WO2005080116A2 - Antriebsstrang eines allradgetriebenen fahrzeuges - Google Patents

Antriebsstrang eines allradgetriebenen fahrzeuges Download PDF

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    • B60K17/344—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear

Definitions

  • the invention relates to a drive train of a four-wheel drive vehicle, consisting of a transfer case connected to the engine gearbox block, a driven front axle and a driven rear axle, the drive shafts leading from the transfer case to the axles, and a control unit, the torque measured by the drive shafts being determined by variable application of friction clutches is adjustable.
  • Such a drive train is known for example from US 4,709,775.
  • the transfer case connected to the engine transmission block contains two friction clutches, one in the path to the drive shaft of the front axle and one in the path to the drive shaft of the rear axle.
  • Transfer cases of this type are bulky, expensive and complicated assemblies. Above all, the considerable space requirement following the gearbox, where it is scarce, is very annoying.
  • a drive train for four-wheel drive vehicles with two or even four clutch units which measure a controllable torque for each axle or each individual wheel.
  • Each clutch unit consists of a controllable fluid friction clutch and a friction clutch that can be disengaged and engaged, that is to say not controllable, for bridging the former.
  • the construction effort and space requirements as well as the control problems of this solution are prohibitive.
  • the detour via the controllable fluid friction clutch means that precise and fast control is not possible at all.
  • a drive train with a transfer case is known from US Pat. No. 5,119,298 which rigidly drives through to the rear axle and branches off the torque for the front axle by means of a friction clutch.
  • This drive train belongs to the older generation of drive trains, which do not allow a variation in the torque distribution between 0 and 100%, but shows the construction of a transfer case that is common in such drive trains. It is therefore the aim of the invention to propose a drive train which allows the torque distribution to be varied between 0 and 100% with a simple and space-saving design and at low cost, and that quickly and precisely.
  • the transfer case has a through-drive shaft which is drive-connected on the one hand to the motor gear block and on the other hand to the drive shaft leading to the rear axle, which drive shaft via a coaxial friction clutch determining the torque assigned to the front axle and an offset drive with the is connected to the drive shaft leading to the front axle, and a further controllable drive unit with a friction clutch is provided on the rear axle, which regulates the torque assigned to the rear axle.
  • a conventional transfer case can be used as a transfer case, as it is used in older generation drive trains, without the torque distribution, which is variable between 0 and 100 percent.
  • the further adjustable drive unit with a friction clutch on the rear axle can be of any type and type of actuation, it is easy to accommodate in the vicinity of the rear axle differential. In addition, a better axle load distribution is also obtained.
  • the actuators of the two friction clutches are preferably of the same type and are controlled by a common control unit (control saying 2). Similar actuators respond to similar control signals. This means that a single control unit that controls both clutches simultaneously is sufficient.
  • the further friction clutch is drive-connected on the one hand to the first drive shaft and on the other hand to the differential of the rear axle and is accommodated in a housing blocked with the housing of the differential (claim 3).
  • the couplings can be designed in such a way that the transfer case and the drive unit have a number of identical parts (claim 4). These can be mechanical parts of the coupling, the actuators, and housing parts if the joints are set accordingly. It is also within the scope of the invention to provide a parking lock downstream of the friction clutch in the transfer case or in the drive unit with the further friction clutch in the direction of force flow (claim 5). This is considered necessary as a safety measure in drive trains without being connected to the road. That is why it is also downstream. To accommodate them particularly well here or there in a drive train according to the invention.
  • FIG. 1 shows a diagram of a drive train according to the invention
  • FIG. 2 details A and B are enlarged and somewhat more in detail.
  • Fig. 1 an all-wheel drive motor vehicle is reduced to its drive train.
  • An engine transmission block 1 is connected to a transfer case 2. From this leads a first drive shaft 3 to the rear axle 4 and a second drive shaft 5 to the front axle 6.
  • the first drive shaft 3 leads to a drive unit 7, to which a rear axle drive 8 with rear wheel differential for driving the wheels of the rear axle 4 connects.
  • the second drive shaft 5 leads into a front axle drive unit 9 with a front axle differential.
  • the transfer case 2 and the drive unit 7 contain controllable clutches (see FIG. 2), each of which can be actuated by means of a first actuator 11 and a second actuator 12.
  • Position sensors 13, 14 are attached to the actuators 11, 12. These generate position signals for a common control unit 15, which controls the actuators 11, 12.
  • the control unit 15 is connected via a CAN bus 16 to, among other things, an ABS control unit 17 or another electronic brake or driving stability control.
  • the transfer case 2 and the drive unit 7 are depicted in somewhat more detail, although bearings and details not essential to the invention are omitted.
  • the first drive shaft 3 and the second drive shaft 5 are shown here torn off and connected to the transfer case 2 or the drive unit 7 via universal joints 3 ′, 5 ′ or the like.
  • the transfer case 2 is accommodated in a housing 20 connected to the engine transmission block 1 by means of a flange 21.
  • a first clutch 23 is arranged on a drive shaft 22 and is a friction clutch having inner and outer plates. It also consists of a non-rotatably connected drive shaft 22 Clutch bell 24 on the primary side and from an inner clutch part 25 on the secondary side, which here is a hollow shaft mounted on the drive shaft 22.
  • the hollow shaft is non-rotatably connected or in one piece to a first sprocket 26, which drives a second sprocket 28 via a chain 27 or the like, which is non-rotatably connected to the second drive shaft 5.
  • the chain wheels 26, 28 and the chain 27 form an offset drive, which could just as well be formed by gear wheels or other transmission means.
  • the clutch 23 is actuated by the actuator 11, for example via scissor levers 32 and ramp rings 31.
  • the drive unit 7 is accommodated in a housing 40, which is integrally or fixedly connected to a housing 41 of the rear axle drive 8.
  • the first drive shaft 3 merges here at the universal joint 3 ′ into an input shaft 42, which leads to a second clutch 43, which is also a friction clutch with inner and outer plates. It also consists of a clutch bell 44 connected in a rotationally fixed manner to the input shaft 42 and an inner clutch part 45, which at the same time forms the shaft for a pinion 46, which acts on the rear axle differential 48 via a ring gear 47.
  • This clutch is actuated in a controlled manner by the second actuator 12 via a lever 52 and ramp rings 51.
  • the two controllable friction clutches 23, 43 are identical in construction, apart from the difference between the clutch inner part 25 of the first clutch 23 and the clutch inner part 45 of the second clutch 43, which forms the pinion shaft , Likewise, the actuators 11, 12 and the levers 32, 52 and the ramp rings 31, 51 are identical components. All in all, by dividing the function of a complicated and bulky structural unit specially developed for "torque vectoring" into two simple and largely conventional units arranged separately from each other, a simple yet full-fledged solution is created. It is essential because of the largely conventional partial units that can be mass-produced cheaper and more economical.

Abstract

Der Antriebsstrang eines allradgetriebenen Fahrzeuges besteht aus einem an den Motor-Getriebeblock (1) anschliessenden Verteilergetriebe (2), einer angetriebenen Vorderachse (6) und einer angetriebenen Hinterachse (4), den Anriebswellen (3, 5), und einem Steuergerät (15). Um die Drehmomentverteilung zwischen den Achsen (4, 6) zwischen 0 und 100% variieren zu können a) hat das Veteilergetriebe (2) eine Durchtriebswelle (22), die einerseits mit dem Motor-Getriebeblock (1) und andererseits mit der zur Hinterachse (4) führenden Antriebswelle (3) antriebsverbunden ist, welche Durchtriebswelle (22) über eine das der Vorderachse (6) zugemessene Drehmoment bestimmende erste Reibungskupplung (23) und einen Versatztrieb (26, 27, 28) mit der zur Vorderachse (6) führenden Antriebswelle (5) antriebsverbunden ist, und b) ist an der Hinterachse (4) eine weitere regelbare Triebeinheit (7) mit einer zweiten Reibungskupplung (43) vorgesehen ist, mittels welcher das der Hinterachse (4) zugemessene Drehmoment steuerbar ist.

Description

ANTRIEBSSTRANG EINES ALLRADGETRIEBENEN FAHRZEUGES
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines allradgetriebenen Fahrzeuges, bestehend aus einem an den Motor-Getriebeblock anschließenden Verteilergetriebe, einer angetriebenen Vorderachse und einer angetriebenen Hinterachse, den vom Verteilergetriebe zu den Achsen fuhrenden Antriebs- wellen, und einem Steuergerät, wobei das den Antriebswellen zugemessene Drehmoment durch variable Beaufschlagung von Reibungskupplungen regelbar ist.
In zur Zeit gängigen Antriebssträngen von Allradfahrzeugen wird nur das für den Antrieb der Vorderachse abgezweigte Moment mittels einer Reibungskupplung gesteuert. Bei Allradfahrzeugen der neuesten Generation aber soll das beiden Achsen zugemessene Moment über den gesamten Bereich von 0 bis 100 Prozent steuerbar sein. Auf diese Weise kann das der Vorderachse zugemessene Drehmoment nicht nur in einem Bereich von Null bis zu einem durch die Auslegung und Bauweise festgelegten Anteil, der um die 50 % liegt, geregelt werden, sondern von 0 bis 100 %, also von reinem Hinterradantrieb bis zu reinem Vorderradantrieb. Damit kann Allradantrieb über den Geländebetrieb hinaus auch für die schnelle Straßenfahrt allen fahrdynamischen- und Sicherheitsanforderungen genügen. Dazu gehört auch die Kompatibilität mit elektronischen Systemen, die auf die Bremsen des Fahrzeuges wirken. Dafür hat sich in der Fachwelt die Bezeichnung „Torque Vectoring" eingebürgert.
Ein derartiger Antriebsstrang ist etwa aus der US 4,709,775 bekannt. Bei diesem enthält das an den Motor-Getriebeblock anschließende Verteilergetriebe zwei Reibungskupplungen, eine im Pfad zur Antriebswelle der Vorderachse und eine im Pfad zur Antriebswelle der Hinterachse. Derartige Verteilergetriebe sind sperrige, teure und komplizierte Baugruppen. Vor allem der erhebliche Bedarf an Bauraum ist im Anschluss an das Getriebe, wo er jedenfalls knapp ist, sehr störend.
Aus der DE 38 14 435 ist ein Antriebsstrang für Allradfahrzeuge mit zwei oder gar vier Kupplungseinheiten bekannt, die jeder Achse beziehungsweise jedem einzelnen Rad ein regelbares Drehmoment zumessen. Jede Kupp- lungseinheit besteht aus einer steuerbaren Flüssigkeitsreibungskupplung und einer aus- und einrückbaren, also nicht steuerbaren Reibungskupplung zur Überbrückung ersterer. Der Bauaufwand und Raumbedarf sowie die Regelungsprobleme dieser Lösung sind prohibitiv. Durch den Umweg über die steuerbaren Flüssigkeitsreibungskupplung ist eine genaue und schnelle Steuerung auch gar nicht möglich.
Aus der US 5,119,298 ist ein Antriebsstrang mit einem Verteilergetriebe bekannt, welches zur Hinterachse starr durchtreibt und mittels einer Reibungskupplung das Moment für die Vorderachse abzweigt. Dieser An- triebsstrang gehört der älteren Generation von Antriebssträngen an, die keine Variation der Momentenverteilung zwischen 0 und 100 % erlauben, zeigt aber die Bauweise eines in solchen Antriebssträngen üblichen Verteilergetriebes. Es ist daher Ziel der Erfindung, einen Antriebsstrang vorzuschlagen, der bei einfacher und raumsparender Bauweise und niederen Kosten die Variation der Drehmomentverteilung zwischen 0 und 100 % erlaubt, und das schnell und genau.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass das Verteilergetriebe eine Durchtriebswelle hat, die einerseits mit dem Motor-Getriebeblock und andererseits mit der zur Hinterachse führenden Antriebswelle antriebsverbunden ist, welche Durchtriebswelle über eine koaxiale, das der Vorderachse zugemessene Drehmoment bestimmende, Reibungskupplung und einen Versatztrieb mit der zur Vorderachse führenden Antriebswelle antriebsverbunden ist, und an der Hinterachse eine weitere regelbare Triebeinheit mit einer Reibungskupplung vorgesehen ist, welche das der Hinterachse zugemessene Drehmoment regelt.
So kann als Verteilergetriebe ein gewöhnliches Verteilergetriebe eingesetzt werden, wie es in Antriebssträngen der älteren Generation, ohne die zwischen 0 und 100 Prozent variable Drehmomentverteilung eingesetzt ist. Dadurch handelt es sich um erprobte und durch die hohe Stückzahl billige Antriebskomponenten, die in Fahrzeuglängsrichtung und nach oben nur wenig Bauraum in Anspruch nehmen. Die weitere regelbare Triebeinheit mit einer Reibungskupplung an der Hinterachse kann von beliebiger Bauart und Betätigungsart sein, sie ist in der Nähe des Hinterachsdifferentiales leicht unterzubringen. Nebstbei wird dadurch auch eine bessere Achslast- Verteilung gewonnen.
Vorzugsweise sind die Aktuatoren der beiden Reibungskupplungen gleichartig und werden von einem gemeinsamen Steuergerät aus angesteuert (An- spruch 2). Gleichartige Aktuatoren sprechen auf gleichartige Steuersignale an. Dadurch genügt ein einziges Steuergerät, das beide Kupplungen gleichzeitig ansteuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die weitere Reibungskupplung einerseits mit der ersten Antriebswelle und andererseits mit dem Differential der Hinterachse antriebsverbunden und in einem mit dem Gehäuse des Differentiales verblockten Gehäuse untergebracht (Anspruch 3). Die Bauliche Vereinigung in einem Gehäusekomplex bringt weitere Raumökonomie und Kostensenkung durch gemeinsame Nutzung von Lagern und Schmiervorrichtungen.
In Weiterbildung der Erfindung und unter Ausnutzung der durch sie eröffneten Möglichkeiten können die Kupplungen so gestaltet sein, dass das Verteilergetriebe und die Triebeinheit eine Reihe von Gleichteilen aufwei- sen (Anspruch 4). Das können mechanische Teile der Kupplung, die Aktuatoren, und bei entsprechend gelegten Trennfugen auch Gehäuseteile sein. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, im Verteilergetriebe oder in der Triebeinheit mit der weiteren Reibungskupplung in Kraftflussrichtung stromabwärts der Reibungskupplung eine Parksperre vorzusehen (An- Spruch 5). Eine solche wird in Antriebssträngen ohne zwangsweise Verbindung mit der Straße als Sicherheitsmaßnahme für nötig erachtet. Deshalb liegt sie auch stromabwärts. Sie in einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang hier oder dort besonders schön unterzubringen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 : Ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges, Fig. 2: Details A und B vergrößert und etwas mehr im Detail. In Fig. 1 ist ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug auf seinen Antriebsstrang reduziert. Ein Motorgetriebeblock 1 ist mit einem Verteilergetriebe 2 verbunden. Aus diesem führt eine erste Antriebswelle 3 zur Hinterachse 4 und eine zweite Antriebswelle 5 zur Vorderachse 6. Die erste Antriebswelle 3 führt in eine Triebeinheit 7, an die ein Hinterachsantrieb 8 mit Hinterrad- differenzial zum Antrieb der Räder der Hinterachse 4 anschließt. Die zweite Antriebswelle 5 führt in eine Vorderachsantriebseinheit 9 mit Vorderachsdifferential.
Das Verteilergetriebe 2 und die Triebeinheit 7 enthalten steuerbare Kupplungen (siehe Fig.2) die jeweils mittels eines ersten Aktuators 11 und eines zweiten Aktuators 12 betätigbar sind. An den Aktuatoren 11, 12 sind Positionssensoren 13,14 angebracht. Diese erzeugen Positionssignale für ein gemeinsames Steuergerät 15, das die Aktuatoren 11, 12 ansteuert. Das Steuergerät 15 ist über einen CAN-Bus 16 unter anderem mit einem ABS- Steuergerät 17 oder einer anderen elektronischen Brems- oder Fahrstabili- tätssteuerung verbunden.
In Fig. 2 ist das Verteilergetriebe 2 und die Triebeinheit 7 etwas genauer abgebildet, wobei allerdings Lager und nicht erfindungswesentliche Details weggelassen sind. Die erste Antriebswelle 3 und die zweite Antriebswelle 5 sind hier abgerissen dargestellt und über Kreuzgelenke 3 ',5' oder dergleichen mit dem Verteilergetriebe 2 beziehungsweise der Triebeinheit 7 verbunden. Das Verteilergetriebe 2 ist in einem mittels eines Flansches 21 mit dem Motorgetriebeblock 1 verbundenen Gehäuse 20 untergebracht. Auf einer Durchtriebswelle 22 ist eine erste Kupplung 23 angeordnet, welche eine Innen- und Aussenlamellen aufweisende Reibungskupplung ist. Sie besteht weiters aus einer mit der Durchtriebswelle 22 drehfest verbundenen Kupplungsglocke 24 auf der Primärseite und aus einem Kupplungsinnenteil 25 auf der Sekundärseite, der hier eine auf der Durchtriebswelle 22 gelagerte Hohlwelle ist. Die Hohlwelle ist mit einem ersten Kettenrad 26 drehfest verbunden oder einstückig, welches über eine Kette 27 oder dergleichen ein zweites Kettenrad 28 antreibt, welches drehfest mit der zweiten Antriebswelle 5 verbunden ist. Die Kettenräder 26, 28 und die Kette 27 bilden einen Versatztrieb, der ebenso gut nur von Zahnrädern oder anderen Übertragungsmitteln gebildet sein könnte. Die Kupplung 23 wird von dem Aktuator 11 beispielsweise über Scherenhebel 32 und Rampenringe 31 betätigt.
Die Triebeinheit 7 ist in einem Gehäuse 40 untergebracht, welches mit einem Gehäuse 41 des Hinterachsantriebes 8 einstückig oder fest verbunden ist. Die erste Antriebswelle 3 geht hier beim Kreuzgelenk 3 ' in eine Eingangswelle 42 über, die zu einer zweiten Kupplung 43 führt, die auch wie- der eine Reibungskupplung mit Innen- und Außenlamellen ist. Sie besteht weiters aus einer mit der Eingangswelle 42 drehfest verbundenen Kupplungsglocke 44 und einem Kupplungsinnenteil 45, welcher gleichzeitig die Welle für ein Ritzel 46 bildet, das über ein Tellerrad 47 auf das Hinterachsdifferential 48 wirkt. Gesteuert betätigt wird diese Kupplung vom zweiten Aktuator 12 über einen Hebel 52 und Rampenringe 51.
In Fig. 2 ist auch zu erkennen, dass die beiden steuerbaren Reibungskupplungen 23, 43 baugleich sind, wenn man von dem Unterschied zwischen dem Kupplungsinnenteil 25 der ersten Kupplung 23 und dem Kupplungs- innenteil 45 der zweiten Kupplung 43, welcher die Ritzelwelle bildet, absieht. Ebenso sind die Aktuatoren 11,12 und die Hebel 32, 52 sowie die Rampenringe 31, 51 identische Bauteile. Insgesamt wird durch die Aufteilung der Funktion einer komplizierten und sperrigen eigens für „Torque Vectoring" entwickelten Baueinheit auf zwei getrennt voneinander angeordnete einfache und weitgehend konventionelle Einheiten eine einfache und trotzdem vollwertige Lösung geschaffen. Sie ist wegen der in Großserie herstellbaren weitgehend konventionellen Teil- einheiten wesentlich billiger und raumökonomischer.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Antriebsstrang eines allradgetriebenen Fahrzeuges, bestehend aus einem an den Motor-Getriebeblock (1) anschließenden Verteilergetriebe (2), einer angetriebenen Vorderachse (6) und einer angetriebenen Hinterachse (4), den vom Verteilergetriebe (2) zu den Achsen (4,6) führenden Antriebswellen (3,5), und einem Steuergerät (15), wobei das den Antriebswellen zugemessene Drehmoment durch variable Beaufschlagung von Reibungskupplungen regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Verteilergetriebe (2) eine Durchtriebswelle (22) hat, die einerseits mit dem Motor-Getriebeblock (1) und andererseits mit der zur Hinterachse
(4) führenden Antriebswelle (3) antriebsverbunden ist, welche Durchtriebswelle (22) über eine das der Vorderachse (6) zugemessene Drehmoment bestimmende erste Reibungskupplung (23) und einen Versatztrieb (26,27,28) mit der zur Vorderachse (6) führenden Antriebswelle (5) an- triebs verbunden ist,
b) und dass an der Hinterachse (4) eine weitere regelbare Triebeinheit (7) mit einer zweiten Reibungskupplung (43) vorgesehen ist, mittels welcher das der Hinterachse (4) zugemessene Drehmoment steuerbar ist.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (11,12) der beiden Reibungskupplungen (23,43) gleichartig sind und von einem gemeinsamen Steuergerät (15) aus angesteuert werden.
3. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Reibungskupplung (43) einerseits mit der ersten Antriebswelle (3) und andererseits mit dem Differential (48) der Hinterachse (4) antriebsverbunden und in einem mit dem Gehäuse (41) des Differentiales (48) verblockten Gehäuse (40) untergebracht ist.
4. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (2) und die Triebeinheit (7) eine Reihe von Gleichteilen (11,12; 24,44;31,51; 32,52) aufweisen.
5. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verteilergetriebe (2) oder in der Triebeinheit (7) mit der weiteren Reibungskupplung in Kraftflussrichtung stromabwärts einer der Reibungs- kuρplungen(23,43) eine Parksperre (29,30) vorgesehen ist.
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