WO2013117432A1 - Allrad -antriebssystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2013117432A1
WO2013117432A1 PCT/EP2013/051246 EP2013051246W WO2013117432A1 WO 2013117432 A1 WO2013117432 A1 WO 2013117432A1 EP 2013051246 W EP2013051246 W EP 2013051246W WO 2013117432 A1 WO2013117432 A1 WO 2013117432A1
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clutch
torque
front axle
wheel drive
drive system
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Jens Dornhege
Derek Ward
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Ford Global Technologies, Llc
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    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
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    • B60K17/3515—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having differential means for driving one set of wheels, e.g. the front, at one speed and the other set, e.g. the rear, at a different speed including arrangements for suppressing or influencing the power transfer, e.g. viscous clutches with a clutch adjacent to traction wheel, e.g. automatic wheel hub

Definitions

  • the present invention relates to an all-wheel drive system for a motor vehicle.
  • a transmission arrangement for the controlled distribution of a drive torque on two wheels of a driven axle which in particular has a controllable transverse clutch arrangement, by means of which an input friction element selectively with two réellereibelementen coupled with each one of the output shafts are, controlled, is detachable.
  • the cross coupling arrangement and the longitudinal coupling can be actuated by means of a common hydraulic arrangement.
  • a drive train for a motor vehicle having a front axle and a rear axle is known from EP 1 732 777 B1, one of which is driven constantly and the other as required.
  • the drive train has a clutch arrangement for connecting the axle, which is driven as required, wherein the clutch arrangement is designed as a friction clutch arrangement, which is integrated in a housing of an angular gear arranged in the region of the front axle.
  • EP 1 805 055 B1 discloses an all-wheel drive system for a vehicle having a motor and a drive shaft, the drive system being connected between the drive shaft and a front and a rear drivable shaft for transmitting a drive torque to the front and rear axles of the vehicle. is arranged, wherein the drive system comprises a first and a second clutch, which are designed as Reibusionnkupploder.
  • the first clutch is arranged to be engaged by a spring and disengaged by a first hydraulic piston
  • the second clutch is arranged to be engaged by a second hydraulic piston.
  • Both hydraulic pistons are supplied via a common supply source for a pressurized hydraulic fluid. By adjusting the pressure of this hydraulic fluid, the distribution of torque from the drive shaft to the front axle and the rear axle can be flexibly controlled variably and independently of the differential speeds across the clutches.
  • An inventive four-wheel drive system in a motor vehicle wherein the motor vehicle has a front axle with a first differential, a rear axle with a second differential and a transversely mounted drive train for driving wheels on the front axle and wheels on the rear axle, comprising: - a first clutch over which a torque transmitted to the rear axle is controllable; and a second clutch via which a torque transmitted to the front axle is controllable, said second clutch controls the torque transmitted by one of two side shafts of the front axle to the respectively associated wheel.
  • the present invention provides a flexible torque distribution between the front axle and the rear axle in a four-wheel drive vehicle with a transversely mounted drive train in which no drive shaft for the front axle is provided.
  • the invention is based on the concept of using two active torque transmission devices in a motor vehicle with transversely mounted drive train, one of which is assigned to one of the front axle and the other of the rear axle of the motor vehicle. More specifically, according to the invention, the drive torque transmitted to the rear axle via a power transmission unit is controlled by using an active torque transmission device, while the drive torque transmitted to the front axle is controlled by splitting the front axle drive shaft.
  • the torque transmission to the front axle is inventively limited or controlled in that the torque is limited to one of the front axle associated side shafts using a clutch.
  • a clutch When the clutch is open or not engaged, no torque is transmitted to the front axle. However, when the clutch is closed or engaged, torque transfer is transmitted to the front axle. It is exploited that due to the associated by the front axle associated differential torque compensation on both front wheels always an equal torque is transmitted.
  • the invention differs in particular from conventional approaches in which only torque from the drive shaft to a front and a rear Differential is transmitted, characterized in that the solution according to the invention without the presence of a central transfer case or shaft, which transmits torque to the front axle, can be realized.
  • the clutches are arranged together in the front drive train unit, so that a common power supply can be used.
  • FIGURE 1 shows a schematic representation for explaining the structure and operation of a drive train according to the invention.
  • the four-wheel drive system according to the invention for the motor vehicle has a first clutch 22, which is assigned to the rear axle 20, and a second clutch 12, which is functionally assigned to the front axle 10.
  • the two clutches are housed in the region of the front axle 10, so that they can be supplied by a common power supply. But the two clutches can also, depending on the arrangement of the drive train, be housed in other areas or separately.
  • the torque transmission to the front axle 10 is limited or controlled in the four-wheel drive system according to the invention in that the torque on one of the front axle 10 associated side shafts using the second clutch 12 is limited.
  • the second clutch 12 When the second clutch 12 is open or not engaged, no torque is transmitted to the front axle 10. If the However, second clutch 12 is closed or engaged, the torque transmission to the front axle 10 is increased. It is exploited that due to the caused by the differential 1 1 torque compensation on both front wheels 4, 5 an equal amount of torque is transmitted.
  • the drive torque transmitted to the rear axle 20 via a power transmission unit 23 is controllable using the first clutch 22.
  • the clutches 12, 22 in a common (in the embodiment of the front axle associated) Antriebstrangmati arranged so that a common power supply for both clutches can be used.
  • one of the two clutches 12, 22 is closed by a spring.
  • This arrangement not only allows a common power supply, but also the entire working area with an actuator, e.g. a regulated hydraulic pressure to control.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Allrad-Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine Vorderachse (10) mit einem ersten Differential (11), eine Hinterachse (20) mit einem zweiten Differential (20) sowie einen quer eingebauten Antriebsstrang zum Antrieb von Rädern (4, 5) auf der Vorderachse (10) und Rädern (6, 7) auf der Hinterachse (20) aufweist. Das Allrad-Antriebssystem weist eine erste Kupplung (22), über welche ein auf die Hinterachse (20) übertragenes Drehmoment steuerbar ist, und eine zweite Kupplung (12), über welche ein auf die Vorderachse (10) übertragenes Drehmoment steuerbar ist, auf, wobei diese zweite Kupplung (12) das von einer von zwei Seitenwellen der Vorderachse (10) auf das jeweils zugeordnete Rad (4, 5) übertragene Drehmoment steuert.

Description

Allrad -Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Allrad-Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug.
Im Stand der Technik sind diverse Ansätze zur Realisierung von Allrad- Antriebssystemen bekannt. So existieren neben Allrad-Antriebssystemen mit permanentem Allradantrieb (z.B. unter Verwendung eines zentralen Differentials) auch frontantriebs- und heckantriebsbasierte Allrad-Antriebssysteme, welche lediglich dazu in der Lage sind, die Drehmomentübertragungsvorrichtung zu blockieren, und die somit hinsichtlich des Drehmoments, welches an die sekundäre Antriebsachse geliefert werden kann, eingeschränkt sind. Bei solchen herkömmlichen Allrad- Antriebssystemen sind in der Regel Kompromisse erforderlich, was die Größe des zwischen der Vorder- und der Hinterachse übertragenen Antriebsdrehmomentes betrifft.
Aus der DE 10 2008 015 400 A1 ist u.a. eine Getriebeanordnung zur gesteuerten Verteilung eines Antriebsmomentes auf zwei Räder einer angetriebenen Achse bekannt, welche insbesondere eine steuerbare Querkupplungsanordnung aufweist, mittels der ein Eingangs-Reibelement selektiv mit zwei Ausgangsreibelementen, die mit je einer der Ausgangswellen gekuppelt sind, gesteuert kuppelbar ist. Dabei sind die Querkupplungsanordnung und die Längskupplung mittels einer gemeinsamen Hydraulikanordnung betätigbar. Aus der EP 1 732 777 B1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderachse und einer Hinterachse bekannt, von denen die eine ständig und die andere bei Bedarf angetrieben wird. Der Antriebsstrang weist eine Kupplungsanordnung zum Zuschalten der bei Bedarf angetriebenen Achse auf, wobei die Kupplungsanordnung als Reibkupplungsanordnung ausgebildet ist, welche in ein Gehäuse eines im Bereich der Vorderachse angeordneten Winkelgetriebes integriert ist. Aus der EP 1 805 055 B1 ist ein Allrad-Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Motor und einer Antriebswelle bekannt, wobei das Antriebssystem zwischen der Antriebswelle und einer vorderen und einer hinteren antreibbaren Welle zum Übertragen eines Antriebsmoments auf Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs ange- ordnet ist, wobei das Antriebssystem eine erste und eine zweite Kupplung umfasst, welche als Reibscheibenkupplungen ausgebildet sind. Dabei ist die erste Kupplung derart angeordnet, dass sie mittels einer Feder eingerückt und mittels eines ersten Hydraulikkolbens ausgerückt wird, und die zweite Kupplung ist derart angeordnet, dass sie mittels eines zweiten Hydraulikkolbens eingerückt wird. Beide Hydraulik- kolben werden über eine gemeinsame Versorgungsquelle für ein unter Druck befindliches Hydraulikfluid versorgt. Über Einstellung des Druckes dieses Hydraulikfluids kann die Verteilung des Drehmoments von der Antriebswelle auf die Vorderachse und die Hinterachse in flexibler Weise variabel und unabhängig von den Differenzdrehzahlen über den Kupplungen gesteuert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Allrad-Antriebssystem bereitzustellen, welches es über eine flexiblere Drehmomentverteilung ermöglicht, das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges zu verbessern und dabei weniger Kompromisse hinsichtlich der Größe des zwischen der Vorder- und der Hinterachse über- tragenen Antriebsdrehmomentes einzugehen.
Diese Aufgabe wird durch das Allrad-Antriebssystem gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Allrad-Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine Vorderachse mit einem ersten Differential, eine Hinterachse mit einem zweiten Differential sowie einen quer eingebauten Antriebsstrang zum Antrieb von Rädern auf der Vorderachse und Rädern auf der Hinterachse aufweist, umfasst: - eine erste Kupplung, über welche ein auf die Hinterachse übertragenes Drehmoment steuerbar ist; und eine zweite Kupplung, über welche ein auf die Vorderachse übertragenes Drehmoment steuerbar ist, wobei diese zweite Kupplung das von einer von zwei Seitenwellen der Vorderachse auf das jeweils zugeordnete Rad übertragene Drehmoment steuert.
Durch die vorliegende Erfindung wird in einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb und quer eingebautem Antriebsstrang, bei welchem keine Antriebswelle für die Vorderachse vorgesehen ist, eine flexible Drehmomentverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse bereitgestellt. Der Erfindung liegt dabei insbesondere das Konzept zugrunde, in einem Kraftfahrzeug mit quer eingebautem Antriebsstrang zwei aktive Drehmomentübertragungsvorrichtungen zu verwenden, von denen die eine der Vorderachse und die andere der Hinterachse des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist. Insbesondere wird gemäß der Erfindung das an die Hinterachse über eine Kraftübertragungseinheit übertragene Antriebsdrehmoment unter Verwendung einer aktiven Drehmomentübertragungsvorrichtung gesteuert, während das an die Vorderachse übertragene Antriebsdrehmoment unter Aufsplittung der Vorderachsenantriebswelle gesteuert wird.
Die Drehmomentübertragung auf die Vorderachse wird dabei erfindungsgemäß dadurch begrenzt bzw. gesteuert, dass das Drehmoment an einer der der Vorderachse zugeordneten Seitenwellen unter Verwendung einer Kupplung begrenzt wird. Wenn die Kupplung offen bzw. nicht eingerückt ist, wird kein Drehmoment auf die Vorderachse übertragen. Wenn die Kupplung jedoch geschlossen bzw. eingerückt ist, wird Drehmomentübertragung auf die Vorderachse übertragen. Dabei wird ausgenutzt, dass infolge des durch das der Vorderachse zugeordnete Differential bewirkten Drehmomentausgleichs auf beide Vorderräder immer ein gleich großes Drehmoment übertragen wird.
Die Erfindung unterscheidet sich insbesondere von herkömmlichen Ansätzen, bei denen lediglich Drehmoment von der Antriebswelle an ein vorderes und ein hinteres Differential übertragen wird, dadurch, dass die erfindungsgemäße Lösung ohne Vorhandensein eines zentralen Verteilergetriebes oder Welle, welche Drehmoment auf die Vorderachse überträgt, realisiert werden kann. Vorzugsweise werden die Kupplungen gemeinsam in der vorderen Antriebsstrangeinheit angeordnet, so dass eine gemeinsame Energieversorgung verwendet werden kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteran- Sprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges.
Das Kraftfahrzeug weist gemäß Fig. 1 einen Motor 1 , ein Getriebe 2 und eine Kupplung 3, eine Vorderachse 10 mit Vorderrädern 4, 5, sowie eine Hinterachse 20 mit Hinterrädern 6, 7 auf. Gemäß Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Allrad-Antriebssystem für das Kraftfahrzeug eine erste Kupplung 22, welche der Hinterachse 20 zugeordnet ist, und eine zweite Kupplung 12, welche funktionell der Vorderachse 10 zugeordnet ist, auf. Die beiden Kupplungen sind im Bereich der Vorderachse 10 untergebracht, so dass sie von einer gemeinsamen Energieversorgung versorgbar sind. Die beiden Kupplun- gen können aber auch, je nach Anordnung des Antriebsstrangs, in anderen Bereichen oder getrennt untergebracht sein.
Die Drehmomentübertragung auf die Vorderachse 10 wird in dem erfindungsgemäßen Allrad-Antriebssystem dadurch begrenzt bzw. gesteuert, dass das Drehmoment an einer der der Vorderachse 10 zugeordneten Seitenwellen unter Verwendung der zweiten Kupplung 12 begrenzt wird. Wenn die zweite Kupplung 12 offen bzw. nicht eingerückt ist, wird kein Drehmoment auf die Vorderachse 10 übertragen. Wenn die zweite Kupplung 12 jedoch geschlossen bzw. eingerückt ist, wird die Drehmomen- tübertragung auf die Vorderachse 10 erhöht. Dabei wird ausgenutzt, dass infolge des durch das Differential 1 1 bewirkten Drehmomentausgleichs auf beide Vorderräder 4, 5 ein gleich großes Drehmoment übertragen wird.
Das an die Hinterachse 20 über eine Kraftübertragungseinheit 23 übertragene Antriebsdrehmoment ist unter Verwendung der ersten Kupplung 22 steuerbar. Vorzugsweise werden die Kupplungen 12, 22 in einer gemeinsamen (im Ausführungsbeispiel der der Vorderachse zugeordneten) Antriebsstrangeinheit angeordnet, so dass eine gemeinsame Energieversorgung für beide Kupplungen verwendet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine der beiden Kupplungen 12, 22 von einer Feder geschlossen. Diese Anordnung erlaubt nicht nur eine gemeinsame Energieversorgung, sondern auch den gesamten Arbeitsbereich mit einem Aktuator, z.B. einem geregelten hydraulischen Druck, zu steuern.

Claims

Patentansprüche
1. Allrad-Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine Vorderachse (10) mit einem ersten Differential (11), eine Hinterachse (20) mit einem zweiten Differential (21) sowie einen quer eingebauten Antriebsstrang zum Antrieb von Rädern (4, 5) auf der Vorderachse (10) und Rädern (6, 7) auf der Hinterachse (20) aufweist, mit:
einer ersten Kupplung (22), über welche ein auf die Hinterachse (20) übertragenes Drehmoment steuerbar ist; und
einer zweiten Kupplung (12), über welche ein auf die Vorderachse (10) übertragenes Drehmoment steuerbar ist, wobei diese zweite Kupplung (12) das von einer von zwei Seitenwellen der Vorderachse (10) auf das jeweils zugeordnete Rad (4, 5) übertragene Drehmoment steuert.
2. Allrad-Antriebssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei ausgerückter zweiter Kupplung (12) kein Drehmoment auf die Vorderachse (10) übertragen wird und bei eingerückter zweiter Kupplung (12) ein endliches Drehmoment auf die Vorderachse (10) übertragen wird.
3. Allrad-Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine der beiden Kupplungen (12,22) durch eine Feder mit Normalkraft beaufschlagt und durch die geregelte Aktuatorik entspannt wird, welche die andere Kupplung mit Normalkraft beaufschlagt.
4. Allrad-Antriebssystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Kupplung (22) und die zweite Kupplung (12) in einer gemeinsamen Antriebsstrangeinheit angeordnet sind.
5. Allrad-Antriebssystenn nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Kupplung (22) und die zweite Kupplung (12) über eine gemeinsame Energieversorgung versorgbar sind.
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