KR20110097964A

KR20110097964A - 유압식 작동 수단을 가진 구동 조립체

Info

Publication number: KR20110097964A
Application number: KR1020117016727A
Authority: KR
Inventors: 마크 슈미트; 미하엘 슈베쿠츠; 콜린 자에르스; 아투르 그룬발드
Original assignee: 게케엔 드리펠린 인터나쇼날 게엠베하
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-08-31
Also published as: DE102008063905B4; JP2012512995A; US8668615B2; CN102256827A; DE102008063905A1; CN102256827B; KR101352182B1; WO2010069578A1; AT512343B1; JP5602759B2; US20110275467A1

Abstract

본 발명은 복수 개의 축에 의해 구동되는 자동차용 구동 조립체에 관한 것이다. 구동 조립체(2)는 구동샤프트(8)에 의해 회전축(A)을 중심으로 회전가능하게 구동될 수 있는 입력부(15)와, 입력부(15)에 구동가능하게 연결되는 2개의 출력부(18, 18')를 구비하는 차동 유닛(3)으로서, 2개의 출력부(18, 18')는 서로에 대해 차동 효과를 갖는, 차동 유닛(3)과; 차동 유닛(3)과 구동샤프트(8)를 구동가능하게 연결하는 기능을 하는 외부에서 제어가능한 선택가능한 커플링(4)과; 차동 유닛(3)의 2개의 출력부(18, 18') 사이의 차동 운동을 로킹하기 위한 외부에서 제어가능한 로킹 커플링(5)과; 선택가능한 커플링(4)을 작동시키기 위한 제1 유압 작동식 유닛(6)과; 로킹 커플링(5)을 작동시키기 위한 제2 유압 작동식 유닛(21)을 포함하고, 제1 유압 작동식 유닛(6)과, 선택가능한 커플링(4)과, 제2 유압 작동식 유닛(21)과 로킹 커플링(5)은 회전축(A)에 대해 동축관계로 배열된다.

Description

유압식 작동 수단을 가진 구동 조립체{DRIVE ASSEMBLY HAVING HYDRAULIC ACTUATION}

본 발명은 다중-축 구동식 자동차의 구동축을 연결하기 위한 커플링 조립체에 관한 것이다. 일반적으로, 2개의 상이한 구동 시스템 즉, 자동차의 복수 개의 구동축이 영구적으로 구동되는 것과, 제1 구동축은 영구적으로 구동되고, 제2 구동축은 필요한 때에 연결되는 것이 있다. 선택적으로 연결가능한 구동축을 구비하는 이러한 구동 시스템은 행온(hang-on) 또는 온-디맨드(on-demand) 시스템이라고도 불리운다.

유럽 특허 공보 EP 0 466 863 B1에는, 복수 개의 구동라인용의 트랜스퍼 케이스(transfer case)와 자동차의 구동라인을 연결하기 위한 장치가 공지되어 있다. 구동라인 중 하나가 구동 유닛에 영구적으로 연결되고, 추가의 구동라인이 구동 유닛에 선택적으로 연결될 수 있다. 구동라인을 연결하기 위해, 트랜스퍼 케이스 또는 차동 구동부에 배열될 수 있는 전기 작동식 마찰 커플링이 제공된다.

독일 특허 DE 10 2008 037 885.2-21에는 다중-축 구동식 자동차용 차동 유닛과 행온 커플링을 구비하는 구동 조립체가 제안되어 있다. 행온 커플링은 차동 유닛의 차동 캐리어 회전축에 대해 동축관계로 배열되는 마찰판 커플링 형태로 제공된다.

독일 특허 DE 39 13 487 A1에는, 전방축 차동장치(front axle differential)와 후방축 차동장치(rear axle differential)가 오프-로드 적용 중에 영구적으로 구동되는 4륜 구동 트랙터가 알려져 있다. 전방축과 후방축 사이의 임의의 왜곡을 방지하기 위해, 차동 캐리어와 후방축 차동장치의 링 기어 사이에 커플링이 제공된다. 커플링은 작동 실린더를 통해 통기되어, 미끄럼 상태에서 제어될 수 있다. 작동 실린더가 가압되지 않은 상태에서, 커플링은 토크가 강성 관통 구동부의 전방축으로부터 후방축으로 전달되도록 판 스프링에 의해 부하가 가해진다.

독일 특허 DE 42 02 026 A1에는, 2개의 피동 축을 포함하는 자동차의 구동력을 제어 및 분배하기 위한 구동 조립체가 알려져 있다. 구동 조립체는 제1 밸브를 통해 제어되는 전방축 차동장치와, 제2 밸브를 통해 제어되는 후방축 차동 로크와, 제3 밸브를 통해 제어되는 중간 차동 로크를 포함하고 있다. 상기 밸브는 그 유압을 펌프로부터 받는 전자 유압식 밸브이다.

본 발명의 목적은 2차 구동라인이 선택적으로 연결되고 차동장치가 로킹되는 것을 허용하는 구동 조립체를 제안하기 위한 것으로, 상기 구동 조립체는 컴팩트한 구성 및 저중량을 가져야 하며, 구동 컨셉에 용이하게 통합가능하기에 적절하여야 한다.

상기 목적은 다중-축 구동식 자동차용 구동 조립체를 제공함으로써 달성되는데, 상기 구동 조립체는 구동샤프트에 의해 회전축(A)을 중심으로 회전가능하게 구동될 수 있는 입력부와, 입력부에 구동가능하게 연결되는 2개의 출력부를 구비하는 차동 유닛으로서, 2개의 출력부는 서로에 대해 차동 효과를 갖는, 차동 유닛과; 차동 유닛의 입력부와 구동샤프트 사이에 배열되고, 차동 유닛과 구동샤프트를 구동가능하게 연결하는 기능을 하는 외부에서 제어가능한 행온 커플링(hang-on coupling)과; 차동 유닛의 2개의 출력부 사이의 차동 운동을 로킹하기 위한 외부에서 제어가능한 로킹 커플링과; 행온 커플링을 작동시키기 위한 제1 유압 작동식 유닛과; 로킹 커플링을 작동시키기 위한 제2 유압 작동식 유닛을 포함하고, 제1 유압 작동식 유닛과, 행온 커플링과, 제2 유압 작동식 유닛과 로킹 커플링은 회전축(A)에 대해 동축관계로 배열된다.

본 발명의 구동 조립체는 2가지 기능을 가능하게 하는 점에서 즉, 2차 구동라인을 추가로 연결시키고 차동 유닛의 차동 운동을 로킹하는 동시에, 컴팩트한 구성을 가지는 점에서 유리하다. 제1 유압 작동식 유닛과 제2 유압 작동식 유닛의 작동은 하나의 단일 펌프에 의해 달성될 수 있고, 여기서 유압의 수준과 이에 따른 커플링의 로킹 정도는 펌프 출력에 의해 설정된다. 행온 커플링과 로킹 커플링은 유압을 발생시킴으로써 폐쇄된다. 이것은 커플링을 개방 상태로 유지하기 위해 어떠한 에너지도 필요하지 않다는 점에서 유리하다. 커플링 중 하나가 폐쇄될 필요가 있다면, 펌프는 행온 커플링과 각각의 로킹 커플링을 폐쇄하는 유압을 발생시킨다. 행온 커플링과 로킹 커플링 및 각각의 유압 작동식 유닛은 서로에 대해 그리고 차동 유닛의 회전축에 대해 동축관계로 배열되고, 기존 설비 공간 컨셉에서 쉽게 합체될 수 있는 모듈형 구성이 달성된다. 본 발명의 구동 조립체의 추가의 이점은, 토크가 프로펠러 샤프트로부터 구동 조립체 내로 도입됨으로써, 행온 커플링이 개방될 때 각도 구동부가 고정 상태라는 것이다. 이러한 방식으로, 회전축을 중심으로 하는 링 기어의 회전에 의해 유발되는 임의의 스플래싱(splashing) 손실과, 링 기어와 구동 피니언의 베어링에서의 마찰 손실, 더 구체적으로 예장력으로 인한 마찰 손실을 피할 수 있다. 또한, 이것은 자동차의 연료 소비에도 유리한 영향을 준다.

본 실시형태에 따르면, 제1 유압 작동식 유닛과 제2 유압 작동식 유닛 양자 모두에 유압식으로 연결되는 하나의 단일 펌프가 제공된다. 이러한 방식으로, 본 발명의 구동 조립체 부품의 개수가 적게 유지되고, 이것은 유닛의 중량 및 설비 용적에 유리한 영향을 준다. 원칙적으로, 펌프는 임의의 구성을 가질 수 있는데, 예를 들어 지로터 펌프(gerotor pump) 또는 베인(vane) 타입 펌프의 형태로 제공될 수 있다. 펌프는 바람직하게는 전기 모터에 의해 구동되고, 이 전기 모터는 이어서 자동차의 구동 운동을 제어하기 위한 전자 제어 유닛에 의해 제어된다. 유압의 수준은 전기 모터의 속도에 의해 가변적으로 설정될 수 있는데, 즉 구동축에 전달되는 토크는 차량 상태의 함수로서 전자 제어 유닛에 의해 결정되고, 이에 따라 전기 모터는 필요에 따라 행온 커플링과 로킹 커플링을 작동시키도록 제어된다. 전기 모터의 출력에 따라, 행온 커플링과 필요하다면 로킹 커플링은 어떠한 토크도 커플링의 입력부로부터 커플링의 출력부로 전달되지 않는 개방 위치와, 커플링이 완전히 폐쇄되고 입력부가 출력부와 함께 회전하는 폐쇄 위치 사이에서 제어될 수 있다. 높은 설정 정밀도를 달성하기 위해, 유압 시스템에 각각의 데이터를 전자 제어 유닛에 전송하는 압력 센서가 마련되어 있다면 유리하다.

제1 실시형태에 따르면, 유압 조립체에는 각각의 유압 작동식 유닛을 통해 로킹 커플링을 연결시키는 기능을 하는 스위칭 밸브가 마련되어 있다. 스위칭 밸브는 펌프와 유압 작동식 유닛 사이의 연결 채널 내에 배열되고, 유압이 제2 유압 작동식 유닛으로 전달되는 개방 위치와, 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 스위칭될 수 있다. 폐쇄 위치에서, 유압은 행온 커플링을 작동시키기 위한 제1 유압 작동식 유닛에만 전달되는 반면, 제2 유압 작동식 유닛은 부하가 가해지지 않으며, 로킹 커플링은 개방되어 있다. 이러한 스위칭 상태에서, 차동 유닛은 개방 차동장치로서 기능을 하고, 즉 출력부들 사이에 어떠한 로킹 효과도 발생되지 않는다. 다른 한 편으로는, 스위칭 밸브의 개방 위치에서, 유압은 행온 커플링을 위한 제1 유압 작동식 유닛과 로킹 커플링을 위한 제2 유압 작동식 유닛에 모두 전달되어, 토크가 1차 구동축으로부터 2차 구동축으로 전달되며, 차동 유닛이 로킹된다.

이러한 실시형태에 있어서, 제1 유압 작동식 유닛과 제2 유압 작동식 유닛에는 동일한 유압이 공급된다. 이에 의해, 행온 커플링의 발생가능한 커플링 모멘트와 로킹 커플링의 발생가능한 커플링 모멘트는 서로에 대해 고정 비율을 포함하고 있다. 이 비율은 서로에 대한 2개의 유압 작동식 유닛의 피스톤면의 비율과, 2개의 커플링의 커플링 판의 기하학적 형상 및 개수에 의해 실질적으로 영향을 받는다. 이에 따라, 펌프를 제어함으로써, 행온 커플링에 전달되는 필요 토크는 자동차의 구동 상태의 함수로서 제어된다. 또한, 만약 차동 유닛의 로킹 기능이 필요하다면, 스위칭 밸브는 개방 위치로 전환된다.

제2 실시형태에 따르면, 각각의 유압 작동식 유닛에 의해 로킹 커플링을 연결시키기 위한 비례 밸브가 제공된다. 바람직하게는 펌프와 제2 유압 작동식 유닛 사이의 연결 채널에 배열되는 비례 밸브는, 유압이 제2 유압 작동식 유닛으로 전달되는 개방 위치와, 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 가변적으로 설정될 수 있다.

이러한 실시형태로 인하여, 행온 커플링에 의해 전달된 토크는 즉, 펌프를 제어함으로써 가변적으로 설정될 수 있고, 로킹 커플링에 의해 전달되는 토크는 즉, 비례 밸브를 각각 제어함으로써 가변적으로 설정될 수 있다. 그 결과, 토크는 필요에 따라 연결가능한 구동축 및 구동축의 개별적인 휠에 분배되어, 차량의 구동 운동과 구동 안정성이 변화하는 운전 조건에서도 항상 보장된다. 로킹 기능이 요구되면, 비례 밸브는 이에 따라 로킹 기능이 제2 유압 작동식 유닛에 의해 적절하게 설정되도록 설정된다. 로킹 커플링을 압축함으로써, 차동 캐리어 또는 차동 케이지라고도 불리우는 차동 유닛의 캐리어 요소는 사이드샤프트 기어(sideshaft gear)에 마찰-로킹 방식으로 연결된다. 이러한 방식으로, 사이드샤프트의 균형 효과(balancing effect)가 억제되는데, 즉 차동 유닛은 로킹된다.

제3 실시형태에 따르면, 유압 조립체는 행온 커플링을 위한 제1 유압 작동식 유닛을 가변적으로 제어하는 제1 비례 밸브와, 로킹 커플링을 위한 제2 유압 작동식 유닛을 가변적으로 제어하는 제2 비례 밸브를 포함하고 있다. 이 문장에서 "가변적으로 제어"라는 것은 각각의 비례 밸브가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 임의 중간 위치를 취하여, 전달되는 각각의 토크가 필요에 따라 정확하게 설정될 수 있다는 것을 의미한다.

이 실시형태는 토크가 행온 커플링에 의해 전달되고, 또한 토크가 이에 따라 연관된 비례 밸브를 제어함으로써 설정된 로킹 커플링에 의해 전달되는 것을 허용한다. 이러한 경우에, 펌프 출력을 변경시킴으로써 제어 조작을 실행할 필요가 없다. 행온 커플링과 로킹 커플링은 서로 완전히 독립적으로 스위칭될 수 있고, 이것은 자동차의 구동 운동을 제어하기 위한 고도의 융통성을 허용한다. 보다 구체적으로, 또한 이 실시형태는 행온 커플링이 개방될 때 로킹 커플링이 폐쇄되는 제어 방법을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 2차 구동축이 로킹되고, 이것은 자동차가 직선으로 구동될 때 안정화 효과를 갖는다.

전술한 모든 실시형태에 적용되는 바람직한 구성에 따르면, 추가의 스위칭 밸브가 제공되는데, 이 스위칭 밸브는 펌프와 압력 센서 사이의 연결 채널에 배열되고, 유압이 제1 유압 작동식 유닛에 전달되는 개방 위치와 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 스위칭될 수 있다. 유리한 방식에 있어서, 상기 스위칭 밸브에 의해 더 구체적으로 더 긴 작동 주기의 경우에 펌프의 에너지 소비가 감소될 수 있다. 폐쇄 상태에서, 유압 라인이 폐쇄되어, 라인 시스템의 유압은 펌프가 작동하지 않는 경우에도 유지될 수 있다. 펌프는 오프 상태로 스위칭될 수 있고, 이것은 연료 소비에 있어서 유리한 효과를 가질 수 있다. 스위칭 밸브의 개방 위치에 있어서, 펌프는 다시 유압 시스템에 연결되고, 제1 및 각각의 제2 유압 작동식 유닛에 부하를 가하기 위한 유압을 발생시킨다.

행온 커플링은 차동 유닛의 입력부와 구동샤프트 사이에 효과적으로 배열되는 것이 바람직하고, 로킹 커플링은 차동 유닛의 출력부 중 하나와 입력부 사이에 효과적으로 배치되는 것이 바람직하다. 컴팩트한 구성을 달성하기 위해, 차동 기어의 반경방향 축을 통해 연장되는 차동 유닛의 중앙 평면을 기준으로 하여, 로킹 커플링과 행온 커플링이 동일한 측에 배열된다면 유리하다. 또한, 패키징의 관점에서 그리고 만족스런 힘의 도입을 달성하기 위해, 제1 유압 작동식 유닛과 제2 유압 작동식 유닛이 로킹 커플링과 행온 커플링 사이에 축방향으로 배열된다면 유리하다. 제1 및 제2 유압 작동식 유닛의 연결부는 이에 따라 서로 밀접하게 배치되어, 짧은 라인 길이를 달성한다.

행온 커플링과 로킹 커플링은 전달될 필요 토크에 따라 구성되고, 로킹 커플링과 행온 커플링이 동일한 유효 마찰 반경을 포함한다면, 컴팩트한 설비 공간이 달성된다. 행온 커플링이 제1 압력판을 거쳐서 제1 유압 작동식 유닛에 의해 부하가 가해질 수 있고, 로킹 커플링은 제2 압력판을 거쳐서 제2 유압 작동식 유닛에 의해 부하가 가해질 수 있으며, 작동 시에 제1 및 제2 압력판이 서로로부터 멀어지도록 부하가 가해지는 것이 제안된다. 행온 커플링과 로킹 커플링은 바람직하게는 하우징내에 수용되고 그 하우징에 대해 축방향으로 지지되며, 이 하우징은 복수의 하우징 부품으로 구성되어, 행온 커플링과 로킹 커플링이 작동될 때에 축방향 힘이 양호하게 지지되고 하우징 내로 만족스럽게 도입되는 것을 보장한다.

바람직한 실시형태에 있어서, 제1 유압 작동식 유닛과 제2 유압 작동식 유닛은 피스톤/실린더 유닛의 형태로 각각 제공된다. 피스톤/실린더 유닛이 구성이 동일하다면, 동일한 구성요소를 갖는 컨셉의 견지에서, 특히 유리한 구성이 달성된다. 피스톤은 바람직하게는 환형 피스톤의 형태로 제공되고, 회전축(A)에 대해 동축관계로 배열된다.

바람직한 실시형태에 따르면, 행온 커플링은 마찰판 커플링의 형태로 제공된고, 여기서 행온 커플링의 제1 판 캐리어는 구동샤프트에 회전 고정 방식으로 적어도 간접적으로 연결되며, 행온 커플링의 제2 판 캐리어는 차동 유닛의 입력부에 회전 고정 방식으로 적어도 간접적으로 연결된다. 행온 커플링을 마찰판 커플링 형태로 제공하면, 전달되는 토크가 제1 유압 작동식 유닛을 제어함으로써 필요에 따라 가변적으로 설정될 수 있고, 마찰판 커플링에 의해, 어떠한 토크도 커플링의 입력부와 출력부 사이에서 전달되지 않는 개방 위치와, 커플링부가 완전히 폐쇄되고 회전축을 중심으로 함께 회전하는 폐쇄 위치 사이의 임의의 소망하는 중간 위치를 달성할 수 있다는 점에서 유리하다.

로킹 커플링은 마찰판 커플링의 형태로 제공되는 것이 바람직하고, 로킹 커플링의 제1 판 캐리어가 차동 유닛의 차동 캐리어에 회전 고정 방식으로 적어도 간접적으로 연결되고, 로킹 커플링의 제2 판 캐리어가 차동 유닛의 사이드샤프트 기어에 적어도 간접적으로 연결된다.

이하에서, 도면을 참고하여 바람직한 실시형태를 설명하겠다.

도 1은 제1 실시형태의 유압 조립체를 가진 본 발명의 구동 조립체를 절반 종단면도로 도시하고 있다.
도 2는 제2 실시형태의 유압 조립체를 가진 본 발명의 구동 조립체를 절반 종단면도로 도시하고 있다.
도 3은 제3 실시형태의 유압 조립체를 가진 본 발명의 구동 조립체를 절반 종단면도로 도시하고 있다.

도 1에는 제1 실시형태의 본 발명의 구동 조립체(2)가 도시되어 있다. 구동 조립체(2)는 차동 유닛(3)과, 필요하다면 토크 흐름에서 구동축 후방에 배열되어 구동축을 연결시킬 수 있는 행온 커플링(4)과, 차동 유닛(3)의 차동 운동을 선택적으로 로킹하기 위한 로킹 커플링(5)과, 행온 커플링(4)을 작동시키기 위한 제1 유압 작동식 유닛(6)과, 로킹 커플링(5)을 작동시키기 위한 제2 유압 작동식 유닛(21)을 포함하고 있다.

구동 조립체는 링 기어(7)를 포함하고 있고, 이 링 기어(7)를 거쳐서 피니언(도시되어 있지 않음)에 의해 토크가 구동 조립체(2)로 도입될 수 있다. 링 기어(7)는 중공형 샤프트의 형태로 제공되고 베어링 수단(9, 9')을 매개로 하여 지지되는 구동샤프트(8)의 플랜지에 견고하게 연결되어, 구동 조립체(2)의 하우징(10)의 회전축(A)을 중심으로 회전가능하다. 차동 유닛(3)을 향하는 그 단부면에서, 중공형 샤프트(8)는 토크 전달 목적으로 행온 커플링(4)의 제1 커플링부(12)의 대응하게 구성된 스플라인과 맞물리는 스플라인(11)을 포함하고 있다. 커플링부(12)는 커플링 케이지(cage)의 형태로 제공되는데, 상기 커플링 케이지는 회전축(A)에 대해 동축관계로 배열되고, 커플링 케이지 내에는 차동 유닛(3)이 배열되어 있다. 행온 커플링(4)은 마찰판 커플링의 형태로 제공되는데, 이 마찰판 커플링은 외측 판이 축방향으로 변위가능한 회전 고정식으로 연결되어 있는 외측판 캐리어와, 내측판이 축방향으로 변위가능한 회전 고정식으로 연결되어 있는 내측판 캐리어를 포함하고 있다. 외측판과 내측판은 축방향으로 교번하여 행온 커플링(4)의 판 패키지(14)를 함께 형성하도록 배열되어 있다. 내측판 캐리어는 커플링 출력부라고도 불리우는 행온 커플링(4)의 제2 커플링부(13)를 형성한다.

제2 커플링부(13)는 차동 유닛(3)의 차동 캐리어(15)에 견고하게 연결되고, 바람직하게는 차동 캐리어와 일체로 제조된다. 차동 캐리어(15)에 있어서, 차동 기어(16)가 저널(17) 상에 회전가능하게 지지되고, 회전축(A)을 중심으로 차동 캐리어(15)와 함께 회전한다. 차동 기어(16)는 회전축(A)에 대해 동축관계로 배열되고, 인접 디스크를 거쳐 차동 캐리어(15)에 대해 축방향으로 지지되는 사이드샤프트 기어(18, 18')와 맞물린다. 사이드샤프트 기어(18, 18')는 각각 종방향 치형부를 가진 보어를 포함하는데, 상기 보어 내로 연관 사이드샤프트(19)가 토크를 전달하기 위해 삽입되고, 상기 보어의 오른쪽 사이드샤프트만이 도시되어 있다. 차동 캐리어(15)는 회전축(A)을 중심으로 하여 회전가능하도록 베어링 수단(23)을 거쳐서 중공형 샤프트(8)에 대해 지지되는 제1 캐리어부(22)와, 사이드샤프트(19)의 대향 단부에서 회전가능하게 지지되고 슬리브 돌출부(25)를 포함하는 제2 캐리어부(24)를 포함하고 있다. 차동 캐리어(15)는 상기 슬리브 돌출부(25)에 의해 로킹 커플링(5)의 입력부에 회전 고정식으로 연결된다.

제1 유압 작동식 유닛(6)은 피스톤/실린더 유닛의 형태로 제공되고, 환형 실린더(27) 내에 축방향으로 변위가능하게 배열된 환형 피스톤(26)을 포함하고 있다. 환형 피스톤(26)과 환형 실린더(27)는 회전축(A)에 대해, 그리고 각각 행온 커플링(4)에 대해 동축관계로 배열된다. 환형 피스톤(26)은 환형 시일(28, 29)에 의해 실린더의 내벽과 외벽에 대해 밀봉된다. 환형 피스톤(26)은 바람직하게 환형 유압 챔버(30)를 구획하는데, 즉 유압이 유압 챔버 내에 발생될 때, 환형 피스톤(26)은 행온 커플링(4)을 향해 축방향으로 부하가 가해진다. 이로 인하여 행온-커플링의 판 패키지(14)가 압축되고, 이에 따라 2차 구동축은 프로펠러 샤프트에 구동가능하게 연결된다. 통로를 거쳐서, 유압 챔버(30)는 유압 조립체(50)의 도관(53)에 연결되도록 기능을 하는 커넥터(31)에 연결된다.

유압 챔버(30)로부터 멀어지는 방향을 향하는 그 단부면에서, 환형 피스톤(26)은 축방향 베어링(33)이 배열되어 있는 리세스를 포함하고 있다. 환형 피스톤(26)은 압력판(34)에 대해 축방향 베어링(33)을 매개로 하여 축방향으로 지지되어 있다. 축방향으로 환형 피스톤(26)을 변위시킴으로써, 압력판(34)은 변위되고, 판 패키지(14)에 축방향으로 부하를 가한다. 이러한 방식으로, 토크가 제1 커플링부(12)로부터 차동 캐리어(15)로 전달된다. 행온 커플링(4)이 완전히 개방된 상태에서, 어떠한 토크도 전달되지 않아서, 중공형 샤프트(8)와 링 기어(7)를 비롯하여 제1 커플링부(12)가 고정되는 한편, 행온 커플링이 완전히 폐쇄된 상태에서는 링 기어(7)로부터 사이드샤프트(19, 19')로 토크가 전달된다. 행온 커플링(4)의 작동 동안에 발생되는 축방향 힘을 지지하기 위해, 하우징(10)의 인접면과 제1 커플링부(12)의 지지면 사이에 축방향으로 배열된 축방향 베어링(37)이 제공된다. 압력판(34)과 제2 커플링부(24) 사이에는, 유압 작동식 유닛(6)의 비작동 상태에서 압력판(34)을 복귀시키는 즉, 유압 챔버(30)를 향해 압력판에 축방향으로 부하를 가하는 복귀 스프링(35)이 배열되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 복귀 스프링이 판 스프링의 형태로 제공되지만, 다른 유형의 스프링 예를 들어 헬리컬 스프링도 생각해 볼 수 있다.

로킹 커플링(5)은 스플라인 연결부(43)를 통해 차동 기어(15)에 회전 고정 방식으로 연결되는 제1 커플링부(42)와, 스플라인 연결부(46)를 통해 사이드샤프트(19)에 회전 고정 방식으로 연결되는 제2 커플링부(44)를 포함하고 있다. 로킹 커플링(5)은 마찰판 커플링의 형태로 제공되고, 제1 커플링부(42)는 내부판이 회전 고정 및 축방향 변위가능한 방식으로 연결되어 있는 내부판 캐리어를 포함하고 있다. 외측판과 내측판은 축방향으로 교번하여 판 패키지(45)를 함께 형성하도록 배열되어 있다. 제1 커플링부(42)은 보다 구체적으로 2개의 슬리브부와 2개의 슬리브부를 연결하는 플랜지부를 포함하고 있다. 종방향 단면이 대략 C자형인 제2 커플링부(44)는 축방향 베어링(47)을 매개로 하여 하우징(10)에 대해 축방향으로 지지된다.

제1 유압 작동식 유닛(6)과 같이, 제2 유압 작동식 유닛(21)은 피스톤/실린더 유닛의 형태로 제공되고, 환형 실린더(27') 내에 축방향으로 변위가능하게 배열된 환형 피스톤(26')을 포함하고 있다. 환형 피스톤(26')과 실린더(27')는 회전축(A)과 로킹 커플링(5)에 대해 동축관계로 배열된다. 환형 피스톤(26')은 환형 시일(28', 29')에 의해 실린더(27')의 내벽 및 외벽에 대해 밀봉되어 있다. 환형 피스톤(26')은 유압 실린더(30')를 구획하는데, 즉 유압이 유압 챔버(30') 내에서 발생될 때, 환형 피스톤(26')이 로킹 커플링(5)을 향해 축방향으로 부하를 가한다. 통로를 거쳐서, 유압 챔버(30')는 유압식 조립체의 도관(57)에 연결되도록 기능을 하는 연결 장치(31')에 연결된다.

유압 챔버(30')로부터 멀어지는 방향을 향하는 그 단부면에서, 환형 피스톤(26')은 축방향 베어링(33')이 배열되어 있는 리세스를 포함하는데, 상기 축방향 베어링을 매개로 하여 환형 피스톤(26')이 압력판(34')에 대해 축방향으로 지지된다. 환형 피스톤(26')을 축방향으로 변위시킴으로써, 압력판(34')은 축방향으로 변위되고, 이 압력판(34')이 판 패키지(36)에 축방향으로 부하를 가한다. 이러한 방식으로, 토크는 차동 캐리어(15)로부터 사이드샤프트(19)에 전달된다. 로킹 커플링(5)이 완전히 개방된 상태에서, 사이드샤프트 기어(18, 18')는 서로에 대해 자유롭게 회전가능하고, 차동 유닛은 소위 개방 차동장치(open differential)로서 기능을 한다. 로킹 커플링(5)이 폐쇄된 상태에서는, 사이드샤프트(19)의 회전 운동은 차동 캐리어의 회전 운동으로 되어, 사이드샤프트 기어(18, 18')와 이에 연결된 사이드샤프트(19) 사이의 보상 운동이 감소된다. 압력판(34')과 제2 커플링부(42) 사이에는, 유압 작동식 유닛(21)의 비작동 상태에서 로킹 커플링(5)이 다시 통기되도록 압력판(34')을 복귀시키는 복귀 스프링(35')이 배열되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 복귀 스프링은 판 스프링의 형태로 제공되고, 헬리컬 스프링과 같은 다른 유형의 스프링도 생각해 볼 수 있다.

제1 및 제2 유압 작동식 유닛(6, 21)은 2개의 커플링(4, 5) 사이에 하우징(10) 내에 축방향으로 배열되어 있다. 환형 하우징부(38)가 2개의 유압 챔버(30, 30') 사이에서 분리 웨브를 형성한다. 2개의 유압 작동식 유닛(6, 21)이 서로 직접 접합되도록 배열되기 때문에, 유리하게도 유압식 조립체의 짧은 라인 경로가 달성된다.

이하에서, 구동 조립체(2)의 유압식 조립체(50)에 대한 더 자세한 설명이 뒤따르게 될 것이다. 유압식 조립체(50)는 저장소(52)로부터 유압 유체를 이송할 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 유압 작동식 유닛(6, 21)을 작동시키기 위한 유압을 발생시킬 수 있는 펌프(51)를 포함하고 있다.

펌프(51)를 제1 유압 작동식 유닛(6)과 각각 제2 유압 작동식 유닛(21)에 연결시키는 도관(53)에는, 압력 센서(54)가 제공되는데, 상기 압력 센서는 라인(53)의 압력을 기록하고, 자동차의 구동 운동을 제어하는 전자 제어 유닛에 입력값으로서의 신호를 전송한다. 펌프(51)는 바람직하게는 전기 모터(55)에 의해 제어되고, 이어서이 전기 모터는 전자 제어 유닛에 의해 제어된다. 펌프(51)에 의해 발생된 유압은 전기 모터(55)의 출력에 의해 설정되어, 선택적으로 연결가능한 2차 구동축에 전달되는 필요한 토크가 자동차의 구동 상태의 함수로서 설정될 수 있다.

또한, 유압식 조립체(50)는 각각의 유압 작동식 유닛(21)에 로킹 커플링(5)을 연결시키는 기능을 하는 스위칭 밸브(56)를 포함하고 있다. 연결 채널(57) 내에 배열되어 있는 스위칭 밸브(56)는 유압이 유압 작동식 유닛(21)에 전달되는 개방 위치와, 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치로 스위칭될 수 있다. 폐쇄 위치에서, 유압은 펌프(51)로부터 제1 유압 작동식 유닛으로만 전달되는 한편, 제2 유압 작동식 유닛(21)에는 부하가 가해지지 않는다. 이러한 스위칭 상태에서, 로킹 커플링(5)은 차동 유닛(3)이 개방 차동장치로서 기능을 하고, 사이드샤프트 기어(18, 18')들 사이에서 어떠한 로킹 효과도 발생하지 않도록 개방된다. 스위칭 밸브(56)의 개방 상태에서, 유압은 제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21) 양자 모두에 전달되어, 1차 구동축으로부터 2차 구동축으로 토크가 전달되며, 또한 차동 유닛(3)은 로킹된다.

선택적으로, 유압식 조립체(50)는 본 실시예에서 점선으로 도시되어 있는 라인(53)에 배열되어 있는 제2 스위칭 밸브(58)를 포함할 수 있다. 스위칭 밸브(58)는 유압이 제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21)에 전달되는 개방 위치와, 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 스위칭될 수 있다. 폐쇄 위치에서, 라인 시스템의 유압이 작동 펌프(51) 없이도 유지되도록 유압 라인(53)이 폐쇄된다. 전기 모터(55)와 이에 따라 펌프(51)가 오프 상태로 스위칭될 수 있고, 이것은 에너지 소비에 있어서 유리한 효과를 갖는다. 이것은 특히 더 긴 작동 주기의 행온 커플링(4) 및 로킹 커플링(5)의 경우에 유리하다. 스위칭 밸브(58)의 개방 위치에서, 펌프(51)는 다시 유압 시스템에 연결되고, 제1 및 제2 유압 작동식 유닛(6, 21)을 작동시키기 위한 유압을 발생시킨다.

본 실시형태에 있어서, 제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21)은 펌프(51)로부터의 동일한 유압에 의해 부하가 가해지고, 행온 커플링(4)의 발생가능한 커플링 모멘트와 로킹 커플링의 발생가능한 커플링 모멘트는 서로에 대해 고정된 비율이다. 이에 따라, 펌프(51)를 제어함으로써, 행온 커플링(4)에 의해 전달되는 토크는 필요에 따라 자동차의 구동 상태의 함수로서 제어된다. 만약, 추가로 차동장치(3)의 로킹 함수가 필요하다면, 스위칭 밸브(56)가 개방 위치로 이동된다.

도 2에는 도 1에 도시되어 있는 것에 대략 대응하는 제2 실시형태의 본 발명의 구동 조립체(2)가 도시되어 있다. 이러한 범위에서, 공통 특징이 연관되는 한, 동일한 구성부품 또는 동일한 도면 부호를 가진 서로 대응하는 구성부품에 대해서는 전술한 설명을 참조하라.

본 발명의 특유한 특징은 유압 작동식 유닛(21)에 의해 로킹 커플링(5)을 작동시키기 위해서, 비례 밸브(proportional valve)(59)가 제공된다. 펌프(51)와 연결 장치(31) 사이의 연결 채널에 배열된 비례 밸브(59)는, 유압이 제2 유압 작동식 유닛(21)으로 이송되는 개방 위치와, 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 가변적으로 설정가능하다. 비례 밸브(59)와 저장소(52) 사이에는 점선으로 도시되어 있는 복귀 라인(60)이 제공된다.

이 실시형태는 행온 커플링(4)에 의해 전달되고 이에 따라 펌프(51)를 제어함으로써 가변적으로 설정가능한 토크에 추가하여, 로킹 커플링(5)에 의해 전달되는 토크도 이에 따라 비례 밸브(59)를 제어함으로써 가변적으로 설정가능하다. 이것은 토크가 필요에 따라 연결가능한 구동축에 분배될 수 있고, 사이드샤프트의 보상 운동이 필요에 따라 감소될 수 있으며, 이에 따라 자동차의 구동 운동이 정밀하게 제어될 수 있다는 것을 의미한다. 제1 실시형태의 경우에서와 같이, 행온 커플링(4)과 로킹 커플링(5)을 작동시키기 위해 오직 하나의 단일 펌프를 필요요로 하는 이점이 달성된다.

도 3에는 도 2에 도시되어 있는 것에 대략 대응하는 제3 실시형태의 본 발명에 따른 구동 조립체(2)가 도시되어 있다. 이러한 범위에서, 공통 특징이 연관되는 한, 동일한 구성부품 또는 동일한 도면 부호를 가진 서로 대응하는 구성부품에 대해서는 전술한 설명을 참조하라.

본 실시형태는 유압식 조립체(50)가 제1 유압 작동식 유닛(6)에 전달되는 유압을 제어하기 위한 제1 비례 밸브(39)와, 제2 유압 작동식 유닛(21)에 전달되는 유압을 제어하기 위한 제2 비례 밸브(59)를 포함하고 있다는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 목적으로, 비례 밸브(39)는 펌프(51)와 제1 유압 작동식 유닛(6) 사이의 연결 채널(53)에 배열되어 있고, 구동 운동을 위한 전자 제어 유닛에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 제1 비례 밸브(39)와 저장소(52) 사이에는, 점선으로 도시되어 있는 복귀 도관(40)이 제공된다. 제2 비례 밸브(59)는 펌프(51)와 제2 유압 작동식 유닛(21) 사이의 연결 라인(57)에 배열되고, 또한 구동 운동을 위한 전자 제어 유닛에 의해 개별적으로 제어된다.

본 실시형태의 도움으로, 행온 커플링과 로킹 커플링은 서로 완전히 독립적으로 작동될 수 있고, 이로 인하여 자동차의 구동 운동의 제어에 대해 최대한의 융통성이 가능해진다. 더 구체적으로, 이 실시형태는 행온 커플링이 개방되고 로킹 커플링이 폐쇄되는 경우에 소정 형태의 제어를 허용한다. 이러한 방식으로, 2차 구동축이 로킹되고, 이것은 직선의 차량 구동에 안정화 효과를 갖는다.

전술한 본 발명의 실시형태는 특히 컴팩트한 구성을 갖는 이점을 제공한다. 서로 축방향으로 직접 접합되는 방식으로 제1 및 제2 유압 작동식 유닛(6, 21)을 배열함으로써, 유압식 조립체(50)의 도관이 특히 짧을 수 있다. 또한, 이것은 차량의 반응 거동, 즉 차량(2)의 설정 속도 및 설정 정확도에 특히 유리한 효과를 갖는다. 또한, 짧은 도관은 유압 시스템(50)이 온도 변동에 실질적인 영향을 주는 것을 보장하고, 이것은 유리하게도 설정 정확도에 영향을 준다. 추가의 실질적인 이점은 구동 조립체(2)가 오직 하나의 펌프(51)가 필요한 상태에서, 차동 유닛(3)을 로킹하고 선택적으로 하나의 구동라인에서 발생되도록 2차 구동축을 연결하는 조작을 허용한다는 것이다. 행온 커플링(4)과 로킹 커플링(5)을 비롯한 관련 유압 작동식 유닛을 차동 유닛(3)에 그리고 차동 유닛(3)에 대해 동축관계로 배열함으로써, 로킹 기능과 증가하는 에너지 효율을 위한 각도 구동부의 연결 해제가 컴팩트하고 비용 효율적인 형태로 조합될 수 있다.

2 : 구동 조립체 3 : 차동 유닛
4 : 행온 커플링 5 : 로킹 커플링
6 : 제1 작동 유닛 7 : 링 기어
8 : 중공형 샤프트 9 : 베어링 수단
10 : 하우징 11 : 종방향 치형부
12: 제1 커플링부 13 : 제2 커플링부
14 : 판 패키지 15 : 차동 캐리어
16 : 차동 기어 17 : 저널
18 : 사이드샤프트 기어 19 : 사이드샤프트
21 : 제2 작동부 22 : 제1 캐리어부
23 : 베어링 수단 24 : 제2 캐리어부
25 : 슬리브 돌출부 26, 26' : 환형 피스톤
27, 27' : 실린더 28, 28' : 환형 시일
29, 29' : 환형 시일 31, 31' : 연결 장치
32 : 케이지 33 : 축방향 베어링
34 : 압력판 35 : 복귀 스프링
37 : 축방향 베어링 38 : 하우징부
39 : 비례 밸브 40 : 복귀 라인
42 : 제1 커플링부 43 : 종방향 치형부
44 : 제2 커플링부 45 : 판 패키지
46 : 종방향 치형부 47 : 축방향 베어링
50 : 유압식 조립체 51 : 펌프
53 : 도관 54 : 압력 센서
55 : 전기 모터 56 : 스위칭 밸브
57 : 연결 채널 58 : 스위칭 밸브
59 : 비례 밸브 60 : 복귀 도관
A : 회전축

Claims

복수 개의 축에 의해 구동되는 자동차용 구동 조립체이며,
구동샤프트(8)에 의해 회전축(A)을 중심으로 회전가능하게 구동될 수 있는 입력부(15)와, 입력부(15)에 구동가능하게 연결되는 2개의 출력부(18, 18')를 구비하는 차동 유닛(3)으로서 2개의 출력부(18, 18')는 서로에 대해 차동 효과(differential effect)를 갖는, 차동 유닛(3)과,
차동 유닛(3)의 입력부(15)와 구동샤프트(8) 사이에 배열되고, 차동 유닛(3)과 구동샤프트(8)를 구동가능하게 연결하는 기능을 하는 외부에서 제어가능한 행온 커플링(4)과,
차동 유닛(3)의 2개의 출력부(18, 18') 사이의 차동 운동을 로킹하기 위한 외부에서 제어가능한 로킹 커플링(5)과,
행온 커플링(4)을 작동시키기 위한 제1 유압 작동식 유닛(6)과,
로킹 커플링(5)을 작동시키기 위한 제2 유압 작동식 유닛(21)을 포함하고,
제1 유압 작동식 유닛(6)과, 행온 커플링(4)과, 제2 유압 작동식 유닛(21)과, 로킹 커플링(5)은 회전축(A)에 대해 동축관계로 배열되는
자동차용 구동 조립체.
제1항에 있어서,
제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21)에는 동일한 양의 유압이 공급되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
압력을 발생시키기 위해 제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21)에 유압식으로 연결되는 유압 펌프(51)가 제공되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제3항에 있어서,
펌프(51)를 구동하기 위한 전기 모터(55)가 제공되고, 유압의 수준은 전기 모터(55)의 회전 속도에 의해 가변적으로 설정가능한 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
행온 커플링(4)의 발생가능한 커플링 모멘트와 로킹 커플링(5)의 발생가능한 커플링 모멘트는 서로에 대해 고정 비율을 갖는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프(51)와 제2 유압 작동식 유닛(21) 사이의 연결 채널(57)에는, 유압이 제2 유압 작동식 유닛(21)으로 전달되는 개방 위치와 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 스위칭 가능한 스위칭 밸브(56)가 제공되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프(51)와 제2 유압 작동식 유닛(21) 사이의 연결 채널(57)에는, 유압이 제2 유압 작동식 유닛(21)으로 전달되는 개방 위치와 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 가변적으로 설정가능한 비례 밸브(59)가 제공되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프(51)와 제1 유압 작동식 유닛(6) 사이의 연결 채널(53)에는, 유압이 제1 유압 작동식 유닛(6)에 전달되는 개방 위치와 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 가변적으로 설정가능한 비례 밸브(39)가 제공되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프(51)와 제1 유압 작동식 유닛(6) 사이의 연결 채널(53)에 추가의 스위칭 밸브(58)가 배열되고, 이 스위칭 밸브는 유압이 제1 유압 작동식 유닛(6)으로 전달되는 개방 위치와, 유압 공급이 중단되는 폐쇄 위치 사이에서 스위칭 가능한 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
행온 커플링(4)은 차동 유닛(3)의 입력부(15)와 구동샤프트(8) 사이에 효율적이 되도록 배열되고, 로킹 커플링(5)은 차동 유닛(3)의 출력부(18, 18') 중 하나와 입력부(15) 사이에서 효율적이 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
행온 커플링(4)은 마찰판 커플링의 형태로 제공되고, 행온 커플링(4)의 제1 판 캐리어가 구동샤프트(8)에 회전 고정 방식으로 연결되고, 행온 커플링(4)의 제2 판 캐리어가 차동 유닛(3)의 입력부(15)에 회전 고정 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
차동 유닛(3)의 중앙 평면을 기준으로 하여, 로킹 커플링(5)과 행온 커플링(4)은 동일 측에 배열되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21)은 로킹 커플링(5)과 행온 커플링(4) 사이에서 축방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
로킹 커플링(5)과 행온 커플링(4)은 대략 동일한 유효 마찰 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
행온 커플링(4)은 제1 압력판(34)을 거쳐서 제1 유압 작동식 유닛(6)에 의해 부하가 가해질 수 있고, 로킹 커플링(5)은 제2 압력판(34')을 거쳐서 제2 유압 작동식 유닛(21)에 의해 부하가 가해질 수 있으며, 작동 시에 제1 및 제2 압력판(34, 34')은 서로 멀어지도록 부하가 가해지는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
행온 커플링(4) 및 로킹 커플링(5)은 하우징(10) 내에 수용되고, 각각 하우징에 대해 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 유압 작동식 유닛(6)과 제2 유압 작동식 유닛(21)은 피스톤/실린더 유닛의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는
자동차용 구동 조립체.