DE69401100T2 - Kraftfahrzeuglenkung durch Herbeiführen eines Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen rechts- und linksseitigen Rädern - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Automobil, Lenksystem des Typs, das durch einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem linken und dem rechten Rad des Fahrzeugs wirkt, so wie es in der Einleitung zum Anspruch 1 definiert wird und zum Beispiel aus dem Dokument GB-A-2034831 bekannt ist.
• Diese Art von Lenksystem wird auf Fahrzeugen mit nicht orientierbaren Rädern sowie auf Raupenfahrzeugen verwendet, und auf Fahrzeugen, deren orientierbare oder Lenkräder einen begrenzten Winkelausschlag haben, um eine möglichst große Aufbaubreite auf der Ebene der Räder zu behalten, und um die Transportkapazität des Fahrzeugs zu steigern, in welchen Fall das herkömmliche Lenksystem durch Orientieren der Räder mit einem Lenksystem basierend auf Geschwindigkeitsunterschieden zwischen dem linken und dem rechten Rad kombiniert werden kann, um geringere Wenderadien für das Fahrzeug zu erzielen, und zwar trotz des begrenzten Winkelausschlags der Lenkräder und der orientierbaren Räder.
• Bei den Lenksystemen mit Geschwindigkeitsunterschied wurde bereits der Einsatz eines Differentials mit Überlagerung vorgeschlagen, dessen neutrale Welle mit hydraulischen Antriebsmitteln versehen ist, um die Geschwindigkeit der Räder auf der Außenseite des Wendekreises zu steigern, und um gleichzeitig die Geschwindigkeit der Räder auf der Innenseite des Wendekreises zu verringern (französisches Patent 2 671 043).
• Ein solches System ermöglicht das Erzielen von kleinen Wenderadien, die sogar gleich Null sein können, denn das Fahrzeug kann im Stand wenden, wenn die linken Räder und die rechten Räder in umgekehrten Drehrichtungen angetrieben werden. Jedoch ist dieses bekannte System ziemlich kompliziert, kostspielig und platzaufwendig, und es verbraucht aufgrund des schlechten Nutzungsgrads bei schwachen Fortbewegungsgeschwindigkeiten des Fahrzeugs für seinen Betrieb eine relativ hohe Energiemenge.
• Außerdem hat man bereits - vor allem bei Kampfpanzern - ein Differential verwendet, das mechanisch gesteuert wird und mit Bremsen kombiniert ist, die auf die linke und die rechte Ausgangswelle montiert sind. Wenn man an der Ausgangswelle des Differentials eine Bremse festzieht, verringert man die Geschwindigkeit der von dieser Ausgangswelle angetriebenen Raupe und steigert gleichzeitig die Geschwindigkeit der von der anderen Ausgangswelle angetriebenen Raupe, und bewirkt dadurch das Wenden des Fahrzeugs. Allerdings ist die bei einem solchen System entstehende Verlustleistung sehr hoch, wenn der Wenderadius klein oder annähernd gleich Null ist. Außerdem muß man die Ausgangswellen, die im Differential direkt mit den Sonnenritzeln (oder nach der üblichen Terminologie mit den Planetenritzeln) verbunden sind, übergroß auslegen, um die Übertragung hoher Momente sicherzustellen, was aber zu einer deutlichen Steigerung des globalen Platzbedarfes des Differentials führt.
• Die vorliegende Erfindung hat ein Lenksystem mit Geschwindigkeitsunterschied zum Gegenstand, das die obengenannten Nachteile vermeidet.
• Sie schlägt nämlich ein Lenksystem für ein Automobil vor, das durch Geschwindigkeitsunterschied zwischen den linken und den rechten Rädern des Fahrzeugs wirkt und ein gesteuertes Differential mit einer Eingangswelle aufweist, das von den Antriebsmitteln des Fahrzeugs angetrieben wird, sowie zwei Ausgangswellen, die mit den linken und rechten Rädern des Fahrzeugs verbunden sind, sowie linke und rechte Bremsen, die indirekt auf die Drehungen der obengenannten Ausgangswellen einwirken, gekennzeichnet dadurch, daß jedes Differential drei parallele Planetengruppengetriebe mit jeweils einem Planetenritzel, Satellitenritzel und einem Außenkranz aufweist, wobei die Planetenritzel dieser drei Gruppenritzel in der Drehung miteinander und fest mit einer Welle verbunden sind, auf die eine der oben genannten Bremsen einwirkt, und die Antriebsmittel mit einem Satellitenträger eines ersten und eines zweiten dieser Gruppengetriebe verbunden sind, deren äußere Kränze mit den oben genannten Ausgangswellen verbunden sind, während die andere Bremse auf eine Welle einwirkt, die vom äußeren Kranz des dritten Gruppengetriebes angetrieben wird.
• Ein solches Lenksystem bietet zahlreiche Vorteile im Vergleich zu ähnlichen, bereits bekannten Systemen:
• - das Differential braucht weniger Platz als die in den vorhergehenden Systemen, denn die Außenkränze der beiden Gruppenumlaufgetriebe sind mit den Ausgangswellen verbunden und können relativ hohe Momente übertragen, denn ihr Durchmesser ist größer als der der Umlaufritzel,
• - bei gleichem Platzbedarf ist das Differential des Systems gemäß der Erfindung solider und robuster als die Differentiale der vorhergehenden Systeme,
• - bei gleicher Robustheit und gleicher Festigkeit ist das Differential des Systems gemäß der Erfindung weniger platzaufwendig als die Differentiale der vorhergehenden Systeme,
• - die mechanische Verlustleistung im System gemäß der Erfindung ist bei kleinen Wenderadien extrem gering oder gleich Null, so daß der globale Wirkungsgrad des Systems gemäß der Erfindung hoch ist.
• Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung handelt es sich beim ersten oben genannten Gruppengetriebe um ein "Ravigneaux"-Getriebe mit zwei Serien ineinandergreifender Satellitenräder, die von einem gleichen Satellitenträger getragen werden und das zwischen dem Planetenrad und dem Außenkranz dieses Gruppengetriebes untergebracht ist.
• Der Einsatz eines Gruppengetriebes des Typs Ravigneaux ermöglicht in erster Linie das Erzielen von Untersetzungs- oder Übertragungsverhältnissen, die man mit ebenen Gruppengetrieben nicht erzielen könnte.
• Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung umfaßt dieses System Mittel, um die Antriebsmittel des Satellitenträgers der beiden ersten Gruppengetriebe zu trennen und um sie mit der Welle zu verbinden, die die Planetenräder trägt, wodurch man die Ausgangswellen mit entgegengesetzten Drehrichtungen drehen lassen kann.
• Bevorzugt umfaßt das System außerdem Arretierungsmittel der Drehung des Satellitenträgers der beiden ersten Gruppengetriebe, was es dem Fahrzeug erlaubt, im Stand zu drehen.
• Bevorzugt umfassen die oben genannten Mittel zum Trennen des Satellitenträgers der Antriebsmittel und zum Arretieren der Drehung Klauenkupplungen.
• Das System gemäß der Erfindung ermöglicht dann das Wenden an Ort und Stelle mit einem Wenderadius gleich Null durch Schwenken um die Fahrzeugmitte oder einen Punkt in der Nähe der Fahrzeugmitte.
• Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die ein Beispiel darstellt und sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, besser verstanden und andere Merkmale, Details und Vorteile treten klarer in den Vordergrund. In diesen Zeichnungen :
• ist die Abbildung 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems gemäß der Erfindung;
• ist die Abbildung 2 eine Teilansicht einer Durchführungsvariante dieses Systems.
• Wir beziehen uns zuerst auf die Abbildung 1, in der schematisch die wesentlichen Bauteile eines Lenksystems gemäß der Erfindung dargestellt wurden, die zum Beispiel für ein leichtes Militärpanzerfahrzeug verwendet werden kann, mit einem oder mehreren Lenk-Gruppengetrieben, die orientierbar sind und einen begrenzten Winkelausschlag aufweisen, wobei das System gemäß der Erfindung in diesem Fall mit einem herkömmlichen Lenksystem durch Orientieren der Räder kombiniert ist.
• In Abbildung 1 ist die Kennziffer 10 ein Innenverbrennungssystem, dessen Ausgangswelle über eine Kupplung, die nicht dargestellt wurde, mit einem Getriebe 12 verbunden wird, das durch eine Ritzelgruppe 14, 16, 18, 20 mit der Eingangswelle 22 eines Differentials 24 mit zwei Ausgangswellen 26 und 28 (jeweils links und rechts) verbunden ist, die ihrerseits mit den Wellen der Antriebsräder 30 des Fahrzeugs über herkömmliche Mittel wie zum Beispiel über Kardangelenke, Umlenkritzel mit Kegelverzahnung, usw., verbunden sind.
• Das Differential 24 umfaßt drei parallele Gruppenplanetengetriebe 32, 34 und 36, mit jeweils einem Planetenrad, Satellitenrädern und einem Außenkranz, wobei die Planetenräder 38 dieser drei Gruppenritzel fest miteinander in Drehung verbunden sind und stationär von der gleichen Welle 40 getragen werden, die sich von der Innenseite der Eingangshohlwelle 22 erstreckt und außerhalb des Differentials eine Scheibe 42 trägt, auf die eine Bremse 44 einwirken kann. Wie in Abbildung 1 gut ersichtlich ist, sind die drei Planetenräder 38 koaxial und können identisch sein.
• Das erste Gruppengetriebe 32 ist ein "Ravigneaux"- Getriebe und umfaßt eine erste Serie Satellitenräder 46, die einerseits in das Planetenrad 38a eingreifen und andererseits in eine zweite Serie Satellitenräder 48, die selbst wiederum in die Innenverzahnung eines Außenkranzes 50 eingreifen.
• Dieser Außenkranz 50 umfaßt eine Außenverzahnung, die in ein Ritzel 52 eingreift, das stationär auf der Ausgangswelle 28 des Differentials montiert ist.
• Die beiden Satellitenräderserien 46 und 48 des ersten Gruppengetriebes 32 sind frei drehend auf dem gleichen Satellitenträger 54 montiert, der in Drehung fest mit der Eingangswelle 22 des Differentials verbunden ist.
• Das zweite Planetengruppengetriebe 34 ist ein ebenes Getriebe und umfaßt eine Serie Satellitenräder 56, die einerseits in das Planetenrad 38b eingreifen und andererseits in die Innenverzahnung eines Außenkranzes 58. Die Satellitenräder 56 sind frei drehend auf einem Satellitenträger 60 montiert, der in Drehung fest mit dem Satellitenträger 54 des ersten Gruppengetriebes 32 verbunden ist.
• Der Außenkranz 58 des zweiten Gruppengetriebes 34 umfaßt eine Außenverzahnung, die in das Ritzel 62 eingreift, das stationär auf der Ausgangswelle 26 des Differentials montiert ist.
• Das dritte Gruppengetriebe 36 ist ebenfalls ein Planetengetriebe der ebenen Sorte, mit einer Reihe Satellitenrädern 64, die in die Planetenräder 38c und in die Innenverzahnung eines Außenkranzes 66 eingreifen, der in Drehung fest mit einer axialen Welle 68 verbunden ist und eine Scheibe 70 trägt, auf die eine Bremse 72 einwirken kann. Die Satellitenräder 64 des dritten Gruppengetriebes sind frei drehend auf einem Satellitenträger 74 montiert, der in Drehung fest mit dem Außenkranz 58 des zweiten Gruppengetriebes 34 verbunden ist.
• Das System funktioniert wie folgt:
• Wenn keine der Bremsen 44 und 72 festgezogen ist, verhält sich das Differential 24 wie ein herkömmliches Differential und überträgt gleiche Drehmomente an die linken und an die rechten Räder des Fahrzeugs, indem die Drehgeschwindigkeit links und rechts auf die Bahn des Fahrzeugs angepaßt wird.
• Wenn eine der Bremsen 44, 72 festgezogen ist, zum Beispiel die Bremse 44, um die Scheibe 42 in ihrer Drehung zu arretieren, verhalten sich die Drehgeschwindigkeiten der linken und der rechten Räder nach folgenden Verhältnissen:
• ωg ω (1 - k)
• ωd ω (1 + k)
• n(66) /n(38c)
• wobei k =
• ist.
• ω ist die gemeinsame Drehgeschwindigkeit der Räder in gerader Linie, wenn die Bremsen 44, 72 nicht angezogen sind.
• n(66) ist die Anzahl der Zähne des Außenkranzes des dritten Gruppengetriebes 36.
• n(38c) und n(38b) entsprechen der Anzahl der Zähne des Planetenrades des dritten Gruppengetriebes 36 und zweiten Gruppengetriebes 34,
• n(58) ist die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Außenkranzes des zweiten Gruppengetriebes 34.
• Außerdem müssen die nachstehenden Verhältnisse gewährleistet werden:
• n(58) / n(38b) = n(50) / n38a)
• 1 + n(58) / n(38b) = [-1 + n(50) / n(38a)] n(66)/n(38c)
• wobei n(38a) die Anzahl der Zähne des Planetenrads des ersten Gruppengetriebes 32 ist,
• n(50) die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Außenkranzes des ersten Gruppengetriebes 32 ist.
• Daraus ergibt sich, daß, wenn man die Bremse 44 anzieht, um die Drehung der Scheibe 42 zu arretieren, die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 28 des Differentials um eine gewisse Menge verringert und die Drehgeschwindigkeit der anderen Ausgangswelle 26 des Differentials um die gleiche Menge erhöht wird, so daß das Fahrzeug auf der Seite der Räder 30 dreht, die von der Ausgangswelle 28 angetrieben werden.
• Das System der Abbildung 1 bietet den Vorteil, daß eine Leistung von fast gleich Null verbraucht wird, wenn man das Fahrzeug auf seinem kürzeren Wenderadius drehen läßt, der dem kompletten Feststellen einer der Bremsen 44, 72 entspricht.
• Hingegen ermöglicht das System nicht die Reduzierung des Wenderadius' bis zu einem Wert von fast gleich Null, denn das Feststellen einer der Bremsen 44, 72 wirkt sich durch eine Verringerung der Drehgeschwindigkeit einer Ausgangswelle 26, 28 aus, jedoch nicht durch das Blockieren der Drehung dieser Ausgangswelle. Außerdem kann man die linken und die rechten Räder nicht in entgegengesetzter Richtung antreiben. Daher kann das Fahrzeug nicht an Ort und Stelle wenden oder schwenken.
• Die in Abbildung 2 dargestellte Durchführungsvariante ermöglicht es in einfacher Weise, das Fahrzeug in etwa um seine Mitte drehen zu lassen.
• Das Lenksystem, das dieser Durchführungsvariante entspricht, umfaßt alle Mittel des Systems der Abbildung 1, obwohl letztere in Abbildung 2 nicht restlos dargestellt sind, und umfaßt außerdem Mittel, die es einerseits ermöglichen, die Eingangswelle des Differentials von den Antriebsmitteln des Fahrzeugs zu trennen und diese Eingangswelle 22 in der Drehung zu arretieren und außerdem mit den Antriebsmitteln der Welle 40 zu verbinden, die die Planetenräder der drei Gruppengetriebe des Differentials trägt.
• Im dargestellten Beispiel umfassen diese Mittel Klauenkupplungen, die jeweils die Kennziffer 80 und 82 tragen.
• Genauer genommen sind diese Klauen dazu bestimmt, daß das letzte Rad 20 des zwischen dem Ausgang des Getriebes und dem Eingang des Differentials vorgesehenen Getriebes entweder mit der Eingangswelle 22 oder mit der Welle 40 verbunden werden kann, die die Planetenräder 38 des Differentials dreht und die Scheibe 42, auf die die Bremse 44 einwirkt.
• Dazu sieht man zum Beispiel auf der Eingangswelle 22 des Differentials eine Doppelklaue 84 vor, die man entweder in das Ritzel 20 eingreifen läßt oder in einen stationären Teil 86 des Fahrzeugs. Außerdem umfaßt die andere Klauenkupplung 82 zwei Zahnscheiben, die ineinander eingreifen oder voneinander getrennt werden können, wobei eine dieser Scheiben fest in Drehung mit der Welle 40 verbunden ist, whrend die andere in Drehung fest mit dem Ritzel 20 verbunden ist.
• Diese Durchführungsvariante des Systems gemäß der Erfindung funktioniert wie folgt:
• Wenn die Eingangswelle 22 des Differentials in das Ritzel 20 über die Klaue 80 eingreift, und wenn die Klauenkupplung 82 inaktiv ist, wird die Eingangswelle 22 des Differentials in Drehung von dem Antriebsaggregat des Fahrzeugs angetrieben, genau wie das im System in Abbildung 1 dargestellt ist.
• Wenn man die Eingangswelle 22 des Differentials aus dem Ritzel 20 über die Klauenkupplung 80 auskuppelt und das Ritzel 20 mit der Welle 40 über die Klauenkupplung 82 verbindet, wird der Satellitenträger 54 in Drehung frei und die Welle 40 bildet das Eingangsantriebselement des Differentials. Man kann nun Momente, die im Absolutwert gleich sind aber in entgegengesetzte Richtungen gehen, auf die Außenkränze 50 und 58 der Gruppengetriebe 32 und 34 übertragen. Daraus ergibt sich, daß die linken und die rechten Räder des Fahrzeugs in entgegengesetzter Richtung angetrieben werden, und daß das Fahrzeug mit einem Wenderadius fast gleich Null um sich selbst schwenken kann.
• Um die Schwenkbedingungen zu verbessern und die linken und die rechten Räder mit perfekt gleichen Drehgeschwindigkeiten in entgegengesetzte Richtungen anzudrehen, braucht man die Eingangswelle 22 des Differentials nur mit dem stationären Teil 86 des Fahrzeuges über die Klauenkupplung 80 zu verbinden, was es ermöglicht, den Satellitenträger 54 in Drehung zu arretieren. Der Wenderadius ist dann gleich Null und das Fahrzeug kann an Ort und Stelle um sich selbst schwenken.
• Wie das System der Abbildung 1, hat das System der Abbildung 2 einen sehr guten Wirkungsgrad. Man kann außerdem die Schwenkgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch Auswahl der Übertragungsverhältnisse des Getriebes 12 anpassen. Außerdem kann man die Schwenkrichtung wechseln, indem man mit dem Schaltgetriebe von Vorwärtsgang auf Rückwärtsgang umschaltet oder umgekehrt.
• Das mit dem Differential der Erfindung ausgerüstete Fahrzeug kann daher eine komplette Reihe Wendungen durchführen, die bis zum Schwenken gehen, d.h. zum Wenden an Ort und Stelle.

Claims (7)

1. Lenksystem für Automobilfahrzeuge des Typs, das durch einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den linken und den rechten Rädern des Fahrzeugs wirkt und ein gesteuertes Differential (24) umfaßt, mit einer Eingangswelle (22), die von den Antriebsmitteln (10, 12) des Fahrzeugs angetrieben wird und mit zwei Ausgangswellen, (26, 28), die mit den linken und den rechten Rädern verbunden sind sowie rechte und linke Bremsen (44, 72), die indirekt auf die Drehungen der oben genannten Ausgangswellen einwirken, gekennzeichnet dadurch, daß das Differential (24) drei Gruppengetriebe (32, 34, 36) mit Planetengetrieben umfaßt, die jeweils ein Planetenrad (38), Satellitenräder und einen Außenkranz aufweisen, wobei die Planetenräder (38) dieser drei Gruppengetriebe in Drehung fest miteinander verbunden und stationär auf einer Welle (40) verbunden sind, auf die eine der oben genannten Bremsen (44) einwirkt, wobei die Antriebsmittel (10, 12) des Fahrzeugs mit dem Satellitenträger (54) eines ersten und eines zweiten dieser Gruppengetriebe verbunden sind, deren Außenkränze (50, 58) mit den oben genannten Ausgangswellen (28, 26) verbunden sind, während die andere oben genannte Bremse (72) auf eine Welle (68) einwirkt, die vom Außenkranz (66) des dritten Gruppengetriebes (36) angetrieben wird.

2. System gemäß dem Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das erste der Gruppengetriebe (32) ein "Ravigneaux"-Getriebe ist, das zwei Satellitenräderserien (46, 48) umfaßt, die ineinandergreifen, von einem gleichen Satellitenträger (54) getragen wird und zwischen dem Planetenrad (38) und dem Außenkranz (50) dieses Gruppengetriebes angebracht ist.

3. System gemäß dem Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das zweite und das dritte Gruppengetriebe (34, 36) ebene Getriebe sind, die eine Serie Satellitenräder (56, 64) aufweisen, die zwischen ein Planetenrad (38) und einen Außenkreis (58, 66) montiert sind, während der Satellitenträger (60) des zweiten Gruppengetriebes (34) fest in Drehung mit dem des ersten Gruppengetriebes (32) verbunden ist, und der Satellitenträger (74) des dritten Gruppengetriebes (36) fest mit dem Außenkranz (58) des zweiten Gruppengetriebes (34) verbunden ist.

4. System gemäß einem der oben genannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß der Satellitenträger (54) des ersten Gruppengetriebes (32) mit den Antriebsmitteln (10, 12) über eine Hohlwelle (22) verbunden ist, in derem Inneren sich die Welle (40) erstreckt, die mit den beiden Planetenrädern (38) der drei Gruppengetriebe verbunden ist.

5. System gemäß einem der oben genannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß es Mittel (80, 82) zum Trennen der Antriebsmittel (10, 12) vom Satellitenträger (54) der beiden ersten Gruppengetriebe umfaßt und um diese mit der Welle (40) zu verbinden, die die Planetenräder (38) trägt, um es den Ausgangswellen (26, 38) zu ermöglichen, in die zu einander entgegengesetzte Richtung zu drehen.

6. System gemäß dem Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß es Mittel (84, 86) zum Arretieren der Drehung des Satellitenträgers (54) der beiden ersten Gruppengetriebe umfaßt, um das Wenden an Ort und Stelle des Fahrzeugs zu ermöglichen.

7. System gemäß dem Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die oben genannten Mittel zum Trennen des Satellitenträgers (54) von den Antriebsmitteln (10, 12) und zum Arretieren in Drehung Klauenkupplungen umfassen.