetorheologischen Kupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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5 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht
eines Verteilergetriebes eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit
der darin enthaltenen ersten alternativen Ausführungsform der magnetorheologischen
Kupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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6 eine stark vergrößerte fragmentarische
Ansicht einer Kupplungsscheibe oder -platte einer magnetorheologischen
Kupplung gemäß der ersten
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist und deren Einzelheiten zeigt;
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7 eine schematische Draufsicht
auf einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und eine hintere Differentialanordnung
ist, die eine zweite alternative Ausführungsform verkörpert;
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8 eine volle Schnittansicht
eines Differentials eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einer darin enthaltenen
zweiten alternativen magnetorheologischen Kupplung ist; und
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9 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht
eines Differentials eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit der
darin enthaltenen zweiten alternativen Ausführungsform der magnetorheologischen
Kupplung ist.
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In 1 ist ein Fahrzeugantriebssystem, das
die vorliegende Erfindung verkörpert,
dargestellt und allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das
Fahrzeugantriebssystem 10 umfasst einen Primärantrieb,
beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine 12, die ein
herkömmliches
Getriebe 14 antreibt, das entweder ein Handschaltgetriebe
mit einer Kupplung oder ein Automatikgetriebe sein kann. Durch den
Abtrieb des Getriebes 14 wird eine Verteilergetriebeanordnung 16 angetrieben.
Die Verteilergetriebeanordnung 16 ist wiederum funktionell
mit einem hinteren oder primären
Antriebsstrang 20 gekoppelt und treibt diesen an, und dieser
weist eine hintere oder primäre
Antriebswelle 22 auf, die funktionell mit einem hinteren
oder primären
Differential 24 gekoppelt ist und dieses antreibt. Das
primäre
oder hintere Differential 24 treibt zwei ausgerichtete
primäre
oder hintere Achsen 26 an, die mit jeweils zwei primären oder
hinteren Reifen-Rad-Anordnungen 28 gekoppelt
sind.
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Die
Verteilergetriebeanordnung 16 liefert auch ein Drehmoment
zu einem vorderen oder sekundären
Antriebsstrang 30. Der sekundäre Antriebsstrang 30 umfasst
eine vordere oder sekundäre Antriebswelle 32,
die wiederum das vordere oder sekundäre Differential 34 antreibt.
Das sekundäre
Differential 34 funktioniert in herkömmlicher Weise und liefert
ein Antriebsdrehmoment über
zwei ausgerichtete vordere oder sekundäre Achsen 36. An der
Vorderseite des Fahrzeugs sind zwei vordere oder sekundäre Reifen-Rad-Anordnungen 38 angeordnet. Zwischen
einer jeweiligen von den zwei vorderen oder sekundären Achsen 36 und
den vorderen Reifen-Rad-Anordnungen 38 sind funktionell
zwei Verriegelungsnaben 42 angeordnet. Die Verriegelungsnaben 42 können entweder
von fern betätigt
werden und umfassen mithin elektrische oder pneumatische Stellelemente
oder können
manuell aktiviert werden. Alternativ können (nicht gezeigte) Vorderachsenausrücker in
dem vorderen oder sekundären
Differential 34 untergebracht sein, und die Achsenausrücker können derart
aktiviert oder entaktiviert werden, dass sie die sekundären Achsen 36 mit
dem Abtrieb des zweiten Differentials 34 zu koppeln oder
von diesem zu entkoppeln. Schließlich können sowohl der primäre Antriebsstrang 20 als
auch der sekundäre
Antriebsstrang 30 geeignete und geeignet angeordnete Kardangelenke 44 umfassen,
die in herkömmlicher Weise
funktionieren, um statische und dynamische Versetzungen und Ausrichtungsfehler
zwischen den verschiedenen Wellen und Elementen zuzulassen.
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Das
System 10 umfasst auch einen Mikrocontroller 46 mit
verschiedenen Programmen und Unterprogrammen, die Daten von verschiedenen Fahrzeugsensoren
empfangen, und der einen Steuerausgang liefert, um die projektierten
Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, die im folgenden vollständiger beschrieben
werden.
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Es
sollte sich verstehen, dass die sowohl bisher als auch im folgenden
auftretenden Bezeichnungen „primär" und „sekundär" Antriebsstränge und
Antriebsstrangteile in dem System 10 bezeichnen, die ein
Fahrzeug primär
und sekundär
antreiben sollen. Das heißt,
die Erfinder beschreiben in dem dargestellten System 10 ein
Fahrzeug, das gewöhnlich
als Fahrzeug mit Hinterradantrieb bezeichnet wird, bei dem der hintere
Reifen und die hinteren Reifen-Rad-Anordnungen 28, hauptsächlich vom
Standpunkt der Zeit und des Drehmoments aus, das Fahrzeug antreiben.
Daher funktionieren der sekundäre Antriebsstrang 30 und
die vorderen oder sekundären Reifen-Rad-Anordnungen 38 typischerweise
intermittierend, das heißt
je nach Bedarf, um unter ungünstigen
Fahrbedingungen für
verbesserte Fahrzeugleistung und -stabilität zu sorgen. Es sollte sich jedoch
verstehen, dass die hier beschriebenen funktionierenden Teile vollständig und
gleichermaßen
für ein
Fahrzeug verwendbar und geeignet sind, bei dem der primäre Antriebsstrang
und dessen Reifen am Vorderteil des Fahrzeugs angeordnet sind, d.
h. eines Fahrzeugs, das gewöhnlich
als Fahrzeug mit Vorderradantrieb bezeichnet wird und bei dem der
sekundäre
Antriebsstrang und dessen Reifen zu dem Hinterteil des Fahrzeugs
hin angeordnet sind. Daher kennzeichnen die Bezeichnungen „primär" und „sekundär" umfassenderweise
und korrekterweise die Funktion der einzelnen Antriebsstränge und
nicht deren spezifischen Lagestellen.
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In 2 ist zu erkennen, dass
die Verteilergetriebeanordnung 16 ein mehrteiliges, typischerweise
gegossenes, Gehäuse 48 mit
verschiedenen Öffnungen
für Wellen
und Befestiger und verschiedenen Befestigungsflächen und Nuten für Öldichtungen,
Lager, Dichtungshalteringen und anderen inneren Teilen umfasst,
wie ohne weiteres zu erkennen ist. Die Verteilergetriebeanordnung 16 umfasst
auch eine Planetengetriebeanordnung 50, die von einer Antriebswelle 52 angetrieben
wird, die drehbar in der Verteilergetriebeanordnung 16 gelagert
ist. Die Antriebswelle 52 ist mit dem Abtrieb des Getriebes 14 gekoppelt
und wird von diesem angetrieben. Die Antriebswelle 52 bildet
eine einspringende Bohrung 54, die eine Rollenlageranordnung 56 aufnimmt.
Die Rollenlageranordnung 56 wiederum nimmt den vorderen Endpunkt 58 einer
primären
(hinteren) Abtriebswelle 60 auf und lagert ihn drehbar.
Um die Abtriebswelle 60 herum ist eine Rotorpumpe 62 mit
Innenverzahnung befestigt und liefert Schmierfluid unter Druck in einen
Kanal 64, der axial in der Abtriebswelle 60 verläuft und
Schmier- und Kühlfluid
auf Teile der Verteilergetriebeanordnung 16 verteilt.
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In
der Planetengetriebeanordnung 50 bildet die Antriebswelle 52 einen
vergrößerten,
glockenförmigen
Bereich 66 mit einer Mehrzahl von äußeren Zähnen 68, die ein Sonnenrad 70 bilden.
An der Innenfläche
des glockenförmigen
Bereiches 66 der Antriebswelle 52 befindet sich
eine Mehrzahl von inneren oder aufnahmefähigen Zahnradzähnen 72.
Axial mit den Sonnenradzähnen 68 ausgerichtet
ist ein Tellerrad 74 mit einer Mehrzahl von inneren oder
aufnahmefähigen
Zahnradzähnen 76.
Eine Mehrzahl von Ausgleichsrädern 78,
von denen eines in 2 dargestellt
ist, ist drehbar auf einer gleichen Mehrzahl von Wellenstümpfen 82 aufgenommen,
die in einem Träger 84 fest
angebracht sind. Der Träger 84 umfasst
eine Mehrzahl von inneren oder aufnahmefähigen Zahnradzähnen 86 auf
einer Fläche,
die allgemein neben den, jedoch beabstandet von den durch die Antriebswelle 52 gebildeten
inneren Zahnradzähnen 72 liegt.
Die Planetengetriebeanordnung 50 ist vollständiger in
dem in Mithinhaberschaft befindlichen USA-Patent Nr. 4,440,042 beschrieben.
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Um
die Abtriebswelle 60 herum ist eine axial verschiebliche
Klauenkupplung 90 aufgenommen. Die Klauenkupplung 90 bildet
eine Mehrzahl von inneren Keilen oder Keilnuten oder Zahnradzähnen 92, die
komplementär
mit einer gleichen Mehrzahl von um den Umfang der Abtriebswelle 60 herum
angeordneten äußeren oder
eingriffsfähigen
Keilen oder Zahnradzähnen 94 sind
und mit diesen zusammengreifen. Die Klauenkupplung 90 dreht
sich mithin mit der Abtriebswelle 60, kann jedoch axial
daran entlang gleiten. Die Klauenkupplung 90 umfasst einen
definierten, axial verlaufenden Bereich mit äußeren oder eingriffsfähigen Zahnradzähnen 96,
die jeweils komplementär
zu den auf der Antriebswelle 52 bzw. dem Planetengetriebeträger 84 angeordneten
Zähnen oder
Keilnuten 72 und 86 sind.
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Die
Klauenkupplung 90 ist zwischen einer in 2 dargestellten ersten, am weitesten
links befindlichen Position, in der die äußeren Zähne 95 in die Zahnradzähne 72 eingreifen
und für
einen Direktantrieb zwischen der Antriebswelle 52 und der
Abtriebswelle 60 sorgen, und einer zweiten, am weitesten
rechts befindlichen Position nach der Darstellung in 2, in der die äußeren Zahnradzähne 96 der Klauenkupplung 90 in
die Zahnradzähne 86 an
dem Träger 84 eingreifen
und gemäß der von
der Planetenradanordnung 50 bereitgestellten Übersetzung
für einen
drehzahlverminderten Antrieb zwischen der Antriebswelle 52 und
der Abtriebswelle 60 sorgen, axial translatorisch bewegbar.
Die Klauenkupplung 90 kann auch in eine dritte, neutrale
Position auf halbem Wege zwischen der am weitesten links befindlichen
Direktantriebsposition und der am weitesten rechts befindlichen
Position für
den drehzahlverminderten Antrieb bewegt werden. In dieser Mittelposition
ist die Antriebswelle 52 von der Abtriebswelle 60 getrennt,
und es wird kein Drehmoment dazwischen übertragen.
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Die
Position der Klauenkupplung 90 wird von einem elektrischen
Schaltsteuermotor 100 befohlen. Der elektrische Schaltsteuermotor 100 lässt eine
Antriebswelle 102 umlaufen. Die Antriebswelle 102 ist
in geeigneter Weise drehfest mit dem Gehäuse 48 der Verteilergetriebeanordnung 16 gelagert.
Die Position der Antriebswelle 102 kann von einer (nicht
dargestellten) Kodiervorrichtung, die Informationen über die
derzeitige Position der Antriebswelle 102 und der Klauenkupplung 90 an
den Mikrocontroller 46 liefert, überwacht und abgelesen werden.
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Die
Antriebswelle 102 ist mit einem radial verlaufenden Arm 104 gekoppelt.
Der Arm 104 ist mit einem Ende einer Spiralfederanordnung 106 verbunden.
Das andere Ende der Federanordnung 106 ist mit einer zylindrischen
Kurve 108 verbunden. Die Federanordnung 106 fungiert
als elastische, Energie speichernde Kopplung zwischen der Antriebswelle 102 und
der zylindrischen Kurve 108, um Differenzen zwischen der
von dem Schaltsteuermotor 100 befohlenen Bewegung und den
angetriebenen Teilen aufzunehmen, so dass der Schaltmotor 100 an
seine erwünschte
Endposition gelangen kann. Die Federanordnung 106 ermöglicht eine
ungestörte
und umgehende Reaktion auf die verlangte Umpositionierung der Klauenkupplung 90 in
Situationen, in denen die Zahnradzähne 96 der Klauenkupplung 90 nicht
sofort in die inneren Zahnradzähne 72 der
Antriebswelle 52 oder in die inneren Zahnradzähne 86 des
Trägers 84 eingreifen.
Wenn die vorgenannten Kupplungszähne durch
die relative Drehung der Klauenkupplung 90 eingreifen können, wird
die zylindrische Kurve 108 durch die in der Federanordnung 106 gespeicherte potenzielle
Energie in ihre verlangte Position gedreht, und mithin wird die
erwünschte
Schaltung abgeschlossen.
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Die
zylindrische Kurve 108 bildet eine schraubenförmige Spur 110,
die sich vorzugsweise etwa 270° um
die Kurve 108 herum erstreckt. Die schraubenförmige Spur 110 nimmt
einen Stift oder Kurvenstößel 112 auf,
der mit einer Gabelanordnung 114 gekoppelt ist und diese
translatorisch bewegt. Die Gabelanordnung 114 wird zwecks
bidirektionaler translatorischer Bewegung auf einer festen Welle 116 gelagert
und umfasst einen gekrümmten
Kanal oder eine gekrümmte
Nut 118, der/die in den Umfang der Klauenkupplung 90 eingreift.
Durch Drehung der Welle 102 wird der Kurvenstößel 112 axial
umpositioniert und wird die Klauenkupplung 90 axial in
einer der drei oben beschriebenen Positionen positioniert. Es ist
zu erkennen, dass die Planetengetriebeanordnung 50 mit
dem Mechanismus der Klauenkupplung 90, die für einen
doppelten Fähigkeitsbereich,
d. h. den mit hoher und mit niedriger Drehzahl, für die Verteilergetriebeanordnung 16 sorgt,
wahlweise vorhanden ist, und dass das Fahrzeugantriebssystem 10 als Direktantriebseinheit
mit einer einzigen Drehzahl voll funktionsfähig ist und ohne diese Teile
und die dadurch geschaffene Fähigkeit
zu zwei Drehzahlen genutzt werden kann.
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In
den 2 und 3 umfasst die Verteilergetriebeanordnung 16 auch
eine magnetorheologische Flüssigkeitskupplungsanordnung 120.
Die Kupplungsanordnung 120 ist in dem Gehäuse 48 der
Verteilergetriebeanordnung 16 angeordnet und ist funktionell
zwischen der primären
Abtriebswelle 60 und einer sekundären Antriebswelle 121 angeordnet.
Die Kupplungsanordnung 120 umfasst einen zylindrischen
Bund 122 mit inneren Keilen oder Keilnuten 124,
die mit komplementär
konfigurierten äußeren oder
eingriffsfähigen
Keilen 126 auf der primären
Abtriebswelle 60 zusammengreifen. Der zylindrische Bund 122 besteht
vorzugsweise aus einem magnetischen Material, beispielsweise Stahl.
Ein Schnappring 126, der innerhalb einer in der Abtriebswelle 60 gebildeten, komplementär konfigurierten
umlaufenden Nut 128 sitzt, hält den zylindrischen Bund 122 fest.
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Der
Bund 122 umfasst eine Mehrzahl von axial ausgerichteten
Lüftungskanälen 132,
von denen einer in 3 dargestellt
ist. Die Lüftungskanäle 132 werden
im wesentlichen von einer gleichen Mehrzahl von pressgepassten Kugeln
abgedichtet, beispielsweise von Kugellagern 134, die für eine fluiddichte,
jedoch nicht luftdichte, Abdichtung sorgen. Mit dem zylindrischen
Bund 122 durch einen Satz von ineinandergreifenden Keilen 136 und
einen geeigneten Dichtklebstoff gekoppelt ist eine sich radial erstreckende
flache, erste kreisförmige
Scheibe 140. Die erste kreisförmige Scheibe 140,
die vorzugsweise aus einem Nichteisenmaterial wie beispielsweise Aluminium
besteht, umfasst einen umlaufenden peripheren Kanal 142,
der eine herkömmliche
O-Ringdichtung 144 aufnimmt. Die erste kreisförmige Scheibe 140 umfasst
auch eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Kanälen oder
Ausnehmungen 146, die mit einer gleichen Mehrzahl von Vorsprüngen oder
Keilen 148 an einer ersten Mehrzahl von konzentrischen
Kupplungsbändern
oder -kränzen 150 zusammenwirken,
die in einer Kammer 152 angeordnet sind. Die erste Mehrzahl
von Kupplungsbändern oder
-kränzen 150 besteht
vorzugsweise aus einem Eisenmaterial, beispielsweise kohlenstoffarmem Stahl.
Die erste Mehrzahl von Kupplungskränzen 150 dreht sich
mit der ersten kreisförmigen
Scheibe 140. Wie in 3A dargestellt
ist, ist die Kammer 152 mit einem unter hoher Spannung
stehenden magnetorheologischen Fluid 154 gefüllt, das
von der Lord Corporation in Cary, North Carolina, hergestellt wird
und wie es beispielsweise in den USA-Patenten Nr. 5,654,752, Nr.
5,599,474 und Nr. 5,578,238 beschrieben ist. Die Kammer 152 kann
im wesentlichen ständig
mit dem magnetorheologischen Fluid 154 gefüllt sein,
wenn die Elemente der Kupplungsanordnung 120 zusammengefügt werden,
und beispielsweise kann die äußere ringförmige Kammer 154 mit
einem herausnehmbaren (nicht dargestellten) Füllstopfen ausgestattet sein,
der bei Bedarf eingesetzt und entfernt werden kann, um das magnetorheologische Fluid 154 in
der Kammer 152 einzufüllen,
abzulassen und darin zu halten.
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Eine
zweite Mehrzahl von konzentrischen Kupplungsbändern oder -kränzen 156 ist
mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsbändern oder -kränzen 150 verschachtelt
und umfasst eine Mehrzahl von Keilen oder Vorsprüngen 158, die innerhalb
einer komplementär
konfigurierten radialen Anordnung von Kanälen oder Ausnehmungen 160 auf
einer zweiten kreisförmigen
Scheibe 162 aufgenommen sind. Wie die erste Mehrzahl von
Kupplungsbändern oder
-kränzen 150 besteht
die zweite Mehrzahl von Kupplungsbändern oder -kränzen 156 vorzugsweise aus
einem Eisenmaterial, beispielsweise aus kohlenstoffarmem Stahl.
Die zweite kreisförmige
Scheibe 162, die ebenfalls vorzugsweise aus einem Nichteisenmaterial
wie beispielsweise Aluminium besteht, ist abdichtend und formschlüssig an
einem äußeren ringförmigen Element 164 befestigt,
beispielsweise durch ineinandergreifende Keile und einen Dichtklebstoff.
Das äußere ringförmigen Element 164 ist
vorzugsweise aus einem Eisenmaterial gebildet, beispielsweise aus
Eisen. Der O-Ring 144 dichtet gegen die Innenfläche des äußeren ringförmigen Elementes 164 ab.
Radial von der zweiten kreisförmigen
Scheibe 162 nach innen und wiederum formschlüssig und beispielsweise
durch ineinandergreifende Keile und einen Dichtklebstoff abdichtend
an kreisförmigen Scheibe 162 befestigt
ist ein kreisförmiger
Bund 166. Der kreisförmige
Bund 166 ist ebenfalls vorzugsweise aus einem magnetischen
Material geformt, beispielsweise aus Stahl, und ist generell innerhalb
eines komplementär
konfigurierten schulter- oder halsförmigen Abschnitts des zylindrischen
Bundes 122 angeordnet. Der kreisförmige Bund 166 bildet
einen inneren umlaufenden Kanal 168, der einen O-Ring 172 aufnimmt.
Mithin dichten die O-Ringe 144 und 172 die Kammer 152 dicht
ab und erleichtern dabei die relative Drehung an der Grenzfläche zwischen der
kreisförmigen
Scheibe 140 und dem äußeren ringförmigen Element 164 bzw.
dem zylindrischen Bund 122 und dem kreisförmigen Bund 166.
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Der
zylindrische Bund 166 umfasst Keile, Naben oder Ansätze 174,
die in komplementär
konfigurierten Keilen, Naben oder Ansätzen 176 sitzen oder
diese aufnehmen, die in einem ausgerichteten Abschnitt eines Kettenantriebsrades 180 ausgebildet sind,
das frei und drehbar auf der primären Abtriebswelle 60 gelagert
ist.
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Mithin
dreht sich das Kettenantriebsrad 180 mit dem zylindrischen
Bund 166, der zweiten Mehrzahl von Kupplungsbändern oder
-kränzen 156,
der zweiten kreisförmigen
Scheibe 162 und dem äußeren ringförmigen Element 164.
Das Kettenantriebsrad 180 umfasst eine Mehrzahl von Kettenantriebszähnen 182,
die in eine Antriebskette 184 eingreifen. Die axiale Position
des Kettenantriebsrades 180 wird durch eine Stufe oder
Schulter 186 in der Abtriebswelle 60 eingeschränkt, und
die freie Drehung des Kettenantriebsrades 180 auf der primären Abtriebswelle 60 wird
durch eine flache Ringscheibe 188 erleichtert.
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Wie
in 2 dargestellt ist,
ist die Antriebskette 184 auf einem angetriebenen Kettenrad 190 mit Kettenzähnen 192 aufgenommen.
Das angetriebene Kettenrad 190 ist durch einen ineinandergreifenden Satz 194 von
Keilen oder eine ähnliche
sichere Verbindung auf der sekundären Abtriebswelle 121 befestigt.
Die sekundäre
Abtriebswelle 121 ist durch zwei Wälzlager, beispielsweise Kugellageranordnungen 196,
in dem Gehäuse 48 gelagert.
Eine geeignete fluiddichte Dichtung zwischen der sekundären Abtriebswelle
und dem Gehäuse 48 wird
durch eine Öldichtung 198 bereitgestellt.
-
Wie
in den 2 und 3 dargestellt ist, ist auf der
gegenüberliegenden
Seite der verschachtelten Mehrzahl von Kupplungsbändern oder
-kränzen 150 und 156 und
neben der kreisförmigen
Scheibe 140 eine elektromagnetische Spule 200 angeordnet,
die in einem magnetischen, den Fluss konzentrierenden Spulengehäuse 202 angeordnet
ist. Das Spulengehäuse 202 besteht
vorzugsweise aus einem Eisenmetall, beispielsweise aus Eisen. Neben
dem Spulengehäuse 202 befindet
sich ein freitragender Abschnitt des äußeren ringförmigen Elementes 164 und steht über dieses über. Das
Spulengehäuse 202 ist mit
einer Mehrzahl von Gewindezapfen 204 und komplementär konfigurierten,
mit Gewinde versehenen Befestigern 206 an dem Gehäuse 48 der
Verteilergetriebeanordnung 16 befestigt. Ein einzelner
oder doppelter elektrische Leiter 208 wird von einem Steuerelement,
beispielsweise den Mikrocontroller 46, mit Energie versorgt.
-
Auf
der primären
Abtriebswelle 60 ist ein primäres Tonrad 210 angeordnet,
das sich mit dieser dreht und eine Mehrzahl von Zähnen 212 umfasst. Abfühlend mit dem
primären
Tonrad 210 angeordnet ist ein Sensor mit veränderlichem
Widerstand oder ein Hall-Sensor 214, der ein Signal, das
die Drehzahl der primären
Abtriebswelle 60 darstellt, in einer Ausgangsleitung 216 an
das Steuerelement 46 absetzt. Auf der primären Abtriebswelle 60 ist
mit einem Satz von ineinandergreifenden Keilen 222 ein
Abtriebsflansch 220 befestigt und wird mit einem mit Gewinde versehenen
Halter festgehalten, beispielsweise einer Mutter 226, die
auf einem komplementären
Gewindeabschnitt 224 der primären Abtriebswelle 60 aufgenommen
ist. In ähnlicher
Weise ist auf der sekundären
Abtriebswelle 121 ein sekundäres Tonrad 230 angeordnet
und dreht sich mit dieser. Das zweite Tonrad 230 umfasst
eine Mehrzahl von Zähnen 232.
Abfühlend
mit den Zähnen 232 des
sekundären
Tonrads 210 angeordnet ist ein Sensor mit veränderlichem Widerstand
oder ein Hall-Sensor 234 angeordnet und umfasst eine Ausgangsleitung 236,
die ein Signal, das die Drehzahl der sekundären Abtriebswelle 32 darstellt,
an das Steuerelement 46 absetzt.
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In
Betrieb stellt die magnetorheologische Flüssigkeitskupplungsanordnung 120 die
einzige mechanische, ein Drehmoment übertragende Verbindung oder
einen Weg zwischen dem primären
Antriebsstrang 20 und insbesondere der primären Abtriebswelle 60 der
Verteilergetriebeanordnung 16 und dem sekundären Antriebsstrang 30 und
insbesondere der sekundären
Abtriebswelle 121 dar. Wenn elektrische Energie zu der
elektromagnetischen Spule 200, dem Spulengehäuse 202 sowie
zu dem zylindrischen Bund 122 geliefert wird, richten und
konzentrieren das äußere ringförmige Element 164 und
der ringförmige
Bund 166 den elektromagnetischen Fluss in die Kammer 152,
die von dem magnetorheologischen Fluid 154 eingenommen
ist. Wenn der magnetische Fluss größer wird, erhöht sich
die Viskosität
des magnetorheologischen Fluids 154, das zu einem Pseudofeststoff
wird und die Kopplung zwischen den verschachtelten Mehrzahlen von
Kupplungskränzen 150 und 156 erhöht, wodurch
sich mithin die Fähigkeit
zur Drehmomentübertragung
zwischen der primären
Abtriebswelle 60 und der sekundären Abtriebswelle 121 erhöht. Wenn
sich der elektrische Strom zu der elektromagnetischen Spule 200 auf
einen maximalen Pegel erhöht,
erhöhen
sich die Kopplung und die Fähigkeit
zur Drehmomentübertragung
durch die Kupplungsanordnung 120 hindurch ebenfalls auf
einen maximalen Pegel. Wenn sich der elektrische Strom zu der elektromagnetischen
Spule 200 vermindert, wird das magnetorheologische Fluid 154 weniger
viskos, und die Fähigkeit
zur Drehmomentübertragung
nimmt ab. Wenn der elektrische Strom zu der elektromagnetischen
Spule 200 weggenommen wird, kehrt das magnetorheologische
Fluid 154 in seinen unfesten, d. h. fluiden, Zustand zurück, die
Kopplung zwischen der primären
Abtriebswelle 60 und der sekundären Abtriebswelle 32 vermindert sich
auf einen minimalen oder vernachlässigbaren Grad, und die Fähigkeit
zur Drehmomentübertragung hört effektiv
auf.
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Es
ist zu erkennen, dass die magnetorheologische Kupplungsanordnung 120 die
Steuerung der Drehmomentübertragung
im Einklang mit dem elektrischen Eingang in die elektromagnetische
Spule 200 modulieren kann. Dieser elektrische Eingang kann
natürlich
von einer Vorrichtung wie dem Steuerelement 46 geschaffen
werden, das Signale von verschiedenen Wellendrehzahlsensoren empfängt, beispielsweise
von den Sensoren mit veränderlichem Widerstand
oder Hall-Sensoren 214 und 234 und
von geeigneter Software, die diese Drehzahlen abliest und das Einrücken oder
das Ausrücken
der magnetorheologischen Kupplungsanordnung 120 gemäß der statischen
oder dynamischen Software einschließlich von Verweistabellen,
Unterprogrammen und zugehörigen
Programmen befiehlt. Ein solches Betriebsprogramm kann gleich wie
das oder ähnlich dem
in dem in Mitinhaberschaft befindlichen USA-Patent Nr. 5,407,203
beschriebenen sein.
-
In
den 4 und 5 ist eine Verteilergetriebeanordnung 250 dargestellt,
die erste alternative Ausführungsform
der magnetorheologischen Kupplungsanordnung 252 enthält. Während die
in den 2 und 3 dargestellte Verteilergetriebeanordnung 16 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
einer magnetorheologischen Flüssigkeitskupplungsanordnung 120 mit
konzentrisch angeordneten und verschachtelten Kupplungsbändern oder
-kränzen
umfaßt,
umfaßt
die Verteilergetriebeanordnung 250 die magnetorheologische
Kupplungsanordnung 252 gemäß der ersten alternative Ausführungsform
mit flachen, radial ausgerichteten, verschachtelten Platten oder Scheiben.
Die Verteilergetriebeanordnung 250 als solche ist im wesentlichen ähnlich wie
die Verteilergetriebeanordnung 16 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
und umfaßt
das Gehäuse 48,
die Planetenradanordnung 50, die Antriebswelle 52 mit
einer Bohrung 54, welche die Wälzlageranordnung 56 aufnimmt,
die wiederum den Endpunkt 58 der primären (hinteren) Abtriebswelle 60 lagert,
die Rotorpumpe 62 mit Innenverzahnung und den Schmiermittelkanal 64.
Die Planetenradanordnung 50 umfaßt das Sonnenrad 70,
das Tellerrad 74, die Ausgleichsräder 78, die Wellenstümpfe 82 und
den Träger 84 mit
nach innen gerichteten Zahnradzähnen 86.
Die Klauenkupplung 90 umfaßt Keilnuten oder Zahnradzähne 92,
die mit Keilen oder Zahnradzähnen 94 auf
der Abtriebswelle 60 sowie mit eingriffsfähigen Zahnradzähnen 96 zusammengreifen.
Die Position der Klauenkupplung 90 wird von dem elektrischen
Schaltsteuermotor 100 befohlen, der die Antriebswelle 102 in
Drehung versetzt. Die Antriebswelle 102 ist mit dem radial
verlaufenden Arm 104 gekoppelt und treibt diesen an, und
dieser greift in ein Ende der Spiralfederanordnung 106 ein.
Das entgegengesetzte Ende der Spiralfederanordnung 106 ist
an der zylindrischen Kurve 108 mit der schraubenförmigen Spur 110 befestigt.
Der Stift oder Kurvenstößel 112 geht
von der Gabelanordnung 114 aus, die zwecks bidirektionaler translatorischer
Bewegung auf der festen Welle 116 gelagert ist und den
Kanal oder die Nut 118 umfaßt, der/die in den Umfang der
Klauenkupplung 90 eingreift.
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Wie
angemerkt, umfaßt
die Verteilergetriebeanordnung 250 die magnetorheologische
Flüssigkeitskupplungsanordnung 252 gemäß der ersten
alternativen Ausführungsform
mit flachen, radial ausgerichteten, verschachtelten Platten oder
Scheiben. Ein komplex konfigurierter kreisförmiger Bund 254 umfaßt Keilnuten
oder innere Keile oder Zahnradzähne 256,
die mit komplementär
konfigurierten äußeren oder
eingriffsfähigen
Keilen 258 zusammengreifen, die in der Abtriebswelle 60 ausgebildet
sind. In einer komplementären
umlaufenden Nut 264, die in der primären Abtriebswelle 60 ausgebildet
ist, ist ein Schnappring 262 aufgenommen und spannt den ringförmigen Bund 254 axial
ein. Der ringförmige Bund 254 bildet
einen engen Halsbereich 266 und einen breiteren, peripheren
Bereich 268, der eine Mehrzahl von axial verlaufenden Kanälen oder
Ausnehmungen 272 umfaßt,
die in seinem Umfang gebildet sind. Die Kanäle oder Ausnehmungen 272 greifen
in komplementär
konfigurierte Konfigurationen oder Keile 274 ein, die an
dem Innendurchmesser einer ersten Mehrzahl von kreisförmigen Kupplungsscheiben
oder -platten 276 ausgebildet sind.
-
Wie
in 6 dargestellt ist,
bildet gemäß den Ansprüchen 1 und
10 jeder von der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 276 zwei
benachbarte, umlaufende Bänder
von diskontinuierlichen, gekrümmten
Schlitzen 278. Die Schlitze 278 nehmen jeweils einen
komplementär
konfigurierten Abstandshalter 282 aus einem in geeigneter
Weise dauerhaften Kunststoff auf, beispielsweise aus Nylon, Delrin
oder LCP-Kunststoff. Delrin ist ein eingetragenes Warenzeichen von
E. I. DuPont de Nemours and Company. Die Abstandshalter 282 sind
vorzugsweise nur etwas dicker als die Dicke der Kupplungsscheiben 276.
Beispielsweise wurde festgestellt, dass eine Abstandshalter-Gesamtdicke,
die um etwa 0,050 Zoll (1,27 mm) dicker als die Dicke der Kupplungsscheiben 276 ist,
derart dass die Abstandshalter 282 auf jeder Site um annähernd 0,025
Zoll (0,63 mm) über
die Oberflächen
der Kupplungsscheibe 276 hinaus ragen, geeignet ist. Die
offenen, nichtmagnetisch aktiven Bereiche der Kupplungsscheiben 276 tragen
zur Steuerung und zur Konzentrierung des magnetischen Flusses bei.
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Mit
der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 276 verschachtelt
ist eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben oder -platten 286 mit
nach außen
gerichteten Vorsprüngen
oder Keilen 288, die in komplementär konfigurierten Kanälen oder
Ausnehmungen 292 an einem peripheren ringförmigen Element 294 aufgenommen
werden. Sowohl die erste als auch die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 276 bzw. 286 bestehen
aus Eisenmetall, beispielsweise kohlenstoffarmem Stahl. Wie in 6 dargestellt ist, bildet
jede von der zweiten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 286 auch
vorzugsweise zwei benachbarte Bänder
von diskontinuierlichen, gekrümmten
Schlitzen 272, die jeweils die oben beschriebenen gekrümmten Abstandshalter 282 aufnehmen.
Das ringförmige
Element 294 besteht vorzugsweise aus Aluminium. An einem
ersten Ende des ringförmigen
Elements 294 befindet sich eine erste kreisförmige Scheibe 296 mit
eingriffsfähigen Keilen 298,
die um deren Umfang herum angeordnet sind und in die Kanäle oder
Ausnehmungen 292 an dem ringförmigen Element 294 eingreifen.
Die erste kreisförmige
Scheibe 296 ist mit einem (nicht dargestellten) geeigneten
Dichtklebstoff, der in der Keilverbindung zwischen den Ausnehmungen 292 und
den Keilen 298 angeordnet ist, abdichtend an dem ringförmigen Element 294 befestigt.
Auf der entgegengesetzten Seite der Kupplungsscheiben 276 und 286 ist eine
zweite kreisförmige
Scheibe 302 angeordnet und umfaßt ebenfalls Kanäle oder
Ausnehmungen 304, die in die Keile 292 an dem
ringförmigen
Element 294 eingreifen. Wiederum ist ein (nicht dargestellter)
Dichtklebstoff zwischen den Keilen 292 und den Ausnehmungen 304 angeordnet,
wenn die zweite kreisförmige
Scheibe 302 an dem ringförmigen Element 294 eingebaut
wird. Der Bund 266, das ringförmige Element 294 und
die kreisförmigen
Scheiben 296 und 304 bilden eine Kammer 310,
die mit einem unter hoher Spannung stehenden magnetorheologischen
Fluid 154 nach der obigen Beschreibung gefüllt sind.
Wiederum kann die Kammer 310 im wesentlichen dauerhaft
mit dem magnetorheologischen Fluid 154 gefüllt werden,
wenn die Kupplungsanordnung hergestellt wird, oder das ringförmige Element 294 kann
mit einem herausnehmbaren (nicht dargestellten) Füllstopfen
ausgestattet sein, um das magnetorheologische Fluid leichter einfüllen und
ablassen zu können.
-
Die
erste kreisförmige
Scheibe 296 umfaßt einen
inneren umlaufenden Kanal 304, der ein geeignetes elastisches,
fluiddichtes Abdichtelement 306 aufnimmt, das ein O-Ring
sein oder einen alternativen Querschnitt, beispielsweise einen X-Querschnitt, aufweisen
kann. In ähnlicher
Weise umfaßt
die zweite kreisförmige
Scheibe 304 einen inneren umlaufenden Kanal 308,
der ebenfalls ein kreisförmiges
elastisches Abdichtelement 310 aufnimmt. Neben dem Abdichtkanal 308 ist
eine Mehrzahl von Keilen oder Ansätzen 316 angeordnet,
die komplementär
zu Keilnuten oder Ausnehmungen 318 an einem Kettenantriebsrad 320 sind
und in diese eingreifen. Das Kettenantriebsrad 320 umfaßt Kettenantriebszähne 322, die
in die Antriebskette 184 eingreifen. Das Kettenantriebsrad 320 ist
frei drehbar auf der primären
Abtriebswelle 60 angeordnet, und eine flache Ringscheibe 324 wirkt
als Drucklager, um diese Drehung zu erleichtern.
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Unmittelbar
neben der ersten kreisförmigen Scheibe 296 befindet
sich eine elektromagnetische Spule 330, die in einem Spulengehäuse 332 angeordnet
ist, das vorzugsweise aus einem Eisenmaterial gefertigt ist, beispielsweise
aus Eisen. Das Spulengehäuse 332 ist
mit einer Mehrzahl von Gewindebolzen und von mit Gewinde versehenen
Befestigern, beispielsweise Muttern 336, an dem Gehäuse 46 der Verteilergetriebeanordnung 16 befestigt.
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Wiederum
in den 4 und 5 umfaßt die Verteilergetriebeanordnung 250 das
Tonrad 210, das auf der primären Abtriebswelle 60 angeordnet
ist. Das Tonrad 210 dreht sich mit dieser und umfaßt die Mehrzahl
von Zähnen 212.
Benachbart abfühlend
mit dem Tonrad 210 angeordnet ist der Sensor mit veränderlichem
Widerstand oder Hall-Sensor 214, der ein Signal, das die
Drehzahl der primären
Abtriebswelle 60 darstellt, in der Leitung 216 an
das Steuerelement 46 absetzt. Der Abtriebsflansch 220 ist
mit den ineinandergreifenden Keilen 222 auf der primären Abtriebswelle 60 befestigt
und wird von einem mit Gewinde versehenen Halter, beispielsweise
der Mutter 22, auf der primären Abtriebswelle 60 gehalten.
In ähnlicher
Weise ist ein Tonrad 230 auf der sekundären Abtriebswelle 121 angeordnet
und dreht sich mit dieser. Das Tonrad 230 umfaßt Zähne 232.
Abfühlend
mit den Zähnen 232 des
sekundären
Tonrades 230 angeordnet ist ein Sensor mit veränderlichem Widerstand
oder Hall-Sensor 244, der eine Ausgangsleitung 236 umfasst,
die ein Signal, das die Drehzahl der sekundären Abtriebswelle 121 darstellt, an
das Steuerelement 46 absetzt.
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Die
Funktionsweise des Verteilergetriebes 250 und insbesondere
der magnetorheologischen Kupplungsanordnung 252 gemäß der ersten
alternativen Ausführungsform
ist im wesentlichen die gleiche wie die Funktionsweise der magnetorheologischen
Kupplungsanordnung 120 in der oben beschriebenen Verteilergetriebeanordnung 16.
Das heißt,
ein zu der elektromagnetischen Spule 330 geführter elektrischer
Strom erzeugt einen magnetischen Fluss, der sich in die mit dem
magnetorheologischen Fluid gefüllten
Kammer 310 erstreckt und, wenn der elektrische Strom und
der magnetischen Fluss größer werden,
das magnetorheologische Fluid 154 von einer Flüssigkeit
zu einem Pseudofeststoff ändert,
der die Übertragung
eines Drehmoments durch die Kupplung 252 hindurch erleichtert.
Wie ohne weiteres zu erkennen ist, kann der elektrische Strom gemäß verschiedener
Software und verschiedenen Verweistabellen, Unterprogrammen und
dergleichen von dem Mikrocontroller 46 zu der elektromagnetischen
Spule 330 geführt
werden.
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In 7 ist ein adaptiver Vierradfahrzeugantriebsstrang
gemäß einer
zweiten alternativen Ausführungsform,
der die vorliegende Erfindung verkörpert, schematisch dargestellt
und mit der Bezugsziffer 350 bezeichnet. Der Vierradfahrzeugantriebsstrang 350 umfaßt eine
in Querrichtung angebrachten Primärantrieb 352, der
mit einer Getriebe-/Differentialeinheit 354 gekoppelt ist
und sie direkt antreibt. Durch den Ausgang der Getriebe-/Differentialeinheit 354 wird
ein kegelverzahnter oder bogenverzahnter Radsatz 356 angetrieben,
der Antriebskraft zu einem primären
oder vorderen Antriebsstrang 360 liefert, der eine vordere
oder primäre
Gelenkwelle 362, ein vorderes oder primäres Differential 364,
zwei vordere Starrachsen 366 und jeweilige zwei vordere
oder primäre
Reifen-Rad-Anordnungen 368 umfaßt. Es sollte zu erkennen sein,
dass das primäre
oder vordere Differential 364 herkömmlich ist.
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Der
kegelverzahnte oder bogenverzahnte Radsatz 356 liefert
auch Antriebskraft zu einem sekundären oder hinteren Antriebsstrang 370,
der eine sekundäre
Gelenkwelle 372 mit geeigneten Kardangelenken 374,
eine hintere oder sekundäre
Differentialanordnung 376, zwei sekundäre oder hintere Starrachsen 378 und
jeweilige zwei sekundäre
oder hintere Reifen-Rad-Anordnungen 380 umfaßt. Die
hier in Bezug auf die sekundäre
Differentialanordnung 376 verwendeten Begriffe „Differential" und „Achse" werden untereinander
austauschbar zur Identifizierung einer Vorrichtung zum Aufnehmen
eines Antriebsstrangdrehmoments und zum Verteilen auf zwei in Querrichtung angeordnete
Räder und
zum Ausgleichen von Drehgeschwindigkeitsdifferenzen verwendet, die
unter anderem durch das Kurvenfahren des Fahrzeugs entstehen. Die
Begriffe als solche sollen auch Vorrichtungen wie die vorliegende
Erfindung umfassen, die diese Funktionen bereitstellen, jedoch keinen
herkömmlichen
Planetenradsatz umfassen.
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Die
folgende Beschreibung betrifft ein Fahrzeug, bei dem der primäre Antriebsstrang 360 an
der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist und der sekundäre Antriebsstrang 370 entsprechend
an der Rückseite
des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei ein solches Fahrzeug gewöhnlich als
Fahrzeug mit Vorderradantrieb bezeichnet wird. Noch einmal beziehen
sich die hier verwendeten Begriffe „primär" und „sekundär" auf Antriebsstränge, die zu jeder Zeit ein Drehmoment
liefern, und auf Antriebsstränge,
die ein ergänzendes
bzw. ein intermittierendes Drehmoment liefern. Diese Bezeichnungen
(primär
und sekundär) werden
hier anstelle von „vorn" und „hinten" verwendet, da ja
die Ausführungsform
der hier offenbarten und beanspruchten Erfindung ohne weiteres mit Fahrzeugen
verwendet werden kann, bei denen der primäre Antriebsstrang 360 an
der Hinterseite des Fahrzeugs angeordnet ist und der sekundäre Antriebsstrang 370 und
Teile innerhalb der sekundären Differentialanordnung 376 an
der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Mithin
sollte verstanden werden, dass die Darstellung in 7, bei welcher der primäre Antriebsstrang 360 an
der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist, veranschaulichend
und nicht einschränkend
ist, und dass die Teile und ihre allgemeine Anordnung, die dargestellt
sind, gleichermaßen mit
einem Fahrzeug mit primärem
Hinterradantrieb geeignet und verwendbar sind. Bei einem solchen Fahrzeug
würde das
primäre
Differential 364 die sekundäre Differentialanordnung 376 am
Hinterteil des Fahrzeugs ersetzen, und die sekundäre Differentialanordnung 376 würde an die
Vorderseite des Fahrzeugs verlegt, um das primäre Differential 364 zu
ersetzen.
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In
den 8 und 9 umfaßt der Fahrzeugantriebsstrang 350 gemäß der alternativen
Ausführungsform
zwei magnetorheologische Kupplungsanordnungen 400 ähnlich der
Kupplungsanordnung 120 gemäß der bevorzugten Ausführungsform,
die jedoch in einer Differentialgehäuseanordnung 402 angeordnet
sind. Die Differentialgehäuseanordnung 402 umfaßt einen
mittigen, im allgemeinen ringförmigen
Abschnitt 404 und einen Halsabschnitt 406, der im
allgemeinen radial von dem ringförmigen
Abschnitt 404 ausgeht. Der mittige Abschnitt 404 bildet zwei
einander gegenüberliegende,
offene Seiten 408. In dem Halsabschnitt 406 ist
eine Antriebswelle 412 angeordnet und drehfest gelagert,
die in einem Kegelrad 414 endet. Die Antriebswelle 412 kann
ein Antriebstonrad 416 mit Zähnen 418 umfassen.
Abfühlend
neben den Zähnen 418 des
Antriebstonrads 416 angeordnet ist ein Sensor mit veränderlichem Widerstand
oder ein Hall-Sensor 420, der ein Signal, das die Drehzahl
der Antriebswelle 412 darstellt, in einer Leitung 422 liefert.
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Das
Kegelrad 414 befindet sich in konstanter Kämmung mit
und überträgt Energie
zu einem Kegeltellerrad 424, das an einem Flansch 426 angebracht ist,
der vorzugsweise einstückig
mit einer hohlen Antriebsrohranordnung 428 ausgebildet
ist und radial von dieser ausgeht. Das Tellerrad 426 ist
mit einer Mehrzahl von mit Gewinde versehenen Befestigern 430 an
dem Flansch 426 befestigt. Die Antriebsrohranordnung 428 ist,
wie angemerkt, hohl und umfaßt vorzugsweise
zwei Abläufe 432,
die ein Kühl-
und Schmierfluid sammeln und es in die Antriebsrohranordnung 428 liefern.
Die Antriebsrohranordnung 428 ist mit zwei Wälzlagern,
beispielsweise den Kugellageranordnungen 434, in dem ringförmigen Abschnitt 404 des
Gehäuses 402 gelagert.
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Am
Ende der Antriebsrohranordnung 428 ist, wie oben angemerkt,
eine identische magnetorheologische Kupplungsanordnung 400 angeordnet,
die in einer Getriebeglocke 436 untergebracht ist. Die
Getriebeglocken 436 sind mit einer Mehrzahl von mit Gewinde
versehenen Befestigern 438 über die offenen Seiten 408 an
dem ringförmigen
Abschnitt 404 des Gehäuses 402 befestigt.
Da ja beide Kupplungsanordnungen 400 identisch sind, wird
nur die in 8 rechts
dargestellte Kupplungsanordnung 400 beschrieben, wobei
es sich versteht, dass die Kupplungsanordnung 400 auf der
linken Seite in jeder Hinsicht in Konstruktion und Funktion identisch
ist.
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An
jedem Ende der Antriebsrohranordnung 428 befindet sich
eine Mehrzahl von Keilen oder Ansätzen 442, die in komplementär konfigurierte,
in einem kreisförmigen
Bund 446 ausgebildete Keilnuten oder Ausnehmungen 444 eingreifen.
Der kreisförmige
Bund 446 ist vorzugsweise aus einem magnetischen Material,
beispielsweise Stahl, ausgebildet und abdichtend an einer ersten
kreisförmigen
Scheibe 450 befestigt, die eine radial konfigurierte Anordnung
oder Mehrzahl von Kanälen
oder Nuten 452 umfaßt,
in die eine komplementäre
Mehrzahl von eingriffsfähigen
Keilen 454 eingreift, die von einer ersten Mehrzahl von
konzentrischen Kupplungsbändern oder
-kränzen 456 vorsteht.
Die erste kreisförmige Scheibe 450 ist
vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise
Aluminium, ausgebildet und, beispielsweise mit ineinandergreifenden
Keilen und einem geeigneten Klebstoff abdichtend an einem äußeren ringförmigen Element 458 befestigt.
Von der ersten kreisförmigen
Scheibe 450 ist eine zweite kreisförmige Scheibe 462 axial
beabstandet und umfaßt
eine zweite radiale Anordnung oder Mehrzahl von Kanälen oder
Nuten 464 auf ihrer Vorderseite. Die zweite kreisförmige Scheibe 462 ist ebenfalls
vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise
Aluminium, ausgebildet. In die zweite Anordnung von Nuten 464 greift eine
komplementär
konfigurierte Mehrzahl von Keilen 466 ein, die von einer
zweiten Mehrzahl von Kupplungsbändern
oder -kränzen 468 vorsteht,
die mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 456 verschachtelt
ist. Vorzugsweise sind sowohl die erste Mehrzahl von konzentrischen
Kupplungsbändern oder
-kränzen 456 als
auch die zweite Mehrzahl von Kupplungsbändern oder -kränzen 468 fest
und bestehen aus einem Eisenmaterial, beispielsweise kohlenstoffarmem
Stahl.
-
Die
zweite kreisförmige
Scheibe 462 bildet einen peripheren Kanal 472,
der einen O-Ring 474 aufnimmt, der abdichtend in die Innenfläche des äußeren ringförmigen Elementes 458 eingreift.
Angrenzend an den Innendurchmesser der zweiten kreisförmigen Scheibe 462 befindet
sich ein ineinandergreifender Satz 476 von Keilen, der
die zweite kreisförmige
Scheibe 462 mit einem zylindrischen Bund 480 koppelt.
An dieser Verbindungsstelle wird auch vorzugsweise ein geeigneter Dichtklebstoff
verwendet. Der zylindrische Bund 480 umfaßt innere
oder aufnehmende Keilnuten 482, die mit komplementär konfigurierten äußeren oder
eingriffsfähigen
Leilen 484 auf einer Abtriebswelle 486 zusammengreifen.
Der zylindrische Bund 480, die erste kreisförmige Scheibe 450,
das ringförmige
Element 458 und die zweite kreisförmige Scheibe 462 bilden
eine Kammer 490, welche die erste und die zweite Mehrzahl
von Kupplungsbändern
oder -kränzen 456 und 468 aufnimmt und
vollständig
mit magnetorheologischem Fluid 154 gefüllt ist. Ein Kanal 492 in
dem zylindrischen Bund 480 ist abgedichtet, um durch eine
sphärische
Kugel, beispielsweise ein Kugellager 494, einen Strom von Flüssigkeit
zu verhindern, ermöglicht
jedoch das Hindurchtreten von Gas, beispielsweise Luft, aus der Kammer 490.
Der Bund 446 ist mit einem O-Ring 496, der in
einem umlaufenden Kanal 498 in dem Element 446 angeordnet
ist, gegen den zylindrischen Bund 480 abgedichtet.
-
Auf
der der Kammer 490 gegenüberliegenden Seite der zweiten
kreisförmigen
Scheibe 462 und neben einem freitragenden Abschnitt des äußeren ringförmigen Elementes 458 befindet
sich eine elektromagnetische Spule 500, die innerhalb eines
magnetischen, den Fluss konzentrierenden Spulengehäuses 502 angeordnet
ist. Das Spulengehäuse 502 besteht
vorzugsweise aus einem Eisenmaterial, beispielsweise Eisen. Das
Spulengehäuse 502 ist
mit einer Mehrzahl von Gewindezapfen 504 und mit komplementär mit Gewinde
versehenen Befestigern an der Getriebeglocke 436 befestigt.
Ein elektrischer Einzelleiter oder Doppelleiter 508 liefert
elektrische Energie von einer geeigneten Quelle zu der elektromagnetischen
Spule 500.
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Die
Abtriebswelle 486 ist innerhalb der Antriebsrohranordnung 428 in
einem Zapfen- oder Rollenlager 512 gelagert und ist in
dem Gehäuse 436 mit einem
Wälzlager,
beispielsweise der Kugellageranordnung 514, drehbar gelagert.
Auf der Abtriebswelle 486 ist durch einen ineinandergreifenden
Satz 518 von Keilen ein Abtriebsflansch 516 befestigt
und wird auf der Abtriebswelle 486 durch einen mit Gewinde versehenen
Halter gehalten, beispielsweise durch eine Mutter 522,
die auf einem komplementär
mit Gewinde versehenen Abschnitt 524 der Abtriebswelle 486 aufgenommen
ist. Eine geeignete Öldichtung 526 sorgt
für eine
fluiddichte Abdichtung zwischen dem Abtriebsflansch 516 und
der Getriebeglocke 436.
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Auf
der rechten Abtriebswelle 486 ist ein rechtes Abtriebstonrad 530R angeordnet
und umfaßt eine
Mehrzahl von Zähnen 532R.
Abfühlend
mit dem rechtes Abtriebstonrad 530R angeordnet ist ein
erster Sensor mit veränderlichem
Widerstand oder Hall-Sensor 534R, der ein Signal, das die
Drehzahl der rechten Abtriebswelle 486 darstellt, in einer
Ausgangsleitung 536R liefert. Wie in 8 dargestellt ist, umfaßt die rechte
Abtriebswelle auch ein Tonrad 530L mit Zähnen 532L,
einen Sensor mit veränderlichem
Widerstand oder Hall-Sensor 534L und eine Ausgangsleitung 536L.
Die Sensoren 534R und 534L sowie andere Sensoren
des Fahrzeugs, beispielsweise Sensoren für Fahrzeuggeschwindigkeit, Drosselklappenstellung
und Lenkwinkel, können
Signale an einen Mikrocontroller 540 absetzen. Vorzugsweise
sind zwischen dem zylindrischen Bund 480 und der Kugellageranordnung 514 zwei
Tellerfederringe oder ähnliche
Federringe und eine geeignete Abstandshalterringanordnung 540 angeordnet,
um eine geeignete axiale Lage der diesen zugeordneten Teile relativ
zu dem elektromagnetischen Spulengehäuse 502 aufrechtzuerhalten.
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Die
Funktionsweise der in dem Fahrzeugantriebsstrang 350 gemäß der alternativen
Ausführungsform
angeordneten zwei magnetorheologischen Kupplungsanordnungen 400 ähnelt der
Funktionsweise der magnetorheologischen Kupplung 120 in
der Verteilergetriebeanordnung 16, jedoch unterscheidet
sich ihre Gesamtfunktionsweise insofern, als sie in der Differentialanordnung 376 angeordnet sind.
Mithin korrespondiert zwar die Kopplungs- und Drehmomentdurchsatzfähigkeit
von jeder der magnetorheologischen Kupplungsanordnungen 400 in der
oben beschriebenen Weise zu der Größe des unabhängig zu
jeder der elektromagnetischen Spulen 500 gelieferten elektrischen
Stroms, wodurch sich die Kopplungs- und Drehmomentdurchsatzfähigkeit der
einzelnen magnetorheologischen Kupplungsanordnungen 400 vergrößert oder
verkleinert, jedoch ist die Gesamtfunktionsweise der magnetorheologischen
Differentialanordnung 396 mit zwei Kupplungen ein Merkmal
der Software, der Verweistabellen und der anderen Berechnungsmerkmale
des Mikrocontrollers 540. Die magnetorheologischen Kupplungsanordnungen 400 als
solche können
entweder vollständig
oder proportional aktiviert, d. h. als Reaktion auf Drehzahldifferenzen
zwischen dem rechten und dem linken Sensor 534R und 534L für die Achsendrehzahl
oder auf zwischen den beiden Drehzahlen erfaßte und von den Sensoren 534R und 534L abgefühlte mittlere
Drehzahldifferenzen im Vergleich zu den Drehzahlen, die der Antriebswellensensor 420 abfühlt, moduliert
werden. Außerdem
können diese
Drehzahlen mit Sensoren aus dem primären Antriebsstrang 360 am
entgegengesetzten Ende des Fahrzeugs verglichen werden. Diese Daten
können von
verschiedenen den Schräglaufwinkel
mindernden und den Fahrzeuggierwinkel steuernden Programmen (Software)
in dem Mikrocontroller 540 genutzt werden, um die magnetorheologischen
Kupplungen 400 in der Differentialanordnung 376 einzeln zu
steuern.