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WO2012152365A1 - Antriebsvorrichtung für allradgetriebene kraftfahrzeuge - Google Patents

Antriebsvorrichtung für allradgetriebene kraftfahrzeuge Download PDF

Info

Publication number
WO2012152365A1
WO2012152365A1 PCT/EP2012/001667 EP2012001667W WO2012152365A1 WO 2012152365 A1 WO2012152365 A1 WO 2012152365A1 EP 2012001667 W EP2012001667 W EP 2012001667W WO 2012152365 A1 WO2012152365 A1 WO 2012152365A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
differential
clutch
axle
drive device
drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/001667
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Märkl
Christian Meixner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of WO2012152365A1 publication Critical patent/WO2012152365A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • 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
    • B60K17/346—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear
    • B60K17/3467—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear combined with a change speed gearing, e.g. range gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • 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
    • B60K17/346—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear
    • B60K17/3462—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear with means for changing distribution of torque between front and rear wheels

Definitions

  • the invention relates to a drive device for four-wheel drive motor vehicles according to the preamble of patent claim 1.
  • a generic drive device is described in EP 1 000 792 A2.
  • a switchable in two switching states form-fitting coupling the distributor differential is locked in the one switching position and at the same time decoupled an axle differential, so that the motor vehicle is driven only on one axis.
  • the distributor differential In the other shift position of the clutch, the distributor differential is effective and drives on both axles of the motor vehicle in all-wheel drive.
  • the design of the distributor differential (a planetary gear) in conjunction with a reduction stage switched into the power flow to the rear axle of the motor vehicle is such that the overall transmission is shorter in four-wheel drive and longer in the drive of only one axle of the motor vehicle.
  • the drive torque and the traction of the motor vehicle in four-wheel drive is higher, while a better transmission efficiency and lower fuel consumption can be achieved by the longer ratio and the drive only one axis.
  • the object of the invention is, starting from the generic drive device to develop these so that in addition to the advantages mentioned the driving and the switching functions improving properties can be achieved.
  • This object is achieved with the features of claim 1.
  • Advantageous and particularly expedient developments of the invention are set forth in the subclaims. According to the invention, it is proposed that the uncoupling of the one axle differential and the locking of the distributor differential take place via two separate clutches, of which at least the clutch blocking the distributor differential is a preferably hydraulically operable clutch controllable in a slip mode, in particular a multi-disc clutch.
  • both clutches of the drive device can be hydraulically actuated multi-plate clutches, which enables a load-stepless stepless, fast switching of the drive types.
  • both multi-plate clutches may be arranged in a common clutch housing.
  • the reduction stage for an axle of the motor vehicle may be a countershaft stage arranged in the force flow after the distributor differential, which then drives off onto the corresponding axle differential.
  • This training is particularly advantageous if such a counter stage in the drive train is already available and only in the translation should be changed accordingly.
  • the transmission ratio of one of the axle differentials may also be modified accordingly.
  • the distributor differential can additionally be designed for different output torques for the front and rear axle differential, for example with a higher output torque on the front axle of the motor vehicle.
  • at least one separating clutch can be arranged in the decoupled axle differential to the drive shafts connected to the wheels, which is also open to increase the transmission efficiency with the clutch disengaging the axle differential on the distributor differential.
  • the transmission ratio to the front wheels of the motor vehicle be made longer and the transmission ratio to the rear wheels shorter and that the clutch decoupling an axle differential be arranged in the drive train to the rear wheels.
  • the motor vehicle of four-wheel drive for example, in the lower (slower) gears on front-wheel drive in the higher (faster) gears switchable, wherein in torque vectoring the momentary drive torque is increasingly displaced on the rear axle. It is understood that, where appropriate, a reverse drive strategy with four-wheel drive and rear-wheel drive is feasible.
  • the distributor differential can be designed as a planetary gear, wherein in structurally and gear technically advantageous manner at least the distributor differential locking clutch, in particular a multi-plate clutch is integrated into the planetary gear.
  • the web of the planetary gear can be driven, while the meshing with the planetary gear outer wheels abrades on the front axle differential and the central sun gear on the rear axle differential and the clutch or multi-plate clutch in the locked state connects the outer wheel with the sun gear.
  • other links of the planetary gear may be appropriate.
  • Fig. 1 shows a drive device for either in four-wheel drive or
  • Speed change gear a lockable via a first multi-plate clutch distributor differential and two axle differentials, one of which is decoupled via a second multi-plate clutch; and Fig. 2, the distributor differential of FIG. 1 in a sketch-like longitudinal section with the two separately arranged, hydraulically actuated multi-plate clutches.
  • a drive device for motor vehicles is roughly schematically illustrated, with a speed change gear 10 and a downstream distributor differential 12, the front axle differential 14 and a rear axle differential 16 for driving the front and rear wheels (not shown) of the motor vehicle aborts.
  • the change gear 10 which may be a manual transmission or an automatic transmission of conventional design, is assembled with an internal combustion engine, not shown, as a drive source to a front drive unit, the internal combustion engine via a separating clutch 18 acts on the input shaft 20 of the transmission 10, the output shaft 22 with the input element 24 of the distributor differential 12 is drivingly connected.
  • the one output element 26 of the distributor differential 12 drives via a hollow shaft 28, a countershaft 30 with two spur gears 32, 34 and an output shaft 36 of the transmission 10, the front, integrated in the transmission 10 axle differential 14, which performed, for example, as a bevel gear differential on propeller shafts the front wheels of the motor vehicle acts.
  • the other output element 38 of the distributor differential 12 drives the rear axle differential 16 via a cardan shaft 40, which in turn is drivingly connected via drive shafts (indicated by arrows) to the rear wheels of the motor vehicle.
  • a first hydraulically actuated multi-plate clutch 44 is turned on, which blocks the distributor differential 12 in the closed state.
  • a second hydraulically actuated multi-plate clutch 46 is disposed on the output shaft 42, which interrupts the drive connection from the output member 38 to the propeller shaft 40 and the rear axle differential 16 in the open state.
  • two separating clutches 48 are provided, which in the opened state decouple the drive shafts connected to the wheels from the axle differential 16.
  • the drive device is reversible in a four-wheel drive or a front-wheel drive:
  • the multi-plate clutch 44 In all-wheel drive, for example in the lower gears 1 to 4 of the gearbox 10, with higher output torque or situational (for example, wheel slippage) or preventive (for example, in extremely sporty driving style) in all gears, the multi-plate clutch 44 is open and thus the balancing function the distributor differential 12 made. At the same time, the multi-plate clutch 46 and the separating clutches 48 (likewise multi-plate clutches or hydraulically shiftable synchronizer clutches) are closed.
  • the distributor differential 12 thus distributes the drive torque via the output element 26, the hollow shaft 28, the countershaft stage 30 and the output shaft 36 to the front axle differential 14 and over the Output element 38, the output shaft 42 and the propeller shaft 40 to the rear axle differential 16.
  • this torque distribution is unequal (for example 60:40, front axle: rear axle) or equal to 50:50.
  • the countershaft 30 and its spur gears 32, 34 are designed such that the translation to the front axle differential 14 and the front wheels of the motor vehicle is longer than the translation to the rear wheels of the motor vehicle, which is correspondingly shorter.
  • the differential rotational speeds of the output elements 26, 38 are compensated accordingly in the distributor differential 12.
  • the multi-plate clutch 44 In front-wheel drive of the motor vehicle, for example in the higher gears 5 and 6, the multi-plate clutch 44 is closed and connects the two output elements 26, 38 with each other, so that the distributor differential 12 is locked in its balancing function. At the same time, the second multi-plate clutch 46 is opened and thus the drive connection to the rear axle differential 16 is interrupted.
  • the distributor differential 12 drives now only 1: 1 on the front axle differential 14, wherein the effective overall translation is faster by the fast translating countershaft stage 30 as the overall ratio in the all-wheel drive of the motor vehicle.
  • the distributor differential 12 may, for example, be designed as a bevel gear differential. According to a preferred embodiment, however, the distributor differential 12 is formed as shown as a planetary gear, in which at the change gear 10 frontally flanged housing 12a, the two multi-plate clutches 44, 46 are integrated.
  • FIG. 2 shows in an enlarged view sketchy the planetary gear and the multi-plate clutches 44, 46 of the distributor differential 12 using the same reference numerals.
  • the planetary gear is composed of a web 24 as an input element and an outer wheel 26 and a sun gear 38 as output elements, which are rotatably supported in the housing 12a of the distributor differential 12 accordingly.
  • the web 24 carries in a conventional manner planetary gears 50, which are in engagement with the internally toothed external gear 26 and the externally toothed sun gear 38.
  • the web 24 is drivingly connected to the output shaft 22 of the transmission 10, while the outer wheel 26 via the hollow shaft 28, the countershaft 30 and the output shaft 36 of the transmission 10, the front axle differential 14 and the sun gear 38 and the output shaft 42 as described above the rear Achsedifferenzial 16 drives.
  • the first multi-plate clutch 44 is composed of a fixed to the outer wheel 26, drum-shaped clutch housing 44a and connected to the output shaft 42 clutch plates 44b together, which are hydraulically acted upon, wherein in the closed state, the two Output elements 26, 38 are connected to each other and lock the balancing function of the distributor differential 12.
  • the second multi-plate clutch 46 Downstream of the first multi-plate clutch 44 is the second multi-plate clutch 46, whose drum-shaped clutch housing 46a is connected to the one section 42a of the output shaft 42 and the hydraulically actuatable clutch plates 46b to the other section 42b of the correspondingly divided output shaft 42.
  • the two multi-disc clutches 44, 46 and also the separating clutches 48 outlined in FIG. 1 can not be configured as far as described in a known manner.
  • the multi-plate clutches 44, 46 and the separating clutches 48 are hydraulically actuated by a control device of a hydraulic actuator of the motor vehicle, the one of the dynamic driving conditions of the motor vehicle, the switching states of the transmission 10 and speed sensors via the rotational speeds of the driving and driven shafts or transmission elements detected, electronic Control unit (for example, an already existing in the motor vehicle, correspondingly modified Fahrstabilticiansprogramm- control unit) is driven and the multi-plate clutches 44, 46, 48 for the preparation of the above-drive types four-wheel drive - front drive closes or opens accordingly.
  • electronic Control unit for example, an already existing in the motor vehicle, correspondingly modified Fahrstabilticiansprogramm- control unit
  • the open multi-plate clutch 44 and possibly also the closed multi-plate clutch 46 is controlled in a slip mode on the mentioned control units in all-wheel drive of the motor vehicle, the vectoring the driving torques at the front and rear wheels of the motor vehicle in a torque and / or to avoid sudden spinning of the wheels of an axle (14 or 16) of the motor vehicle changed.
  • the distributor differential 12 may also be designed as a bevel gear differential. Further, the manifold differential 12 may be designed to ablate the output members 26, 38 equally 50:50 or not equal to 60:40 or so.
  • the multi-plate clutch 44 may be provided depending on structural conditions between the input member 24 and the web 24 of the planetary gear and an output element 26 or 38 and lock the distributor differential 12 accordingly.
  • the multi-disc clutch 46 may also be designed as a positive-locking clutch, for example as a known synchronizer clutch.
  • the longer transmission from the distributor differential 12 to the driven wheels of the motor vehicle can also be provided in the power flow to the rear axle differential 16 by means of a countershaft stage 30, while the front axle differential 14 can then be decoupled via the second multi-disk clutch 46.
  • the motor vehicle is then operated with rear-wheel drive or four-wheel drive. Accordingly, the torque vectoring can be exercised, in particular, on the rear axle.
  • the axle differentials 14, 16 can be designed with such different transmission ratios that the aforementioned longer and shorter overall transmission is given in all-wheel drive and front or rear wheel drive.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement And Driving Of Transmission Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge mit einer Antriebsquelle, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit einem Verteilerdifferenzial, einem vorderen und einem hinteren die Räder antreibenden Achsdifferenzial, sowie mit zumindest einer Kupplung, mittels der in einem Schaltzustand das Verteilerdifferenzial sperrbar und ein Achsdifferenzial abkoppelbar ist und in einem zweiten Schaltzustand das ungesperrte Verteilerdifferenzial auf beide Achsdifferenziale abtreibt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Gesamtübersetzungsverhältnis auf die Räder in den zwei Schaltzuständen unterschiedlich ist. Zur Erzielung einer insbesondere die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges positiv beeinflussenden Betriebsstrategie wird vorgeschlagen, dass das Abkoppeln des einen Achsdifferenziales (16) und das Sperren des Verteilerdifferenziales (12) über zwei separate Kupplungen (44, 46) erfolgt, von denen zumindest die das Verteilerdifferenzial (12) sperrende Kupplung eine bevorzugt hydraulisch betätigbare, in einen Schlupfbetrieb steuerbare Kupplung (46), bevorzugt eine Lamellenkupplung, ist.

Description

Beschreibung Antriebsvorrichtunq für allradqetriebene Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist in der EP 1 000 792 A2 beschrieben. Durch eine in zwei Schaltzustände umschaltbare, formschlüssige Kupplung ist in der einen Schaltposition das Verteilerdifferenzial gesperrt und zugleich ein Achsdifferenzial abgekoppelt, so dass das Kraftfahrzeug nur an einer Achse angetrieben ist. In der anderen Schaltposition der Kupplung ist das Verteilerdifferenzial wirksam und treibt auf beide Achsen des Kraftfahrzeuges im Allradbetrieb ab. Die Auslegung des Verteilerdifferenziales (ein Planetengetriebe) in Verbindung mit einer in den Kraftfluss zur hinteren Achse des Kraftfahrzeuges eingeschalteten Untersetzungsstufe ist so, dass die Gesamtübersetzung im Allradbetrieb kürzer und im Antrieb nur einer Achse des Kraftfahrzeuges länger ist. Damit ist das Antriebsmoment und die Traktion des Kraftfahrzeuges bei Allradantrieb höher, während durch die längere Übersetzung und den Antrieb nur einer Achse ein besserer Getriebewirkungsgrad und ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung diese so weiterzubilden, dass neben der genannten Vorteile den Fahrbetrieb und die Umschaltfunktionen verbessernde Eigenschaften erzielbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Abkoppeln des einen Achsdifferenziales und das Sperren des Verteilerdifferenziales über zwei separate Kupplungen erfolgt, von denen zumindest die das Verteilerdifferenzial sperrende Kupplung eine vorzugsweise hydraulisch betätigbare, in einen Schlupfbetrieb steuerbare Kupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung ist. Unter Ausnutzung der nach dem Verteilerdifferenzial im Kraftfluss zur einen Achse des Kraftfahrzeuges vorgesehenen Untersetzungsstufe kann im Allradbetrieb bei normalerweise geöffneter Kupplung bzw. Lamellenkupplung diese bevorzugt zum Beispiel hydraulisch betätigt in einen geregelten Schlupfbetrieb gesteuert werden und dabei ein torque vectoring bzw. eine Antriebsmomenten-Umverteilung bewirken. Dabei kann das Antriebsmoment an der kürzer übersetzten Achse des Kraftfahrzeuges definiert erhöht bzw. an der länger übersetzten Achse vermindert werden, was insbesondere zur Beeinflussung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges relevant ist. Bevorzugt können beide Kupplungen der Antriebsvorrichtung hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen sein, die lastschaltbar eine stufenlose, schnelle Umschaltung der Antriebsarten ermöglicht. Gegebenenfalls können beide Lamellenkupplungen in einem gemeinsamen Kupplungsgehäuse angeordnet sein.
Die Untersetzungsstufe zur einen Achse des Kraftfahrzeuges kann eine im Kraftfluss nach dem Verteilerdifferenzial angeordnete Vorgelegestufe sein, die dann auf das korrespondierende Achsdifferenzial abtreibt. Diese Ausbildung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine derartige Vorgelegestufe im Antriebszug ohnehin vorhanden ist und lediglich in der Übersetzung entsprechend zu verändern ist. Es kann gegebenenfalls aber auch das Übersetzungsverhältnis eines der Achsdifferenziale entsprechend modifiziert sein. In an sich bei Allradantrieben bekannter Weise kann zusätzlich das Verteilerdifferenzial auf unterschiedlich hohe Abtriebsmomente zum vorderen und hinteren Achsdifferenzial ausgelegt sein, zum Beispiel mit einem höheren Abtriebsmoment auf die Vorderachse des Kraftfahrzeuges. Ferner kann in dem abkoppelbaren Achsdifferenzial wenigstens eine Trennkupplung zu den mit den Räder verbundenen Antriebswellen angeordnet sein, die zur Erhöhung des Getriebewirkungsgrades bei geöffneter, das Achsdifferenzial abkoppelnder Kupplung am Verteilerdifferenzial ebenfalls geöffnet ist. Daraus resultiert, dass die Getriebeelemente im Kraftfluss zu den nicht angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges stillstehen und keine Reibungs- und Panschverluste erzeugen.
In einer bevorzugten Antriebsstrategie der Antriebsvorrichtung wird ferner vorgeschlagen, dass das Übersetzungsverhältnis auf die vorderen Räder des Kraftfahrzeuges länger und das Übersetzungsverhältnis auf die hinteren Räder kürzer ausgelegt ist und dass die das eine Achsdifferenzial abkoppelnde Kupplung im Antriebsstrang zu den hinteren Rädern angeordnet ist. Damit ist das Kraftfahrzeug von Allradantrieb zum Beispiel in den unteren (langsameren) Gängen auf Frontantrieb in den höheren (schnelleren) Gängen umschaltbar, wobei im torque vectoring das momentane Antriebsmoment vermehrt auf die Hinterachse verlagerbar ist. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch eine umgekehrte Antriebsstrategie mit Allradantrieb und Heckantrieb verwirklichbar ist. Das Verteilerdifferenzial kann als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei in baulich und getriebetechnisch vorteilhafter Weise zumindest die das Verteilerdifferenzial sperrende Kupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung in das Planetengetriebe integriert ist. Dabei kann der Steg des Planetengetriebes angetrieben sein, während das mit den Planetenrädern kämmende Außenrad auf das vordere Achsdifferenzial und das zentrale Sonnenrad auf das hintere Achsdifferenzial abtreibt und die Kupplung bzw. Lamellenkupplung im gesperrten Schaltzustand das Außenrad mit dem Sonnenrad verbindet. Gegebenenfalls können aber auch andere Verknüpfungen des Planetengetriebes zweckmäßig sein.
Schließlich können die im Allradantrieb normal geöffnete Kupplung und/oder die das eine Achsdifferenzial ankoppelnde, geschlossene Kupplung bei einem einen definierten Grenzwert überschreitenden Radschlupf und/oder abhängig von in einem elektronischen Fahrstabilitätsprogramm abgelegten Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges in einen geregelten Schlupfbetrieb steuerbar sein. Dadurch kann in noch größerem Umfang auf gegebenenfalls kritische Betriebsbedingungen steuerungstechnisch reagiert und zum Beispiel einem plötzlichem Durchdrehen der Räder einer Achse entgegengewirkt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung für ein wahlweise im Allradantrieb oder
Frontantrieb antreibbares Kraftfahrzeug, mit einem
Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, einem über eine erste Lamellenkupplung sperrbaren Verteilerdifferenzial und zwei Achsdifferenzialen, von denen eines über eine zweite Lamellenkupplung abkoppelbar ist; und Fig. 2 das Verteilerdifferenzial gemäß Fig. 1 in einem skizzenhaften Längsschnitt mit den zwei separat angeordneten, hydraulisch betätigbaren Lamellenkupplungen. In der Fig. 1 ist grob schematisch eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge dargestellt, mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 10 und einem nachgeschalteten Verteilerdifferenzial 12, das auf ein vorderes Achsdifferenzial 14 und ein hinteres Achsdifferenzial 16 zum Antrieb der vorderen und hinteren Räder (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges abtreibt.
Das Wechselgetriebe 10, das ein Schaltgetriebe oder ein automatisches Getriebe herkömmlicher Bauart sein kann, ist mit einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine als Antriebsquelle zu einem frontseitigen Antriebsaggregat zusammengebaut, wobei die Brennkraftmaschine über eine Trennkupplung 18 auf die Eingangswelle 20 des Wechselgetriebes 10 wirkt, deren Ausgangswelle 22 mit dem Eingangselement 24 des Verteilerdifferenzials 12 trieblich verbunden ist.
Das eine Ausgangselement 26 des Verteilerdifferenzials 12 treibt über eine Hohlwelle 28, eine Vorgelegestufe 30 mit zwei Stirnzahnrädern 32, 34 und eine Abtriebswelle 36 des Wechselgetriebes 10 das vordere, in das Wechselgetriebe 10 integrierte Achsdifferenzial 14 an, das zum Beispiel als Kegelraddifferenzial ausgeführt über Gelenkwellen auf die vorderen Räder des Kraftfahrzeuges wirkt.
Das andere Ausgangselement 38 des Verteilerdifferenzials 12 treibt über eine Kardanwelle 40 das hintere Achsdifferenzial 16 an, das wiederum über Gelenkwellen (durch Pfeile angedeutet) mit den hinteren Rädern des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden ist. Zwischen die Abtriebswelle 42 des Ausgangselements 38 und das Ausgangselement 26 des Verteilerdifferenzials 12 ist eine erste hydraulisch betätigbare Lamellenkupplung 44 eingeschaltet, die im geschlossenen Zustand das Verteilerdifferenzial 12 sperrt.
Im Kraftfluss hinter der ersten Lamellenkupplung 44 ist eine zweite hydraulisch betätigbare Lamellenkupplung 46 auf der Ausgangswelle 42 angeordnet, die im geöffneten Zustand die Antriebsverbindung vom Ausgangselement 38 zur Kardanwelle 40 bzw. zum hinteren Achsdifferenzial 16 unterbricht.
Des Weiteren sind in dem hinteren Achsdifferenzial 16 zwei Trennkupplungen 48 vorgesehen, die im geöffneten Zustand die mit den Rädern verbundenen Gelenkwellen von dem Achsdifferenzial 16 abkoppeln. Über eine nicht dargestellte, hydraulische Betätigung der Kupplungen 44, 46, 48 ist die Antriebsvorrichtung in einen Allradantrieb oder einen Frontantrieb umschaltbar:
Im Allradantrieb, zum Beispiel in den unteren Gängen 1 bis 4 des Wechselgetriebes 10, mit höherem Abtriebsmoment oder situativ (zum Beispiel bei Radschlupf) bzw. präventiv (zum Beispiel bei extrem sportlicher Fahrweise) in allen Gängen ist die Lamellenkupplung 44 geöffnet und damit die Ausgleichsfunktion des Verteilerdifferenzials 12 hergestellt. Zugleich sind die Lamellenkupplung 46 und die Trennkupplungen 48 (ebenfalls Lamellenkupplungen oder hydraulisch schaltbare Synchronkupplungen) geschlossen.
Das Verteilerdifferenzial 12 verteilt somit das Antriebsmoment über das Ausgangselement 26, die Hohlwelle 28, die Vorgelegestufe 30 und die Abtriebswelle 36 auf das vordere Achsdifferenzial 14 und über das Ausgangselement 38, die Ausgangswelle 42 und die Kardanwelle 40 auf das hintere Achsdifferenzial 16. Je nach Auslegung des Verteilerdifferenziales 12 ist diese Momentenverteilung ungleich (zum Beispiel 60:40, Vorderachse : Hinterachse) oder gleich 50:50.
Die Vorgelegestufe 30 bzw. deren Stirnzahnräder 32, 34 sind derart ausgelegt, dass die Übersetzung zum vorderen Achsdifferenzial 14 bzw. den vorderen Rädern des Kraftfahrzeuges länger ist als die Übersetzung zu den hinteren Rädern des Kraftfahrzeuges, die dementsprechend kürzer ist. Die Differenzdrehzahlen der Ausgangselemente 26, 38 werden im Verteilerdifferenzial 12 entsprechend ausgeglichen.
Im Frontantrieb des Kraftfahrzeuges, zum Beispiel in den höheren Gängen 5 und 6, ist die Lamellenkupplung 44 geschlossen und verbindet die beiden Ausgangselemente 26, 38 miteinander, so dass das Verteilerdifferenzial 12 in seiner Ausgleichsfunktion gesperrt ist. Zugleich ist die zweite Lamellenkupplung 46 geöffnet und somit die Antriebsverbindung zum hinteren Achsdifferenzial 16 unterbrochen. Das Verteilerdifferenzial 12 treibt nun 1 :1 nur auf das vordere Achsdifferenzial 14 ab, wobei die wirksame Gesamtübersetzung durch die ins Schnelle übersetzende Vorgelegestufe 30 länger ist als die Gesamtübersetzung im Allradbetrieb des Kraftfahrzeuges. Werden zudem die beiden Trennkupplungen 48 geöffnet, so ist zusätzlich die Antriebsverbindung vom Achsdifferenzial 16 zu den Gelenkwellen und hinteren Rädern des Kraftfahrzeuges unterbrochen, so dass im Frontantrieb die Kardanwelle 40 und die Getriebeelemente des Achsdifferenziales 16 ohne Reibungs- und Panschverluste zu erzeugen stillstehen. Das Verteilerdifferenzial 12 kann zum Beispiel als Kegelraddifferenzial ausgeführt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das Verteilerdifferenzial 12 jedoch wie dargestellt als Planetengetriebe ausgebildet, in dessen an das Wechselgetriebe 10 stirnseitig angeflanschtem Gehäuse 12a die beiden Lamellenkupplungen 44, 46 integriert sind.
Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung skizzenhaft das Planetengetriebe und die Lamellenkupplungen 44, 46 des Verteilerdifferenzials 12 unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen.
Das Planetengetriebe setzt sich aus einem Steg 24 als Eingangselement und einem Außenrad 26 und einem Sonnenrad 38 als Ausgangselemente zusammen, die in dem Gehäuse 12a des Verteilerdifferenzials 12 entsprechend drehbar gelagert sind.
Der Steg 24 trägt in üblicher Weise Planetenräder 50, die mit dem innenverzahnten Außenrad 26 und dem außenverzahnten Sonnenrad 38 in Eingriff sind. Der Steg 24 ist mit der Ausgangswelle 22 des Wechselgetriebes 10 trieblich verbunden, während das Außenrad 26 über die Hohlwelle 28, die Vorgelegestufe 30 und die Abtriebswelle 36 des Wechselgetriebes 10 das vordere Achsdifferenzial 14 und über das Sonnenrad 38 und die Ausgangswelle 42 wie vorbeschrieben das hintere Achsdifferenzial 16 antreibt.
Die erste Lamellenkupplung 44 setzt sich aus einem mit dem Außenrad 26 fest verbundenem, trommeiförmigen Kupplungsgehäuse 44a und mit der Ausgangswelle 42 verbundenen Kupplungslamellen 44b zusammen, die hydraulisch beaufschlagbar sind, wobei im geschlossenen Zustand die beiden Ausgangselemente 26, 38 miteinander verbunden sind und die Ausgleichsfunktion des Verteilerdifferenzials 12 sperren.
Der ersten Lamellenkupplung 44 nachgeschaltet ist die zweite Lamellen- kupplung 46, deren trommeiförmiges Kupplungsgehäuse 46a mit dem einen Abschnitt 42a der Ausgangswelle 42 und die hydraulisch beaufschlagbaren Kupplungslamellen 46b mit dem anderen Abschnitt 42b der entsprechend unterteilten Ausgangswelle 42 verbunden sind. Die beiden Lamellenkupplungen 44, 46 und auch die in Fig. 1 skizzierten Trennkupplungen 48 können soweit nicht beschrieben in bekannter Weise ausgeführt sein.
Die Lamellenkupplungen 44, 46 und die Trennkupplungen 48 werden hydraulisch über ein Steuergerät einer hydraulischen Betätigungseinrichtung des Kraftfahrzeuges betätigt, das von einem die dynamischen Fahrbetriebszustände des Kraftfahrzeuges, die Schaltzustände des Wechselgetriebes 10 und über Drehzahlsensoren die Drehzahlen der antreibenden und abtreibenden Wellen oder Getriebeelemente erfassenden, elektronischen Steuergerät (zum Beispiel ein im Kraftfahrzeug bereits vorhandenes, entsprechend modifiziertes Fahrstabilitätsprogramm- Steuergerät) angesteuert wird und die Lamellenkupplungen 44, 46, 48 zur Herstellung der vorbeschriebenen Antriebsarten Allradantrieb - Frontantrieb entsprechend schließt oder öffnet.
Zusätzlich wird über die genannten Steuergeräte bei Allradantrieb des Kraftfahrzeuges die geöffnete Lamellenkupplung 44 und gegebenenfalls auch die geschlossene Lamellenkupplung 46 in einen Schlupfbetrieb gesteuert, der die Antriebsmomente an den vorderen und hinteren Rädern des Kraftfahrzeuges in einem torque vectoring und/oder zur Vermeidung eines plötzlichen Durchdrehens der Räder einer Achse (14 oder 16) des Kraftfahrzeuges verändert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann das Verteilerdifferenzial 12 zum Beispiel auch als Kegelraddifferenzial ausgeführt sein. Ferner kann das Verteilerdifferenzial 12 konstruktiv so ausgelegt sein, dass es auf die Ausgangselemente 26, 38 gleichmäßig 50:50 oder ungleich 60:40 oder dergleichen abtreibt.
Die Lamellenkupplung 44 kann abhängig von konstruktiven Gegebenheiten auch zwischen dem Eingangselement 24 bzw. dem Steg 24 des Planetengetriebes und einem Ausgangselement 26 oder 38 vorgesehen sein und das Verteilerdifferenzial 12 entsprechend sperren.
Ferner kann die Lamellenkupplung 46 auch als eine formschlüssige Kupplung, zum Beispiel als eine bekannte Synchronkupplung, ausgebildet sein. Die längere Übersetzung vom Verteilerdifferenzial 12 zu den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges kann auch im Kraftfluss zum hinteren Achsdifferenzial 16 mittels einer Vorgelegestufe 30 vorgesehen sein, während über die zweite Lamellenkupplung 46 dann das vordere Achsdifferenzial 14 abkoppelbar ist. Das Kraftfahrzeug ist dann mit Heckantrieb oder Allradantrieb betreibbar. Das torque vectoring ist dementsprechend insbesondere auf die Hinterachse ausübbar. Anstelle einer Vorgelegestufe 30 können schließlich auch unmittelbar die Achsdifferenziale 14, 16 mit derart unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen ausgelegt sein, dass die vorgenannte längere und kürzere Gesamtübersetzung im Allradbetrieb und Front- oder Heckantrieb gegeben ist.

Claims

Ansprüche
Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge mit einer Antriebsquelle, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit einem Verteilerdifferenzial, einem vorderen und einem hinteren die Räder antreibenden Achsdifferenzial, sowie mit zumindest einer Kupplung, mittels der in einem Schaltzustand das Verteilerdifferenzial sperrbar und ein Achsdifferenzial abkoppelbar ist und in einem zweiten Schaltzustand das ungesperrte Verteilerdifferenzial auf beide Achsdifferenziale abtreibt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Gesamtübersetzungsverhältnis auf die Räder in den zwei Schaltzuständen unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkoppeln des einen Achsdifferenziales (16) und das Sperren des Verteilerdifferenziales (12) über zwei separate Kupplungen (44, 46) erfolgt, von denen zumindest die das Verteilerdifferenzial (12) sperrende Kupplung eine in einen Schlupfbetrieb steuerbare Kupplung (46), insbesondere eine Lamellenkupplung, ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Kupplungen hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen (44, 46) sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss nach dem Verteilerdifferenzial (12) das eine Achsdifferenzial (14) über eine übersetzungsändernde Vorgelegestufe (30) angetrieben ist. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerdifferenzial (12) auf unterschiedlich hohe Abtriebsmomente zum vorderen und hinteren Achsdifferenzial (14, 16) ausgelegt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem abkoppelbaren Achsdifferenzial (16) mindestens eine Trennkupplung (48) zu den mit den Rädern verbundenen Gelenkwellen angeordnet ist, die bei geöffneter, das Achsdifferenzial (16) abkoppelnder Kupplung (46) am Verteilerdifferenzial (12) ebenfalls geöffnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis auf die vorderen Räder des Kraftfahrzeuges länger und das Übersetzungsverhältnis auf die hinteren Räder kürzer ausgelegt ist und dass die das eine Achsdifferenzial (16) abkoppelnde Kupplung (46) im Antriebsstrang (40, 16) zu den hinteren Rädern angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerdifferenzial (12) als Planetengetriebe ausgebildet ist und dass zumindest die das Verteilerdifferenzial (12) sperrende Kupplung (44), insbesondere eine Lamellenkupplung, in das Gehäuse (12a) des Planetengetriebes integriert ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (24) des Planetengetriebes angetrieben ist, dass das mit den Planetenrädern (50) kämmende Außenrad (26) auf das vordere Achsdifferenzial (14) und das zentrale Sonnenrad (38) auf das hintere Achsdifferenzial (16) abtreibt und dass die Kupplung (44) im geschlossenen Zustand das Außenrad (26) mit dem Sonnenrad (38) verbindet.
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Allradantrieb geöffnete Kupplung (44) und/oder die das eine Achsdifferenzial (16) abkoppelnde, geschlossene Kupplung (46) bei einem einen definierten Grenzwert überschreitenden Radschlupf und/oder abhängig von in einem elektronischen Fahrstabilitätsprogramm abgelegten Fahrbetriebs- parametern des Kraftfahrzeuges in einen Schlupfbetrieb steuerbar sind.
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