DE112008000404T5

DE112008000404T5 - Kostengünstiges Torque-Vectoring-System

Info

Publication number: DE112008000404T5
Application number: DE112008000404T
Authority: DE
Inventors: Joel M. Northville Maguire
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2010-01-07
Also published as: WO2008103543A1; US20080207363A1; CN101622148A

Abstract

Torque-Vectoring-System zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend:
eine Differenzialeinheit mit:
einer Differenzialeingangswelle;
einer ersten Differenzialausgangswelle, die ein erstes Antriebsdrehmoment aufweist, und
einer zweiten Differenzialausgangswelle, die ein zweites Antriebsdrehmoment aufweist, wobei die Differenzialeinheit die Ausgangswellen rotatorisch antreibt, während sie zulässt, dass die Ausgangswellen unabhängige Drehzahlen aufweisen können; und
ein stufenloses Getriebe (CVT) mit:
einer CVT-Eingangswelle, die mit einer ersten Drehzahl rotierbar ist, wobei die CVT-Eingangswelle durch die Differenzialeingangswelle angetrieben ist; und
einem CVT-Ausgangswellenabschnitt, der mit einer zweiten Drehzahl rotierbar ist, wobei der CVT-Ausgangswellenabschnitt mit der ersten Differenzialausgangswelle antreibbar gekoppelt ist, wobei das CVT ein CVT-Übersetzungsverhältnis aufweist, das gleich der zweiten Drehzahl dividiert durch die erste Drehzahl ist,
wobei das CVT in Kombination mit der Differenzialeinheit betreibbar ist, um ein Verhältnis des ersten Antriebsdrehmoments zu dem zweiten Antriebsdrehmoment dynamisch einzustellen, indem das CVT-Übersetzungsverhältnis selektiv steuerbar eingestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft Differenziale, Antriebsachsen und Triebstranganordnungen zum Übertragen von Bewegungsleistung auf die angetriebenen Räder von Kraftfahrzeugen, und genauer auf Antriebsachsen, die mit einem Torque-Vectoring-Antriebssystem ausgerüstet sind, um verfügbares Antriebsdrehmoment zwischen den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeugs selektiv aufzuteilen oder zu vektorisieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, Torque-Vectoring-Antriebssysteme bei Kraftfahrzeugen anzuwenden, wie etwa bei Kraftfahrzeugen, die Vorrichtungen benutzen, die eine AWD-Technologie (Allradantriebstechnologie) einsetzen. Ein AWD-Antrieb bietet allgemein anerkannte Vorteile bei der Kraftfahrzeugtraktion und -handhabung bei schlechten Witterungsbedingungen (sowohl auf als auch abseits der Straße).
Torque-Vectoring, d. h. das Aufteilen von Drehmoment, ist die Praxis, es zu ermöglichen, dass der Kraftfahrzeugantriebsstrang die Drehzahl einer angetriebenen Achse relativ zu einer gegenüberliegenden zweiten angetriebenen Achse selektiv und dynamisch erhöht, um die Handhabung und das Kurvenfahrvermögen eines Fahrzeugs zu verbessern. Die Wirkung ist ähnlich der Wirkung von Stabilitätssteuerungssystemen, die in der Automobilindustrie allgemein bekannt sind, welche ein einzelnes Rad selektiv verlangsamen oder bremsen, um die Handhabung des Fahrzeugs zu be einflussen. Beim Lenken eines Kraftfahrzeugs um eine Kurve sind Fahrzeuge, die mit der Torque-Vectoring-Technologie ausgerüstet sind, so ausgestattet, dass sie einen nicht proportionalen Betrag von Antriebswellendrehmoment auf das äußere angetriebene Rad aufbringen, wodurch ein nach innen gerichtetes Gieren erzeugt wird, das das Kraftfahrzeug entschiedener in die Kurve schiebt, wodurch die Fähigkeit des Fahrzeugs verbessert wird, um eine enge Kurve zu fahren. Torque-Vectoring-Systeme können auch bei Übersteuerungssituationen stabilisieren, etwa wenn die Motordrosselklappe während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs abrupt geschlossen wird. Torque-Vectoring zwischen den angetriebenen Rädern auf entgegengesetzten Seiten des Fahrzeugs kann die Handhabung des Fahrzeugs bei der Kurvenfahrt signifikant verbessern.
Eine signifikante Einschränkung von gegenwärtig verfügbaren Torque-Vectoring-Systemen ergibt sich durch die Kosten der mechanischen Bauteile, die das Torque-Vectoring-System bilden. Torque-Vectoring-Lösungen aus dem Stand der Technik zeichnen sich durch Systeme aus, die einen hohen mechanischen Inhalt besitzen. In vielen Fällen fügen existierende Torque-Vectoring-Systeme jedem Kraftfahrzeug tatsächlich zwei zusätzliche Getriebe bei hinzu, wodurch die Produktionskosten des Fahrzeugs proportional in die Höhe getrieben werden. Die relativ hohen Preise von gegenwärtig verfügbaren Torque-Vectoring-Systemen begrenzen die Anwendung der Torque-Vectoring-Technologie auf Premium-Kraftfahrzeuge, bei denen die Kosten derartiger Systeme im Verkaufspreis verborgen werden können. Es verbleibt ein Bedarf für ein kostengünstiges Torque-Vectoring-System, das zulässt, dass die Torque-Vectoring-Technologie in kostengünstigeren Kraftfahrzeugen enthalten sein kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Torque-Vectoring-Antriebssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit Zweiradantrieb oder mit AWD (Allradantrieb) bereit. Das Torque-Vectoring-Antriebssystem umfasst eine weitläufig verwendete Kraftfahrzeug-Antriebsdifferenzialtechnologie zum Übertragen von Drehmoment und Drehbewegung von einer Eingangsantriebswelle auf eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle. Wie es Fachleute wissen, überträgt das Differenzial Drehmoment und Drehbewegung von der Eingangsantriebswelle auf die erste und zweite Differenzialausgangswelle, während zugelassen wird, dass die erste und zweite Ausgangswelle mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren. Das Torque-Vectoring-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst darüber hinaus ein stufenloses Getriebe (CVT von continuously variable transmission). Das CVT umfasst eine CVT-Eingangswelle, die antreibbar mit dem Kegelrad des Differenzials gekoppelt ist. Die CVT-Eingangswelle rotiert mit der Drehzahl des Differenzialkegelrades, wobei die Differenzialzahnradanordnung des Differenzials umgangen wird, wodurch eine Drehzahl vorliegt, die ein festes Verhältnis der Drehzahl der Differenzialeingangsantriebswelle ist. Das CVT weist eine Ausgangswelle auf, die antreibbar mit der ersten Ausgangswelle des Differenzials gekoppelt ist. Das CVT umfasst ein Mittel zum variabel antreibbaren Koppeln der CVT-Eingangswelle mit der CVT-Ausgangswelle. Das variable Kopplungsmittel stellt das Verhältnis der Drehzahl der CVT-Eingangswelle zu der CVT-Ausgangswelle ein. Es ist ein Steuersystem zum selektiven und dynamischen Einstellen des Drehzahlverhältnisses der CVT-Eingangswelle zu der CVT-Ausgangswelle vorgesehen. Die CVT-Abtriebswelle treibt ein erstes angetriebenes Rad des Kraftfahrzeugs direkt oder indirekt rotatorisch und torsional an. Das zweite angetriebene Rad des Kraftfahrzeugs wird von der zweiten Ausgangswelle des Differenzials torsional und rotato risch angetrieben. Das Torque-Vectoring-Antriebsachsensteuersystem ist betreibbar, um das Verhältnis des Drehmoments, das an das erste angetriebene Rad abgegeben wird, (erstes Antriebsdrehmoment) zu dem Drehmoment, das an das zweite angetriebene Rad abgegeben wird, (zweites Antriebsdrehmoment) dynamisch einzustellen, indem das Drehzahlverhältnis der CVT-Eingangswelle zu der CVT-Ausgangswelle eingestellt wird, wodurch die Antriebsdrehmoment-/Traktionseigenschaft von Seite zu Seite des Kraftfahrzeugs eingestellt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das stufenlose Getriebe (CVT) ein riemengetriebenes System, das mehrere Riemenscheiben mit verstellbaren Wänden oder Halbscheibenabschnitten aufweist, um einen variablen und einstellbaren effektiven Riemenscheibenantriebsradius zur Verfügung zu stellen. Das CVT umfasst eine Antriebsriemenscheibe mit variabler Breite, die antreibbar mit der CVT-Eingangswelle gekoppelt ist. Die Antriebsriemenscheibe mit variabler Breite weist zwei beabstandete, sich gegenüberliegende, abgeschrägte Wände auf, um einen Antriebsriemen dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen. Der Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden ist variabel, um den Riemenantriebsradius der Antriebsriemenscheibe einstellbar zu beeinflussen. Das CVT umfasst ferner eine angetriebene Riemenscheibe mit variabler Breite. Die angetriebene Riemenscheibe weist zwei beabstandete, sich gegenüberliegende, abgeschrägte Wände auf, um den Antriebsriemen dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen. Wie bei der Antriebsriemenscheibe ist der Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden der angetriebenen Riemenscheibe variabel, um den effektiven Riemenantriebsradius der angetriebenen Riemenscheibe einzustellen. Das CVT umfasst einen Antriebsriemen, der bemessen und angepasst ist, um die Antriebsriemenscheibe mit der angetriebenen Riemenscheibe variabel rotatorisch zu koppeln und mit diesen in Reibeingriff zu stehen. Die ange triebene Riemenscheibe ist entweder direkt oder indirekt mit der CVT-Ausgangswelle rotatorisch und antreibbar verbunden. Das Steuersystem stellt den Abstand zwischen den abgeschrägten Wanden jeder Riemenscheibe mit variabler Breite wie oben besprochen selektiv und dynamisch ein, um das Drehzahlverhältnis einzustellen. Die abgeschrägten Wände der Riemenscheiben sind gemeinsam einstellbar, um einen festen Riemenantriebswegumfang zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die angetriebene Riemenscheibe antreibbar mit der CVT-Ausgangswelle durch einen ersten Übertragungsriemen gekoppelt, der antreibbar mit der angetriebenen Riemenscheibe des CVT gekoppelt ist, ein zweiter Übertragungsriemen ist antreibbar mit der CVT-Ausgangswelle durch einen zweiten Antriebsriemenantrieb verbunden, der derart bemessen und angepasst ist, dass er eine Drehbewegung zwischen der ersten Übertragungsriemenscheibe und der zweiten Übertragungsriemenscheibe überträgt und mit diesen in Reibeingriff steht.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist zumindest einer der Antriebsriemen des CVT ein Metallantriebsriemen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die erste Übertragungsriemenscheibe durch ein erstes Übertragungskettenrad ersetzt, die zweite Übertragungsriemenscheibe ist durch ein zweites Übertragungskettenrad ersetzt und der zweite Antriebsriemen ist durch eine Antriebskette ersetzt, die mit den Kettenrädern in Eingriff steht, um das erste Übertragungskettenrad mit dem zweiten Übertragungskettenrad torsional und rotatorisch zu koppeln.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine fragmentarische schematische Ansicht eines Torque-Vectoring-Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 weist das Torque-Vectoring-Antriebssystem 10 als seine Hauptkomponenten eine herkömmliche Kraftfahrzeugdifferenzialeinheit 12 auf, die mit einem stufenlosen Getriebe (CVT von continuously variable transmission) 14 antreibbar gekoppelt ist. Die Kombination aus der Differenzialeinheit 12 und dem stufenlosen Getriebe 14 sorgt für einen aktiven Über-Antrieb oder Unter-Antrieb an dem ersten angetriebenen Rad 16 eines Kraftfahrzeugs 17.
Leistung wird dem Ritzel 22 durch die Antriebswelle 20 zugeführt, die durch die Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), das Getriebe (nicht gezeigt) und andere Triebsstrangbauteile des Kraftfahrzeugs mit Leistung beaufschlagt wird. Das Ritzel 22 steht kämmend mit dem Kegelrad 24 über eine Kämmung der Zahnradzähne des Ritzels 22 und des Kegelrads 24 in Eingriff. Der Träger 28 ist an dem Kegelrad 24 befestigt oder ist Teil desselben, so dass der Träger 28 als eine Einheit mit dem Kegelrad 24 rotiert. Mehrere Planetenräder, die eine Differenzialzahnradanordnung 26 bilden, sind in dem Träger 28 angeordnet. Zwei entgegengesetzte Planetenräder 30 der Differenzialzahnradanordnung 26 sind rotatorisch an dem Träger 28 befestigt. Planetenseitenräder 32 und 34 stehen kämmend mit den gegenüberliegenden Planetenrädern 30 in Eingriff, wobei Planetenseitenrad 32 antreibbar mit einem Abschnitt der ersten Ausgangswelle 36 gekoppelt ist und Planetenseitenrad 34 antreibbar mit der zweiten Ausgangswelle 38 gekoppelt ist. Ein anderer Abschnitt der Ausgangswelle 36 treibt das erste angetriebene Rad 16 rotatorisch und torsional an, während die Ausgangswelle 38 das zweite angetriebene Rad 18 rotatorisch und torsional antreibt. In 1 entsprechen die Ausgangswellen auch Achswellen für Räder 16 und 18, obwohl im Allgemeinen die Ausgangswellen und die Achswellen getrennte Gebilde sein können.
Der Träger 28, der an dem Kegelrad 24 befestigt ist oder Teil desselben ist, rotiert in der gleichen Richtung wie das Kegelrad 24, aber innerhalb dieser Bewegung können die Planetenseitenräder 34 und 32 relativ zueinander entgegengesetzt rotieren. Es ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die beispielhaft veranschaulichte und beschriebene Differenzialeinheit begrenzt ist, sondern stattdessen irgendeinen anderen Typ und irgendeine andere Ausgestaltung von Differenzialantriebseinheiten benutzen kann, wie es Fachleute verstehen werden.
In der in diesem Absatz dargelegten Diskussion wird das Vorhandensein des CVT 14 ignoriert. Es ist ein Kennzeichen eines normalen Differenzials (ohne das Vorhandensein eines CVT 14, das in 1 veranschaulicht ist), dass beide Ausgangswellen 36 und 38 das gleiche Drehmoment aufnehmen würden. Abhängig von den Fahrbedingungen kann jedoch eine Ausgangswelle mit einer anderen Drehzahl als die andere Ausgangswelle rotieren, beispielsweise wenn ein Rad sich auf Eis befindet und das andere auf trockenem Belag, oder wenn das Kraftfahrzeug um eine Kurve fährt.
Ungeachtet der Drehzahldifferenz zwischen den Ausgangswellen 36 und 38 in dem normalen Differenzialsystem (wieder wird in diesem Absatz das Vorhandensein des CVT 14 ignoriert) nehmen beide Ausgangswellen das gleiche Drehmoment auf. Das Kombinieren des CVT 14 mit dem Differenzial 12 in 1 lässt zu, dass Drehmoment, das an die Ausgangswellen (die in der veranschaulichten Ausführungsform auch als Achswellen dienen) abgegeben wird, selektiv eingestellt oder umgelenkt d. h. ”vektorisiert” werden kann, wie es nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Im Allgemeinen werden Torque-Vectoring-Systeme angewandt, um die Drehmoment-/Traktionseigenschaften des Kraftfahrzeugs zu verbessern, indem die Antriebsdrehmoment-/Traktionseigenschaften des Kraftfahrzeugs von Seite zu Seite eingestellt werden. Das Torque-Vectoring-Antriebssystem 10, wie es hierin offenbart ist, ist ein Bauteil eines aktiven Torque-Vectoring-Systems für ein Kraftfahrzeug. Das Torque-Vectoring-Antriebssystem 10 liefert eine vergleichsweise kostengünstige Torque-Vectoring-Lösung, die zulässt, dass die Torque-Vectoring-Technologie bei kostengünstigeren Kraftfahrzeugen angewandt werden kann, bei denen die Verwendung von teureren Torque-Vectoring-Systemen des Stands der Technik keine gangbare wirtschaftliche Option darstellt.
Das beispielhafte stufenlose Getriebe (CVT) 14, das in 1 veranschaulicht ist, ist eine Ausführungsform eines CVT, das geeignet ist, um die Technologie von Torque-Vectoring-Systemen einem Kraftfahrzeug hinzuzufügen, ohne weitreichende Modifikationen an den Triebstrangbauteilen erforderlich zu machen. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung des beispielhaften CVT 14, wie es in 1 veranschaulicht ist, begrenzt, sondern kann stattdessen unter Verwendung einer jeden der bekannten CVT-Technologien, wie sie Fachleuten bekannt ist, praktisch ausgeführt werden. Das beispielhafte stufenlose Getriebe (CVT) 14 umfasst eine CVT- Eingangswelle 40, die das Kegelrad 24 des Differenzials 12 antreibbar und rotatorisch mit einer Antriebsriemenscheibe 42 mit variabler Breite in dem CVT 14 verbindet. Die Antriebsriemenscheibe 42 ist mit sich gegenüberliegenden, abgeschrägten Wänden 60 versehen, die aus einer festen Wand 46 und einer einstellbaren oder variablen Wand 48 bestehen, um einen Antriebsriemen 58 dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen. Die variable Wand 48 ist auf der CVT-Eingangswelle 40 axial einstellbar, um den Abstand zwischen den abgeschrägten Abschnitten der Wände 46, 48 zu verändern und somit den effektiven Riemenantriebsradius der Antriebsriemenscheibe 42 einzustellen. So wie es hierin verwendet wird, ist der Riemenradius der Abstand zwischen der Drehachse der Riemenscheibe und der Lage, wo der Riemen mit den abgeschrägten Abschnitten der Wände 46, 48 der Riemenscheibe in Reibeingriff steht. Ein Verringern des Abstandes zwischen den sich gegenüberliegenden, abgeschrägten Wänden 46, 48 führt dazu, dass der Antriebsriemen 58 mit fester Breite sich auf den abgeschrägten Wänden 46, 48 der Antriebsriemenscheibe 42 nach außen zu einem größeren radialen Abstand von der CVT-Eingangswelle 40 bewegt, wodurch der effektive Radius der Antriebsriemenscheibe 42 erhöht wird. Ähnlich führt ein Erhöhen des Abstandes zwischen den sich gegenüberliegenden, abgeschrägten Wänden 46, 48 dazu, dass sich der Antriebsriemen 58 mit fester Breite auf den abgeschrägten Wänden 46, 48 der Riemenscheibe 42 nach innen zu einem kleineren radialen Abstand von der CVT-Eingangswelle 40 bewegt, wodurch der effektive Radius der Antriebsriemenscheibe 42 verringert wird.
Auf eine ähnliche Weise ist die angetriebene Riemenscheibe 50 mit sich gegenüberliegenden, abgeschrägten Wänden 68 versehen, die aus einer festen Wand 52 und einer einstellbaren oder variablen Wand 54 bestehen, um einen Antriebsriemen 58 mit fester Breite dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen. Der Antriebsriemen 58 mit fester Breite verbindet die Antriebsriemenscheibe 42 antreibbar und rotatorisch mit der angetriebenen Riemenscheibe 50. Die variable Wand 54 der angetriebenen Riemenscheibe 50 ist auf der Zwischenwelle 56 axial einstellbar, um den Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden 52 und 54 zu verändern und somit den effektiven Riemenantriebsradius der angetriebenen Riemenscheibe 50 auf eine ähnliche Weise wie bei der vorhergehenden Diskussion der Antriebsriemenscheibe 42 einzustellen. Da der Antriebsriemen 58 eine feste Umfangslänge aufweist, werden die Riemenscheiben 42 und 50 mit variabler Breite gleichzeitig eingestellt, um die Umfangslänge des Riemenweges über den Riemenscheiben 42 und 50 konstant zu halten und somit einen antreibbaren Eingriff des Antriebsriemens 58 mit der Antriebsriemenscheibe 42 und der angetriebenen Riemenscheibe 50 aufrechtzuerhalten.
Die angetriebene Riemenscheibe 50 ist antreibbar und rotatorisch mit der ersten Übertragungsriemenscheibe 62 durch die Welle 56 gekoppelt, um eine Drehbewegung und Drehmoment von der angetriebenen Riemenscheibe 50 auf die erste Übertragungsriemenscheibe 62 zu übertragen. Die erste Übertragungsriemenscheibe 62 ist antreibbar und rotatorisch mit der zweiten Übertragungsriemenscheibe 64 durch einen zweiten Antriebsriemen 66 verbunden. Die zweite Übertragungsriemenscheibe 64 ist mit der ersten Ausgangswelle oder dem ersten Wellenabschnitt 36 antreibbar gekoppelt oder daran befestigt. Die erste Ausgangswelle oder der erste Wellenabschnitt 36 ist mit dem Planetenseitenrad 32 des Differenzials 12 antreibbar gekoppelt sowie mit dem ersten angetriebenen Rad 16 antreibbar gekoppelt. Die Übertragungsriemenscheiben 62 und 64 sind Riemenscheiben mit fester Breite, die jeweils einen ähnlichen Riemenradius teilen und dazu dienen, eine Drehbewegung und Drehmoment von der Zwischenwelle 56 auf die erste Ausgangswelle oder den ersten Wellenabschnitt 36 zu übertragen. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung (nicht gezeigt) können die Übertragungsriemenscheiben 62 und 64 gemeinsam mit dem zweiten Antriebsriemen 66 durch ein erstes Übertragungskettenrad und ein zweites Übertragungskettenrad ersetzt sein, die durch eine Antriebskette rotatorisch gekoppelt sind.
Eine Einstellung der Riemenscheiben 42 und 50 mit variabler Breite steuert das Verhältnis der Drehzahlen zwischen der CVT-Eingangswelle 40 und der ersten Ausgangswelle 36. Die erste Ausgangswelle 36 in 1 ist (in der veranschaulichten Ausführungsform) auch die CVT-Ausgangswelle, obwohl im Allgemeinen die erste Ausgangswelle und die CVT-Ausgangswelle getrennte Wellen sein können, die antreibbar gekoppelt sind, oder können alternativ Abschnitte der gleichen Welle sein. Wie es hierin definiert ist, weist das CVT ein CVT-Übersetzungsverhältnis auf, das gleich der Drehzahl der CVT-Ausgangswelle dividiert durch die Drehzahl der CVT-Eingangswelle ist. Wenn der effektive Riemenradius der Antriebsriemenscheibe 42 zu dem effektiven Riemenradius der angetriebenen Riemenscheibe 50 passt, dann (vorausgesetzt, dass bei der veranschaulichten Ausführungsform die Übertragungsriemenscheiben 62 und 64 den gleichen Riemenradius teilen) rotieren die CVT-Eingangswelle 40 und die erste Ausgangswelle 36 mit der gleichen Drehzahl, was zu einem CVT-Übersetzungsverhältnis von Eins führt. Ein Einstellen der variablen Riemenscheibe 42, so dass sie einen größeren effektiven Riemenradius als die angetriebene Riemenscheibe 50 aufweist, führt dazu, dass das Drehzahlverhältnis der CVT-Eingangswelle 40 zu der Drehzahl der ersten Ausgangswelle 36 kleiner als Eins ist (die CVT-Eingangswelle 40 rotiert langsamer als die erste Ausgangswelle 36, und das CVT-Übersetzungsverhältnis ist größer als Eins). Falls in der in 1 veranschaulichten Ausführungsform für ein vereinfachendes veranschaulichendes Beispiel angenommen wird, dass die erste Übertragungsriemenscheibe 62 und die zweite Übertragungsriemenscheibe 64 sich den gleichen Radius teilen, dann wird das CVT-Übersetzungsverhältnis direkt aus dem effektiven Riemenradius der angetriebenen Riemenscheibe 50 (R_ef2) dividiert durch den effektiven Riemenradius der Antriebsriemenscheibe 42 (R_ef1) bestimmt. Bei diesem Beispiel wird das Drehmoment, das durch das CVT von der CVT-Eingangswelle 40 zu der ersten Ausgangswelle 36 übertragen wird, direkt umgekehrt proportional zu dem CVT-Übersetzungsverhältnis reduziert.
Wie es hierin definiert ist, ist das Verhältnis des Drehmoments, das an die erste Ausgangswelle 36 abgegeben wird, (T₁) relativ zu dem Drehmoment, das an die zweite Ausgangswelle 38 abgegeben wird, (T₂) das Drehmomentaufteilungsverhältnis oder Drehmomentvektorverhältnis (TVR von torque vector ratio). Wenn das Drehmomentvektorverhältnis (TVR) kleiner als Eins ist, dann nimmt die erste Ausgangswelle 36 weniger Drehmoment als die zweite Ausgangswelle 38 auf (d. h. das Drehmoment wird zu der zweiten Ausgangswelle umgelenkt oder vektorisiert). Wenn das Drehmomentvektorverhältnis größer als Eins ist, dann nimmt die erste Ausgangswelle 36 ähnlich mehr Drehmoment als die zweite Ausgangswelle 38 auf (d. h. Drehmoment zu der ersten Ausgangswelle wird vektorisiert). TVR = T1/T2 (1)wobei:

TVR: = Drehmomentvektorverhältnis
T₁: = erstes Ausgangswellendrehmoment
T₂: = zweites Ausgangswellendrehmoment

Daher kann durch selektives und dynamisches Einstellen des CVT-Übersetzungsverhältnisses die Verteilung von Antriebsdrehmoment von dem Differenzial 12 bewusst und selektiv zwischen dem ersten angetrie benen Rad 16 und dem zweiten angetriebenen Rad 18 aufgeteilt oder vektorisiert werden, wodurch das Fahrzeug mit den Vorteilen einer Drehmomentaufteilung oder eines Torque-Vectoring versehen wird, wie es früher besprochen wurde. Das offenbarte Torque-Vectoring-System kann mit Traktions- und Stabilitätssteuersystemen des Kraftfahrzeugs integriert sein, um zuzulassen, dass gezielt angetriebenen Rädern befohlen wird, zu beschleunigen oder zu verlangsamen, ohne lediglich die Fahrzeugbremsen zu betätigen.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
Zusammenfassung
Es wird ein Torque-Vectoring-Antriebssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgestellt. Das Torque-Vectoring-Antriebssystem umfasst eine Differenzialeinheit mit einer Eingangswelle, einer ersten Achswelle, einer zweiten Achswelle und einem Träger, wobei das Differenzial die Achswellen rotatorisch antreibt, während es zulässt, dass die Achswellen unabhängige Drehzahlen aufweisen können. Das System umfasst ein stufenloses Getriebe (CVT) mit einer Eingangswelle, die mit dem Träger des Differenzials antreibbar gekoppelt ist, und einer Ausgangswelle, die mit der ersten Achswelle des Differenzials antreibbar gekoppelt ist. Das CVT ist betreibbar, um das Antriebsdrehmoment der ersten Achswelle relativ zu der zweiten Achswelle variabel zu steuern und somit ein Torque-Vectoring bereitzustellen.

Claims

Torque-Vectoring-System zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend: eine Differenzialeinheit mit: einer Differenzialeingangswelle; einer ersten Differenzialausgangswelle, die ein erstes Antriebsdrehmoment aufweist, und einer zweiten Differenzialausgangswelle, die ein zweites Antriebsdrehmoment aufweist, wobei die Differenzialeinheit die Ausgangswellen rotatorisch antreibt, während sie zulässt, dass die Ausgangswellen unabhängige Drehzahlen aufweisen können; und ein stufenloses Getriebe (CVT) mit: einer CVT-Eingangswelle, die mit einer ersten Drehzahl rotierbar ist, wobei die CVT-Eingangswelle durch die Differenzialeingangswelle angetrieben ist; und einem CVT-Ausgangswellenabschnitt, der mit einer zweiten Drehzahl rotierbar ist, wobei der CVT-Ausgangswellenabschnitt mit der ersten Differenzialausgangswelle antreibbar gekoppelt ist, wobei das CVT ein CVT-Übersetzungsverhältnis aufweist, das gleich der zweiten Drehzahl dividiert durch die erste Drehzahl ist, wobei das CVT in Kombination mit der Differenzialeinheit betreibbar ist, um ein Verhältnis des ersten Antriebsdrehmoments zu dem zweiten Antriebsdrehmoment dynamisch einzustellen, indem das CVT-Übersetzungsverhältnis selektiv steuerbar eingestellt wird.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 1, wobei das stufenlose Getriebe ferner umfasst: eine Antriebsriemenscheibe mit einstellbarer Breite, die einen steuerbar variablen ersten effektiven Antriebsriemenradius aufweist, wobei die Antriebsriemenscheibe mit der CVT-Eingangswelle antreibbar gekoppelt ist, wobei die Antriebsriemenscheibe zwei beabstandete, sich gegenüberliegende, abgeschrägte Wände aufweist, um einen Abschnitt eines Antriebsriemens dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen, wobei der Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden den ersten effektiven Riemenantriebsradius steuerbar einstellt; eine angetriebene Riemenscheibe mit einstellbarer Breite, die einen steuerbar variablen zweiten effektiven Antriebsriemenradius aufweist, wobei die angetriebene Riemenscheibe zwei beabstandete, sich gegenüberliegende, abgeschrägte Wände aufweist, um einen zweiten Abschnitt des Antriebsriemens dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen; wobei der Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden der angetriebenen Riemenscheibe den zweiten effektiven Antriebsriemenradius steuerbar einstellt, wobei die angetriebene Riemenscheibe mit dem CVT-Ausgangswellenabschnitt antreibbar verbunden ist; und wobei der Antriebsriemen bemessen und angepasst ist, um die Antriebsriemenscheibe mit der angetriebenen Riemenscheibe variabel rotatorisch zu koppeln und mit diesen in Reibeingriff zu stehen, wobei der erste effektive Antriebsriemenradius und der zweite effektive Antriebsriemenradius gleichzeitig steuerbar eingestellt werden, um eine konstante Umfangsriemenweglänge für den Antriebsriemen aufrechtzuerhalten, wobei ein gesteuertes Verhältnis des ers ten und zweiten effektiven Antriebsriemenradius das CVT-Übersetzungsverhältnis bestimmt.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 2, wobei der Antriebsriemen einen Metallantriebsriemen umfasst.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 1, wobei die erste Differenzialausgangswelle und die CVT-Ausgangswelle Abschnitte der gleichen Welle sind.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 1, wobei die erste Differenzialausgangswelle und die zweite CVT-Ausgangswelle getrennte Wellen sind, die antreibbar gekoppelt sind.
Torque-Vectoring-System zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das ein erstes angetriebenes Rad und ein zweites angetriebenes Rad aufweist, umfassend: eine Differenzialeinheit mit: einer Differenzialeingangswelle, die mit einem Ritzel antreibbar gekoppelt ist; einem Kegelrad, das mit dem Ritzel antreibbar kämmt; mehreren kämmenden Planetenrädern, die eine Differenzialzahnradanordnung bilden; einer ersten Differenzialausgangswelle; und einer zweiten Differenzialausgangswelle, die mit der Differenzialzahnradanordnung antreibbar gekoppelt ist, wobei die Differenzialzahnradanordnung Drehmoment auf die Ausgangswellen überträgt, während sie zulässt, dass die Ausgangswellen unabhängige Drehzahlen aufweisen können; ein stufenloses Getriebe (CVT) mit: einer CVT-Eingangswelle, die eine erste Drehzahl aufweist, wobei die CVT-Eingangswelle mit dem Kegelrad antreibbar gekoppelt ist; und einer CVT-Ausgangswelle, die eine zweite Drehzahl aufweist, wobei die CVT-Ausgangswelle mit der ersten Ausgangswelle der Differenzialeinheit antreibbar gekoppelt ist, wobei das CVT ein selektiv steuerbares CVT-Übersetzungsverhältnis aufweist, das gleich der zweiten Drehzahl dividiert durch die erste Drehzahl ist; eine erste Achswelle, die mit der CVT-Ausgangswelle antreibbar verbunden ist, wobei die erste Achswelle das erste angetriebene Rad rotatorisch und torsional antreibt, wobei die erste Achswelle ein erstes Antriebsdrehmoment aufweist; und eine zweite Achswelle, die das zweite angetriebene Rad rotatorisch und torsional antreibt, wobei die zweite Achswelle ein zweites Antriebsdrehmoment aufweist, wobei die zweite Achswelle mit der zweiten Ausgangswelle der Differenzialeinheit antreibbar verbunden ist, wobei das CVT in Kombination mit der Differenzialeinheit betreibbar ist, um ein Verhältnis des ersten Antriebsdrehmoments zu dem zweiten Antriebsdrehmoment dynamisch einstellen, indem das CVT-Übersetzungsverhältnis selektiv steuerbar eingestellt wird.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 6, wobei das stufenlose Getriebe ferner umfasst: eine Antriebsriemenscheibe mit einstellbarer Breite, die einen steuerbar variablen ersten effektiven Antriebsriemenradius aufweist, wobei die Antriebsriemenscheibe mit der CVT-Eingangswelle antreibbar gekoppelt ist, wobei die Antriebsriemenscheibe zwei beabstandete, sich gegenüberliegende, abgeschrägte Wände aufweist, um einen Abschnitt des Antriebsriemens dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen, wobei der Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden den ersten effektiven Riemenantriebsradius steuerbar einstellt; eine angetriebene Riemenscheibe mit einstellbarer Breite, die einen steuerbar variablen zweiten effektiven Antriebsriemenradius aufweist, wobei die angetriebene Riemenscheibe zwei beabstandete, sich gegenüberliegende, abgeschrägte Wände aufweist, um einen zweiten Abschnitt des Antriebsriemens dazwischen einzugrenzen und mit diesem in Reibeingriff zu stehen; wobei der Abstand zwischen den abgeschrägten Wänden der angetriebenen Riemenscheibe den zweiten effektiven Antriebsriemenantriebsradius steuerbar einstellt, wobei die angetriebene Riemenscheibe mit der CVT-Ausgangswelle antreibbar verbunden ist; und der Antriebsriemen bemessen und angepasst ist, um die Antriebsriemenscheibe mit der angetriebenen Riemenscheibe variabel rotatorisch zu koppeln und mit diesen in Reibeingriff zu stehen; wobei der erste effektive Antriebsriemenradius und der zweite effektive Antriebsriemenradius gleichzeitig steuerbar eingestellt werden, um eine konstante Umfangsriemenweglänge für den Antriebsriemen aufrechtzuerhalten, wobei ein gesteuertes Verhältnis des ersten und zweiten effektiven Antriebsriemenradius das CVT-Übersetzungsverhältnis bestimmt.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 7, wobei die angetriebene Riemenscheibe mit der CVT-Ausgangswelle antreibbar gekoppelt ist durch: eine erste Übertragungsriemenscheibe, die mit der angetriebenen Riemenscheibe antreibbar verbunden ist; eine zweite Übertragungsriemenscheibe, die mit der CVT-Ausgangswelle antreibbar verbunden ist; und einen zweiten Antriebsriemen, der bemessen und angepasst ist, um Drehbewegung und Drehmoment zwischen der ersten Übertragungsriemenscheibe und der zweiten Übertragungsriemenscheibe zu übertragen und mit diesen in Reibeingriff zu stehen.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 8, wobei die Antriebsriemen Metallantriebsriemen umfassen.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 6, wobei die erste Differenzialausgangswelle und die CVT-Ausgangswelle Abschnitte der gleichen Welle sind.
Torque-Vectoring-System nach Anspruch 6, wobei die erste Differenzialausgangswelle und die CVT-Ausgangswelle getrennte Wellen sind, die antreibbar gekoppelt sind.
Fahrzeug, umfassend: eine Eingangsantriebswelle; ein Differenzial; ein stufenloses Getriebe (CVT); und zumindest ein Paar Ausgangsfahrzeugräder; wobei die Antriebswelle mit dem Differenzial antreibbar verbunden ist; wobei das Differenzial mit einem der Räder antreibbar verbunden ist; und wobei das CVT ein Paar Riemenscheiben mit einstellbarer Breite aufweist, wobei eine der Riemenscheiben mit dem Differenzial antreibbar verbunden ist und die andere der Riemenscheiben mit dem anderen der Räder antreibbar verbunden ist, wodurch zugelassen wird, dass die Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen in An sprechen darauf rotieren, dass die eine der Riemenscheiben eingestellt wird.