-
Diese
Erfindung betrifft Fahrzeugantriebsstränge und im Besonderen Fahrzeugantriebsstränge mit
einem Verteilergetriebe, das sowohl einen Zweiradantrieb als auch
einen Vierradantrieb bereitstellt.
-
Typischerweise
umfassen Kraftfahrzeugverteilergetriebe eine Zweigang-Planetenradanordnung. Eine
der Anordnungen stellt einen Hinterradantrieb in einem hohen Bereich
bereit, und die andere stellt einen Vierradantrieb in einem hohen
Bereich und auch einen Vierradantrieb in einem niedrigen Bereich
bereit. Obgleich eine solche Anordnung bei Pkws effektiv ist, können Verbesserungen
vorgenommen werden, wenn sie in Lkw-Anwendungen, wie etwa Pickup-Lkws angewandt
werden. Wenn ein Pickup-Lkw unbeladen betrieben wird, liegt der
Großteil
des Fahrzeuggewichtes auf der Vorderachse. Wenn jedoch der Pickup-Lkw
beladen ist, liegt der Großteil
des Fahrzeuggewichtes auf der Hinterachse.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Fahrzeugantriebsstrang bereitzustellen, der ein Verteilergetriebe
aufweist, um sowohl Zweirad- als auch Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnisse
zwischen einem Getriebeabtrieb und den Antriebsachsen des Fahrzeuges
herzustellen.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verteilergetriebe mit
zwei Drehmomentübertragungsmechanismen,
einer Planetenradan ordnung oder Planetenradradsatz und einem Antriebsverteilungsmechanismus
versehen.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einer der Drehmomentübertragungsmechanismen
wirksam, um zwei Elemente des Planetenradsatzes einzeln mit dem
Getriebeabtriebselement zu verbinden, und der andere Drehmomentübertragungsmechanismus
ist wirksam, um ein drittes Element des Planetenradsatzes mit einem feststehenden
Gehäuse
zu verbinden.
-
Gemäß noch einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Antriebsstrang
ein Hinterachs-Übersetzungsverhältnis auf,
das durch einen Achsantriebsmechanismus bestimmt ist, und die Vorderachse
weist ein Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis auf,
das durch sowohl einen Antriebsmechanismus als auch den Antriebsverteilungsmechanismus
bestimmt ist.
-
Gemäß noch einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Übersetzungsverhältnis des
Planetenradsatzes mit den Achsantriebs-Übersetzungsverhältnissen
der Vorder- und Hinterräder verknüpft, um
ein niedriges Hinterradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein
hohes Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein
niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und
ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht der erste der Drehmomentübertragungsmechanismen
in Eingriff, um das Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis herzustellen, und
steht im Kombination mit dem zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus in Eingriff,
um das hohe Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
-
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Zahlenwert des
Vorderradantriebs-Achsantriebs-Übersetzungsverhältnisses
niedriger als der das Hinterradantriebs-Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die Drehmomentübertragungsmechanismen
eine mechanische Kupplung, die den Getriebeabtrieb mit der Vorderachse
verbindet, um ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen,
und ihn mit der Hinterachse verbindet, um ein niedriges Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
-
Gemäß einem
abermals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht die mechanische
Kupplung in Kombinationen mit dem anderen Drehmomentübertragungsmechanismus,
der ein Bremsmechanismus ist, in Eingriff, um ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und
ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
-
Gemäß einem
abermals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Hohlrad/Sonnenrad-Übersetzungsverhältnis des
Planetenradsatzes derart gewählt,
dass es ein Hohlrad- und Trägerdrehzahlverhältnis aufweist,
das zu den Hinter- und Vorderachs-Übersetzungsverhältnissen
passen wird, wenn das Sonnenrad festgehalten wird.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der die
vorliegende Erfindung enthält;
-
2 eine
schematische Darstellung eines Planetenradsatzes, der in dem Antriebsstrang
von 1 enthalten ist; und
-
3 ein
Hebeldiagramm des Fahrzeugantriebsstrangs.
-
In
den Zeichnungen, in denen in allen Ansichten gleiche Bezugszeichen
die gleichen oder entsprechenden Teile darstellen, ist in 1 ein
Fahrzeugantriebsstrang zu sehen, der allgemein mit 10 gekennzeichnet
ist und ein herkömmliches
Lastschaltgetriebe 12, ein Verteilergetriebe 14,
ein hinteres Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis oder
einen hinteren Achsantriebsmechanismus 16 und ein vorderes
Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis oder
einen vorderen Achsantriebsmechanismus 18 aufweist. Das
Getriebe 12, das ein herkömmlicher Mechanismus ist, stellt
mehrere Drehzahlverhältnisse zwischen
einem Motor 20 und einer Getriebeabtriebswelle 22 bereit.
-
Die
Getriebeabtriebswelle 22 steht, wie es am besten in 2 zu
sehen ist, mit einem Drehmomentübertragungsmechanismus
oder einer mechanischen Kupplung 24 in Antriebsverbindung,
die eine A-Betriebsstellung und eine B-Betriebsstellung aufweist.
Das Verteilergetriebe 14 umfasst den Drehmomentübertragungsmechanismus 24 sowie
einen Planetenradsatz 26 und einen weiteren Drehmomentübertragungsmechanismus 28.
Das Verteilergetriebe 14 umfasst auch einen Verteilerantrieb 30,
wie etwa eine Kette oder einen Zahnradstrang. Der Verteilerantrieb 30 ist
mit einer Treibwelle oder Antriebswelle 32 verbunden, die
wiederum mit dem vorderen Achsantriebsmechanismus 18 verbunden
ist. Der Planetenradsatz 26 weist auch eine Abtriebswelle 34 auf, die
mit dem hinteren Achsantriebsmechanismus 16 in Antriebsverbindung
steht.
-
Der
Planetenradsatz 26 umfasst ein Sonnenrad 36, ein
Hohlrad 38 und einen Planetenträger 40. Mehrere Planetenräder 42 sind
an dem Planetenträger 40 drehbar
montiert und in kämmender
Beziehung mit dem Sonnenrad 36 und dem Hohlrad 38 angeordnet.
Der Planetenradsatz 26 ist als einfacher Planetenradsatz
gezeigt, d.h. als ein einzelner Satz von Planetenrädern zwischen
dem Sonnenrad und dem Hohlrad. Jedoch kann bei dieser Erfindung
eine Anzahl von Planetenradsätzen
angewandt werden die zusammengesetzte Planetenradsätze umfassen, bei
denen Paare kämmender
Planetenräder
zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad angeordnet sind. Diese verschiedenen
Planetenradsätze
sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, so dass es als nicht notwendig
erachtet wird, jeden der Planetenradsätze, der angewandt werden könnte, zu
zeigen und zu beschreiben.
-
An
dem Drehmomentübertragungsmechanismus 24 kann
zwischen der A-Stellung
und der B-Stellung gewählt
werden. In der A-Stellung ist die Getriebeabtriebswelle 22 direkt
mit dem Hohlrad 38 verbunden. In der B-Stellung ist die Getriebeabtriebswelle 22 mit
dem Planetenträger 40 verbunden.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 ist
ein Bremsmechanismus, der zwischen einen feststehenden Abschnitt 41 und
das Sonnenrad 36 geschaltet ist. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 in
Eingriff steht, wird das Sonnenrad 36 feststehend gehalten.
-
Der
Verteilerantriebsmechanismus 30 und das Hohlrad/Planetenrad-Übersetzungsverhältnis des
Vorderantriebsmechanismus 18 arbeiten zusammen, um das
Gesamt-Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
Der Hinterradantriebsmechanismus 16 weist ein Übersetzungsverhältnis auf,
das durch einen herkömmlichen
Hohl- und Planetenradsatz sowie einen Differenzialzahnradsatz hergestellt
wird, um die Abtriebsräder
anzutreiben.
-
In
dem in 3 gezeigten Hebeldiagramm sind die gleichen Bezugszeichen
wie für
die entsprechenden Bauelemente in 2 verwendet
worden. In dem Hebeldiagramm von 3 ist der
Sonnenradknoten 36, der Planetenträgerknoten ist 40 und
der Hohlradknoten ist 38. Die Positionen des Drehmomentübertragungsmechanismus 24 sind
als 24A und 24B gezeigt. Das Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis des
Vorderradantriebs 18 ist durch einen Hebel 44 dargestellt,
und das Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis des
Hinterradantriebs 16 ist durch einen Hebel 46 dargestellt.
-
Der
gezeigte und beschriebene Mechanismus stellt vier unterschiedliche
Antriebszustände
bereit. Dieser gleiche Mechanismus wird einen Hinterradantrieb Lo
(niedrig), einen Vorderradantrieb Hi (hoch), ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und
ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitstellen.
Diese Übersetzungsverhältnisse
könnten
unter Betriebsbedingungen für das
Fahrzeug angewandt werden. Beispielsweise ist in einem Pickup-Lkw,
der unbeladen ist, auf einer Oberfläche mit hoher Reibung kein
Vierradantrieb erforderlich, und der Großteil des Fahrzeuggewichtes liegt
auf den Vorderrädern,
weshalb ein Zweirad-Vorderradantrieb bereitgestellt wird. Dies ist
ein Antrieb mit hohem Übersetzungsverhältnis im
Vergleich mit anderen Antrieben innerhalb des Systems.
-
Wenn
der Pickup-Lkw beladen ist, ist es erwünscht, die Hinterräder anzutreiben,
und da beträchtlich
mehr Gewicht auf den Hinterrädern
liegt, ist das Antriebs-Übersetzungsverhältnis ein
niedrigeres Übersetzungsverhältnis, wodurch
eine hohe Traktionskraft in Bezug auf den Boden erzeugt wird. Wenn die
Traktionsoberfläche
einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, ist es erwünscht, Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnisse
bereitzustellen, so dass, wenn das Fahrzeug voll beladen ist, das
Vierrad antriebs-Übersetzungsverhältnis ein
niedriges Übersetzungsverhältnis ist,
und wenn das Fahrzeug unbeladen ist, das Antriebsübersetzungsverhältnis ein
hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis ist.
Diese Übersetzungsverhältnisse
werden durch Eingriffskombinationen der Drehmomentübertragungsmechanismen 24 und 28 bewerkstelligt.
-
Um
ein niedriges Hinterradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen,
wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in
die Position 24A gebracht, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 wird
außer
Eingriff gebracht. Unter dieser Anordnung erfolgt der Antrieb direkt
von der Getriebeabtriebswelle 22 auf den Hinterradantrieb 16 durch
die Abtriebswelle 34, die direkt mit dem Hohlrad 38 verbunden
ist.
-
Um
ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen,
wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in
die Position 24B gebracht, so dass der Antrieb von dem
Getriebe 12 durch den Planetenträger 40 gelenkt wird.
Der Planetenträger 40 ist
direkt mit dem Vorderradachsantrieb 18 verbunden und weist
ein Übersetzungsverhältnis mit
einem kleineren Zahlenwert auf als das Hinterradachsantriebs-Übersetzungsverhältnis.
-
Das
niedrige Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis wird
bereitgestellt, indem der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in
die A-Position gebracht wird und der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 in
Eingriff gebracht wird. Dies stellt das Sonnenrad 36 als
fahrzeugfestes Element innerhalb des Systems her, so dass die Antriebsleistung
von dem Getriebe 12 durch die Welle 22 zwischen
dem Hohlrad 38 und dem Planetenträger 40 mit einem Verhältnis aufgebracht
wird, das durch das Übersetzungsverhältnis des
Planetenradsatzes 26 bestimmt ist. Somit wird bei der bevorzugten
Ausführungsform der
Planetenträger 40 mit
einer verrin gerten Drehzahl in Bezug auf das Hohlrad 38 rotiert.
Dies stellt die Einrichtung des niedrigen Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnisses
her, indem der Hinterradantrieb mit dem Übersetzungsverhältnis mit
dem größeren Zahlenwert
mit einer höheren
Drehzahl angetrieben wird, als das Übersetzungsverhältnis mit
dem kleineren Zahlenwert des Vorderradantriebes.
-
Wenn
beispielsweise der Achsantrieb an der Hinterachse 4,0:1 beträgt, der
Achsantrieb an der Vorderachse 3,0:1 beträgt und das Planetenrad-Übersetzungsverhältnis 3,0:1
beträgt;
d.h. das Hohlrad die dreifache Anzahl von Zähnen wie das Sonnenrad aufweist,
werden die folgenden Antriebsbedingungen auftreten. Die Abtriebswelle 22 wird
mit 1200 U/min rotiert, ebenso wie das Hohlrad 38. Der Planetenträger 40 wird
mit einem reduzierten Übersetzungsverhältnis in
Bezug auf das Hohlrad 38 rotieren, und mit einem 3,0:1-Plantenrad-Übersetzungsverhältnis wird
die Drehzahl des Planetenträgers 40 900
U/min betragen. Die 900 U/min, die das Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis von
3,0 antreiben, werden zu einer Vorderachsdrehzahl von 300 U/min
führen.
Die Hohlraddrehzahl von 1200 U/min und das Hinterachs-Übersetzungsverhältnis von
4,0 werden eine Drehgeschwindigkeit von 300 U/min an der Hinterachse
bereitstellen. Somit werden die Vorder- und Hinterachsen mit der
gleichen Drehzahl angetrieben.
-
Um
ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis herzustellen,
wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in
die B-Position gebracht und der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 wird
in Eingriff gebracht. Unter diesen Bedingungen nimmt der Planetenträger 40 den
Antriebseingang von der Antriebswelle 22 auf, das Hohlrad 38 wird überdreht,
d.h. wird schneller rotieren als die Welle 22. Die Kraft
an dem Hohlrad 38 wird an den Hinterradantriebsmechanismus
abgegeben, und die Kraft an dem Planetenträger 40 wird an den
Vorderradantriebsmechanismus geliefert. Da der Planetenträger 40 mit
Motordrehzahl angetrieben wird, wobei die obige theoretische Drehzahl
der Abtriebswelle 22 von 1200 U/min verwendet wird, werden
die Vorderräder
mit einer Drehzahl von 400 U/min rotieren, und die Hinterräder werden
ebenfalls mit 400 U/min rotieren, die durch die Drehzahl des Hohlrades 38,
die 1600 U/min beträgt,
bestimmt wird, und um das Gesamt-Antriebsübersetzungsverhältnis der
Hinterachse, das 4,0 beträgt,
reduziert, wodurch sich eine Hinterachsdrehzahl von 400 U/min ergibt.
-
Bei
Durchsicht der obigen Beschreibung des Fahrzeugantriebsstrangs und
seiner Arbeitsweise wird nun Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich
sein, dass der in den 1, 2 und 3 gezeigte
Antriebsstrang ein niedriges Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis an
den Hinterrädern,
ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis an
den Vorderrädern,
ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und
ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis herstellen
wird.
-
Zusammengefasst
umfasst ein Fahrzeugantriebsstrang einen Planetenradsatz, der mit
einem Vorderradantriebsmechanismus und einem Hinterradantriebsmechanismus
gekoppelt ist. Der Planetenradsatz wird durch zwei Drehmomentübertragungsmechanismen
gesteuert, um in Kombinationen ein Antriebselement des Planetenradsatzes
sowie ein fahrzeugfestes Element für den Planetenradsatz herzustellen,
die ein niedriges Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein
hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein
niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und
ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitstellen werden.