DE69801908T2

DE69801908T2 - Kraftübertragung für fahrzeuge mit allradantrieb

Info

Publication number: DE69801908T2
Application number: DE69801908T
Authority: DE
Inventors: John Spooner
Original assignee: Land Rover Group Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 1997-06-07
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: GB2340193A; GB9926603D0; DE69801908D1; EP0984870A1; EP0984870B1; US6254506B1; WO1998055336A1; GB2340193B; ATE206370T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftübertragungen für Kraftfahrzeuge jener Art, bei denen eine Differentialanordnung einen Eingang zur Verbindung mit einem Motor, einen ersten und einen zweiten Ausgang zur Übertragung von Antriebskraft vom Eingang zu jeweiligen Laufrädern oder Laufradgruppen und eine geschwindigkeitsabhängige Widerstandsvorrichtung zum Anlegen eines Reaktionsmoments als Reaktion auf eine relative Drehung zwischen den Ausgängen aufweist, wobei das Reaktionsmoment mit der Drehzahl der relativen Drehung größer wird. Kraftübertragungen dieser Art sind allgemein bekannt, zum Beispiel aus der GB-A-1 475 141, die eine einfache, aus drei Elementen bestehende Planetendifferentialanordnung und eine als die geschwindigkeitsabhängige Widerstandsvorrichtung wirkende Viskokupplung zeigt. Des weiteren zeigt die DE-A-41 13 963 eine zwischen den Ausgängen eines Kegelrad-Differentials wirkende Viskokupplung, wobei eine Klauenkupplung, die Wahl zwischen einer gesteuerten Betriebsart und einer gesperrten Betriebsart bereitstellt.
Die Anforderungen an solche Kraftübertragungen für Kraftfahrzeuge sind je nach den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs verschieden. Im allgemeinen ist es erforderlich, daß die Widerstandsvorrichtung bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen niedrigen Widerstand und bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen hohen Widerstand liefert. Somit ist der Widerstandsgrad in der Regel ein Kompromiß zwischen diesen Anforderungen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eine Kraftübertragung für Kraftfahrzeuge der genannten Art, die ein leichteres Erfüllen der obigen Anforderungen gestattet.
Erfindungsgemäß wird eine Kraftübertragung für Kraftfahrzeuge mit einer Differentialanordnung mit einem Eingang zur Verbindung mit einem Motor, einem ersten und einem zweiten Ausgang zur Übertragung von Antriebskraft von dem Eingang zu jeweiligen Laufrädern oder Laufradgruppen und einer geschwindigkeitsabhängigen Widerstandsvorrichtung zum Anlegen eines Reaktionsmoments als Reaktion auf eine relative Drehung zwischen den Ausgängen bereitgestellt, wobei das Reaktionsmoment mit der Drehzahl der relativen Drehung größer wird, wobei die Kraftübertragung dadurch gekennzeichnet ist, daß die geschwindigkeitsabhängige Widerstandsvorrichtung den ersten Ausgang gezielt an den zweiten Ausgang oder den Eingang koppelt, wodurch die Differentialanordnung mit mindestens zwei Betriebsarten versehen wird, einer Betriebsart mit niedrigem Widerstand, in der der relativen Drehung ein niedriger Widerstand entgegengesetzt wird, und einer Betriebsart mit hohem Widerstand, in der der relativen Drehung ein hoher Widerstand entgegengesetzt wird.
Die Differentialanordnung kann auch eine freie Betriebsart haben, in der der relativen Drehung zwischen den Ausgängen kein Widerstand entgegenwirkt. Dies ist bei Zuständen hoher Geschwindigkeit nützlich. Des weiteren kann die Differentialanordnung auch eine gesperrte Betriebsart haben, in der eine relative Drehung zwischen den Ausgängen verhindert wird. Dies ist bei hoher Rutschgefahr nützlich.
Zweckmäßigerweise wird die Betriebsart mit niedrigem Widerstand erhalten, wenn die Widerstandsvorrichtung zwischen dem ersten Ausgang und dem Eingang verbunden ist, während die Betriebsart mit hohem Widerstand erhalten wird, wenn die Widerstandsvorrichtung zwischen dem ersten Ausgang und dem zweiten Ausgang verbunden ist.
Weiterhin kann die Differentialanordnung eine Buchse umfassen, die zwischen Positionen beweglich ist, in denen die Betriebsarten gewählt werden, wobei die Widerstandsvorrichtung dann zwei Drehglieder aufweisen kann, deren relative Drehung das Reaktionsmoment liefert, wobei ein Drehglied an den ersten Ausgang gekoppelt ist und die Buchse an das andere Drehglied gekoppelt ist, aber axial bezüglich diesem gleiten kann. Zweckmäßigerweise kann die Buchse mit dem Differentialeingang gezielt verbunden werden, um die Betriebsart mit niedrigem Widerstand zu bewirken, und die Buchse kann mit dem zweiten Differentialausgang gezielt verbunden werden, um die Betriebsart mit hohem Widerstand zu bewirken. Zur Bewirkung der freien Betriebsart kann die Buchse sowohl von dem zweiten Differentialausgang als auch von dem Differentialeingang gezielt getrennt werden, und zur Bewirkung der gesperrten Betriebsart kann die Buchse mit dem Differentialeingang und dem zweiten Differentialausgang gezielt verbunden werden.
Die Differentialanordnung kann einen Planetenradsatz mit einem als der Eingang wirkenden Hohlrad, einem als der erste Ausgang wirkenden Sonnenrad, einem als der zweite Ausgang wirkenden Träger, einem ersten Satz von Planetenrädern, die jeweils von dem Träger drehbar gestützt werden und mit dem Hohlrad in kämmendem Eingriff stehen, und einem zweiten Satz von Planetenrädern, die jeweils von dem Träger drehbar gestützt werden und sowohl mit einem jeweiligen Planetenrad des ersten Satzes als auch mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen, umfassen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der geschwindigkeitsabhängigen Vorrichtung um eine Viskokupplung.
Weiterhin kann die Kraftübertragung ein Gruppengetriebe mit einem oberen Bereich bei normaler Verwendung und einem unteren Bereich bei Verwendung unter schwierigen Bedingungen und einen Bereichswahlmechanismus zur Bewirkung eines Wechsels zwischen dem oberen und unteren Bereich umfassen, wobei dann der Betrieb der Differentialanordnung mit dem Bereichswahlmechanismus so wirkverbunden werden kann, daß die Differentialanordnung in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand betrieben werden kann, wenn das Gruppengetriebe in den oberen Bereich geschaltet ist, und daß die Differentialanordnung in der Betriebsart mit hohem Widerstand betrieben werden kann, wenn das Gruppengetriebe in den unteren Bereich geschaltet ist.
Die Kraftübertragung kann ein Hauptgetriebe mit verschiedenen Vorwärtsgangstufen und einen Gangschaltmechanismus zur Wahl verschiedener Gangstufen im Hauptgetriebe enthalten, wobei der Betrieb der Differentialanordnung mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden ist, daß sich die Differentialanordnung in der freien Betriebsart befindet, wenn das Gruppengetriebe in den oberen Bereich geschaltet und im Hauptgetriebe eine hohe Gangstufe eingelegt ist. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann der Betrieb der Differentialanordnung mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden sein, daß sich die Differentialanordnung in der gesperrten Betriebsart befindet, wenn das Gruppengetriebe in den unteren Bereich geschaltet und im Hauptgetriebe eine niedrige Gangstufe eingelegt ist.
Wenn die Kraftübertragung ein Hauptgetriebe mit verschiedenen Vorwärtsgangstufen und einen Gangschaltmechanismus zur Wahl verschiedener Gangstufen im Hauptgetriebe enthält, kann der Betrieb der Differentialanordnung mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden sein, daß sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit hohem Widerstand befindet, wenn im Hauptgetriebe eine niedrige Gangstufe eingelegt ist, und daß sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand befindet, wenn im Hauptgetriebe eine hohe Gangstufe eingelegt ist. Eine solche Anordnung ist dann nützlich, wenn kein Gruppengetriebe vorhanden ist. Dann kann der Betrieb der Differentialanordnung mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden sein, daß sich die Differentialanordnung in der freien Betriebsart befindet, wenn im Hauptgetriebe die höchsten Gangstufe eingelegt ist. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann der Betrieb der Differentialanordnung mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden sein, daß sich die Differentialanordnung in der gesperrten Betriebsart befindet, wenn im Hauptgetriebe die niedrigste Gangstufe eingelegt ist.
Weiterhin kann die Kraftübertragung ein Steuermittel zum Schalten der Differentialanordnung zwischen der Betriebsart mit niedrigem und der mit hohem Widerstand umfassen, wobei das Steuermittel auf die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit reagiert, um die Differentialanordnung in die Betriebsart mit niedrigem Widerstand zu stellen, wenn das Fahrzeug schneller als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig fährt, und die Differentialanordnung in die Betriebsart mit hohem Widerstand stellt, wenn das Fahrzeug langsamer als die Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig fährt. In einem solchen Fall kann das Steuermittel dahingehend wirken, die Differentialanordnung in die freie Betriebsart zu stellen, wenn das Fahrzeug schneller als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei fährt, die höher ist als die Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig, und kann dahingehend wirken, die Differentialanordnung in die gesperrte Betriebsart zu stellen, wenn das Fahrzeug langsamer als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hoch/gesperrt fährt, die niedriger ist als die Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hoch/niedrig. Die Wahl der freien Betriebsart je nach Fahrgeschwindigkeit kann in Kombination mit den anderen Wahlmethoden nützlich sein, so daß zum Beispiel eine Wahl in Abhängigkeit von der Wahl einer hohen Gangstufe im Hauptgetriebe oder in Abhängigkeit sowohl von der Wahl einer hohen Gangstufe im Hauptgetriebe als auch der Wahl einer hohen Gangstufe im Gruppengetriebe davon abhängig ist, daß das Fahrzeug schneller als die Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei fährt.
Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben;
es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Kraftübertragung für Kraftfahrzeuge;
Fig. 2 einen Querschnitt einer in der in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragung enthaltenen Differentialanordnung; und
Fig. 3 einen Querschnitt einer alternativen Differentialanordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kraftübertragung für Kraftfahrzeuge.
Auf die Fig. 1 und 2 Bezug nehmend, enthält eine Kraftübertragung 11 für Allradwagen ein von einem Motor 13 angetriebenes Hauptgetriebe 12 und ein Verteilergetriebe 14. Das Hauptgetriebe 12 ist eine herkömmliche Automatikgetriebeanordnung mit verschiedenen Vorwärtsgangstufen zwischen dem Motor 13 und dem Verteilergetriebe 14, wobei die Antriebskraft durch ein Gruppengetriebe 15 über eine Zahnkette 16 auf eine Differentialanordnung 17 übertragen wird. Eine vordere Gelenkwelle 18 kann die Antriebskraft von der Differentialanordnung 17 auf eine die vorderen Laufräder 21 tragende Vorderachse 19 übertragen, und eine hintere Gelenkwelle 22 kann die Antriebskraft von der Differentialanordnung auf eine die hinteren Laufräder 24 tragende Hinterachse 23 übertragen.
Eine Gangwahlvorrichtung 25 ist über ein Bowdenkabel 26 mit dem Hauptgetriebe 12 und über ein elektronisches Steuergerät (ECU) 27 mit einem Stellglied 28 verbunden, das Gangstufenwechsel im Gruppengetriebe 15 bewirkt. Die Anordnung wird in der US-A-5 566 582, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, allgemein beschrieben.
Die Differentialanordnung 17 weist einen Eingang in Form eines Hohlrads 31 mit Kettenzähnen 32 an seinem Außendurchmesser und inneren Zahnradzähnen 33 an seinem Innenumfang auf, wobei das Hohlrad zwischen einem Paar mit Flanschen versehener Drehgehäusegliedern 34 und 35 verschraubt ist. Ein Träger 36 wird zwischen den Gehäusegliedern 34, 35 innerhalb des Hohlrads 31 drehbar gestützt und trägt zwei Sätze von Planetenrädern 37 und 38. Jedes Planetenrad 37 des ersten Satzes steht mit den Zahnradzähnen 33 des Hohlrads 31 in kämmendem Eingriff, und jedes Planetenrad 38 des zweiten Satzes steht sowohl mit einem jeweiligen Planetenrad des ersten Satzes als auch mit einem Sonnenrad 39 in kämmendem Eingriff.
Das Sonnenrad 39 ist Teil einer mit der vorderen Gelenkwelle 18 verbundenen vorderen Ausgangswelle 51 und wirkt als erster Ausgang der Differentialanordnung 17. Die vordere Ausgangswelle 51 umfaßt einen das Sonnenrad 39 enthaltenden hinteren Abschnitt 52 und einen vorderen Abschnitt 53, wobei die beiden Abschnitte 52 und 53 über Keilverzahnung mit einer inneren Nabe 54 einer Viskokupplung 55 verbunden sind. Der Träger 36 wirkt als zweiter Ausgang der Differentialanordnung 17 und umfaßt ein Paar Flansche 41 und 42, die über Lagerstifte 43, an denen die Planetenräder 37 und 38 drehbar gestützt werden, miteinander verbunden sind. Ein Flansch 41 ist über Keilverzahnung mit einer hinteren Ausgangswelle 44 verbunden, welche mit der hinteren Gelenkwelle 22 verbunden ist, während der andere Flansch 42 über Keilverzahnung mit einer inneren Hohlwelle 45, die einen Flansch 46 mit äußerer Keilverzahnung 47 aufweist, verbunden ist.
Die Viskokupplung 55 ist allgemein herkömmlich und weist mehrere durch eine viskose Flüssigkeit getrennte Platten auf, von denen einige mit der inneren Nabe 54 und die anderen mit einem äußeren Drehgehäuse 56 verbunden sind, das eine Nabe 57 mit äußerer Keilverzahnung 58 enthält. Eine Buchse 59 weist einen ersten Satz innerer Keilverzahnung 61 auf, die mit der Keilverzahnung 58 an der Viskokupplungsnabe 57 in Eingriff steht, so daß die Buchse axial an der Nabe gleiten kann, sich aber mit ihr dreht. Eine äußere Hohlwelle ist als vordere Verlängerung des Drehgehäuseglieds 34 ausgebildet und weist eine äußere Keilverzahnung 63 auf, die mit den Keilverzahnungen 52 und 58 zusammenpaßt. Die Buchse 59 weist eine weitere, zweckmäßigerweise als Wahlkeilverzahnung bezeichnete innere Keilverzahnung 64 auf, die durch eine ringförmige Aussparung 65 und eine durch einen Gabelhebel 67 in Eingriff genommene Umfangsnut 66 von der inneren Keilverzahnung 61 beabstandet ist. Ein Stellglied 68 ist so mit dem Hebel 67 verbunden, daß die Buchse 59 durch das Stellglied zwischen bestimmten Positionen axial bewegt werden kann, wie unten beschrieben.
In einer ersten in Fig. 2 gezeigten Position über der axialen Mittellinie A-A ist die Buchse 59 so positioniert, daß die Wahlkeilverzahnung 64 die Keilverzahnung 63 an der äußeren Hohlwelle 62 in Eingriff nimmt, um das äußere Gehäuse 56 der Viskokupplung mit dem Hohlrad 31 zu verbinden. In dieser Position befindet sich die Differentialanordnung 17 in einem Betriebszustand mit niedrigem Widerstand, wie unten erläutert.
In einer zweiten in Fig. 2 gezeigten Position unter der axialen Mittellinie A-A ist die Buchse 59 so positioniert, daß die Wahlkeilverzahnung 64 die Keilverzahnung 47 an der inneren Hohlwelle 45 in Eingriff nimmt, um das äußere Gehäuse 56 der Viskokupplung mit dem Träger 36 zu verbinden. In dieser Position befindet sich die Differentialanordnung in einer Betriebsart mit hohem Widerstand.
Die Differentialanordnung 17 ist so angeordnet, daß die Anzahl der Zahnradzähne 33 am Hohlrad 31 doppelt so groß ist wie die Anzahl der Zahnradzähne am Sonnenrad 39, wobei die Planetenräder 37 und 38 die gleiche Anzahl von Zahnradzähnen haben. Die Differentialanordnung 17 funktioniert wie folgt. Antriebskraft wird über das Hohlrad 31 übertragen, und sowohl der Träger 36 als auch das Sonnenrad 39 drehen sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Wenn sich die Drehzahl des Sonnenrads 39 zum Beispiel aufgrund von Durchdrehen eines oder beider Vorderräder 21 um einen Betrag LIN über der Drehzahl des Hohlrads 31 dreht, dann vermindert sich die Drehzahl des Trägers 36 um einen entsprechenden Betrag, und die Drehzahldifferenz zwischen dem Sonnenrad 39 und dem Träger beträgt 2.ΔN. Wenn, sich die Differentialanordnung 17 in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand befindet, beträgt die Differenz zwischen der Drehzahl der Nabe 54 und dem äußeren Gehäuse 56 der Viskokupplung 55 somit ΔN, wohingegen die Differenz zwischen der Drehzahl der Nabe 54 und dem äußeren Gehäuse 56 der Viskokupplung 55 2.ΔN beträgt, wenn sich die Differentialanordnung 17 in der Betriebsart mit hohem Widerstand befindet. Die Eigenschaften der Viskokupplung 55 sind derart, daß das Reaktionsmoment direkt proportional zur Drehzahldifferenz zwischen der Nabe 54 und dem äußeren Gehäuse 56 ist, so daß der Widerstand in der Betriebsart mit hohem Widerstand doppelt so groß ist wie in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand.
Wenn das Gruppengetriebe 15 in die höhere seiner beiden Gangstufen geschaltet ist, wird das die Buchse 59 bewegende Stellglied 68 durch die ECU 27 so gesteuert, daß es den Hebel 67 so bewegt, daß er der Buchse 59 gestattet, die Betriebsart der Differentialanordnung 17 mit niedrigem Widerstand zu wählen, und wenn das Gruppengetriebe in die untere Gangstufe geschaltet ist, wird der Hebel 67 so bewegt, daß er der Büchse gestattet, die Betriebsart mit hohem Widerstand zu wählen. Somit wird die Wahl der geeigneten Betriebsart in Abhängigkeit von der im Gruppengetriebe 15 gewählten Gangstufe getroffen, und zwar niedriger Widerstand für Straßenbedingungen und hoher Widerstand für Geländebedingungen.
Anstelle von getrennten Stellgliedern 28, 68 für das Gruppengetriebe 15 und die Differentialanordnung 17 kann der Hebel 67 auch mit dem Stellglied 28 des Gruppengetriebes mechanisch verbunden sein. Wenn das Gruppengetriebe 15 einen Wahlmechanismus aufweist, der durch ein mechanisches Gestänge unter direkter Steuerung des Fahrers gewählt wird, kann der Hebel 67 sogar mit einem solchen Mechanismus mechanisch verbunden sein.
Wahlweise kann die Differentialanordnung 17 noch zwei weitere Betriebsarten haben, nämlich eine gesperrte Betriebsart und eine freie Betriebsart. Die gesperrte Betriebsart wird durch Bewegen der Buchse 59 in eine Position erhalten, die rechts von der in Fig. 2 über der axialen Mittellinie A-A gezeigten liegt, wobei die Wahlkeilverzahnung 64 mit der Keilverzahnung 63 an der äußeren Hohlwelle 62 in Eingriff bleibt, während die Buchsenkeilverzahnung 61 mit der Keilverzahnung 47 an der inneren Hohlwelle 45 in Eingriff kommt. Dadurch wird das Hohlrad 31 mit dem Träger 36 gesperrt und jegliche relative Drehbewegung zwischen dem Hohlrad, dem Träger und dem Sonnenrad 39 verhindert. Die gesperrte Betriebsart ist bei hoher Rutschgefahr geeignet.
Die freie Betriebsart wird durch Bewegen der Buchse 59 in eine Position erhalten, die zwischen den in Fig. 2 gezeigten liegt, wobei sich die Wahlkeilverzahnung 64 zwischen der Keilverzahnung 47 an der inneren Hohlwelle 45 und der Keilverzahnung 63 an der äußeren Hohlwelle 62 befindet. Das äußere Gehäuse 56 der Viskokupplung steht dann nicht mit irgendeiner anderen Komponente der Differentialanordnung 17 in Eingriff, und es besteht kein Widerstand gegenüber relativer Drehung zwischen dem Sonnenrad 39 und dem Träger 36. Die freie Betriebsart ist für Hochgeschwindigkeitsstraßenbedingungen geeignet, da sie Verluste und Wärmeentwicklung in der Viskokupplung 55 vermeidet, wozu es sonst kommen kann, wenn die Reifen der Vorder- und Hinterräder 21 und 24 nicht einander angepaßt sind.
Die freie Betriebsart kann durch einen manuellen Übersteuerungsschalter an der ECU 27 gewählt werden, oder sie kann durch die ECU gewählt werden, wenn der Fahrer sowohl den oberen Bereich im Gruppengetriebe 15 und eine hohe Gangstufe im Hauptgetriebe 12 wählt. Die gesperrte Betriebsart kann auch durch einen manuellen Übersteuerungsschalter an der ECU 27 gewählt werden. Obgleich die ECU 27 so angeordnet sein kann, daß sie die gesperrte Betriebsart automatisch dann wählt, wenn der Fahrer sowohl den unteren Bereich im Gruppengetriebe 15 als auch eine niedrige Gangstufe im Hauptgetriebe 12 wählt, würde dies die Lenkung des Fahrzeug erschweren. Zur Lösung dieses Problems kann wahlweise ein Lenkwinkelsensor 69 vorgesehen werden, der ein Lenkwinkelsignal zur ECU 27 leiten kann, um eine automatische Wahl des gesperrten Betriebsmodus nur dann zu gestatten, wenn sich die gelenkten Räder im wesentlichen in der Geradeausstellung befinden.
Wahlweise und besonders, wenn das Gruppengetriebe 15 weggelassen wird, kann die Differentialanordnung 17 entweder mechanisch oder elektrisch mit dem Gangschaltmechanismus 25 verbunden sein, so daß sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit hohem Widerstand befindet, wenn im Hauptgetriebe 12 eine niedrige Gangstufe eingelegt ist, und daß sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand befindet, wenn im Hauptgetriebe eine hohe Gangstufe eingelegt ist. Wenn im Hauptgetriebe 12 die höchste Gangstufe eingelegt ist, kann die Differentialanordnung darüber hinaus in die freie Betriebsart gestellt werden. Es besteht wiederum die Möglichkeit, daß die Differentialanordnung in die gesperrte Betriebsart gestellt werden kann, wenn im Hauptgetriebe 12 die niedrigste Gangstufe eingelegt ist, es wird aber wieder bevorzugt, daß die gesperrte Betriebsart manuell gewählt wird, es sei denn, eine automatische Wahl ist dahingehend beschränkt, daß sich die Lenkung nur in der Geradeausstellung befindet.
Alternative oder zusätzliche Steuerungen sind wahlweise von Fahrgeschwindigkeitssignalen erhältlich, die von mit der ECU 27 verbundenen Fahrgeschwindigkeitssensoren 71 abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die ECU 27 die Differentialanordnung 17 in die Betriebsart mit niedrigem Widerstand stellen, wenn das Fahrzeug schneller fährt als eine vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit, die zweckmäßigerweise als Schwellengeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig bezeichnet wird, und die ECU kann die Differentialanordnung in die Betriebsart mit hohem Widerstand stellen, wenn das Fahrzeug langsamer fährt als die Schwellengeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig. Wenn das Fahrzeug schneller fährt als eine zweite vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit, die zweckmäßigerweise als die Schwellengeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei bezeichnet wird, die höher ist als der Schwellenwert für die Betriebsarten hochniedrig, kann die ECU 27 die Differentialanordnung 17 in die freie Betriebsart stellen. Es besteht wiederum die Möglichkeit einer automatischen Wahl der gesperrten Betriebsart, wenn das Fahrzeug langsamer als eine dritte vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit fährt, die zweckmäßigerweise als die Schwellengeschwindigkeit für die Betriebsarten hochgesperrt bezeichnet wird, die niedriger ist als der Schwellenwert für die Betriebsarten hochniedrig, es wird aber wiederum bevorzugt, daß die gesperrte Betriebsart manuell gewählt wird, es sei denn, eine automatische Wahl ist dahingehend beschränkt, daß sich die Lenkung nur in der Geradeausstellung befindet. Natürlich können Werte solcher Schwellengeschwindigkeiten einen Unempfindlichkeitsbereich (Hysterese) enthalten, um ein Pendeln zwischen Betriebsarten zu vermeiden.
Die Fahrgeschwindigkeitssignale können von der ECU 27 dazu benutzt werden, die Differentialanordnung 17 in die freie Betriebsart zu stellen, wenn das Fahrzeug schneller als die Schwellengeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei fährt, wenn andere Verfahren der Wahl der Betriebsarten mit niedrigem und hohem Widerstand verwendet werden als oben erwähnt, das heißt, wenn sie in Abhängigkeit von der oben/unten-Wahl im Gruppengetriebe 15 oder der hoch/niedrig-Wahl im Hauptgetriebe 12 gewählt werden. Wenn die freie Betriebsart in Abhängigkeit von der oben/unten-Wahl des Gruppengetriebes 15 und/oder hochniedrig-Wahl im Hauptgetriebe 12 gewählt wird wie oben beschrieben, kann die Wahl davon abhängig sein, daß das Fahrzeug schneller als die Schwellengeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei fährt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist die alternative Differentialanordnung 117 zur Verwendung in einer Allradantriebskraftübertragung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit Quermotor geeignet. Die Differentialanordnung 117 ähnelt in vielerlei Hinsicht der unter Bezugnahme auf Fig. 2 gezeigten und beschriebenen Differentialanordnung 17, so daß die gleichen Bezugszahlen plus 100 verwendet werden, wo dies angemessen ist.
Das Hohlrad 131 weist ein äußeres Rad 132 zur Übertragung der Antriebskraft von einem (nicht gezeigten) Hauptgetriebe und inneren Zahnradzähnen 133 auf. Ein Träger 136 wird in dem Hohlrad 131 drehbar gestützt und trägt zwei Sätze von Planetenrädern 137 und 138, wobei der erste Satz 137 mit den Zahnradzähnen 133 des Hohlrads 131 und der zweite Satz 138 jeweils sowohl mit einem jeweiligen Planetenrad des ersten Satzes als auch mit einem Sonnenrad 139 in Eingriff steht.
Der Träger 136 ist über Kegelräder 171 und 172 mit einer hinteren Ausgangswelle 144 zur Verbindung mit einer eine Hinterachse antreibenden hinteren Gelenkwelle verbunden. Eine röhrenförmige Verlängerung 145 des Trägers 136 weist zwei Sätze von äußeren Keilverzahnungen 147A und 147B auf. Das Sonnenrad 139 ist Teil einer hohlen vorderen Ausgangswelle 151, die über eine vordere Differentialanordnung 119C, die Planetengetriebekomponenten der gleichen Art verwendet, wie sie in der Differentialanordnung 117 verwendet werden, mit der linken und rechten Vorderachs- Antriebswelle 119A und 119B verbunden ist. Die vordere Ausgangswelle 151 ist an die innere Nabe einer Viskokupplung 155 gekoppelt, die ein äußeres Drehgehäuse mit einer äußeren Keilverzahnung 158 aufweist. Eine Buchse 159 weist einen ersten Satz innerer Keilverzahnung 161, die mit der Keilverzahnung 158 des Viskokupplungsgehäuses in Eingriff steht, einen Satz äußerer Keilverzahnung 174, die zweckmäßigerweise als die äußere Wahlkeilverzahnung bezeichnet wird, und einen zweiten Satz innerer Keilverzahnung 164, die zweckmäßigerweise als die innere Wahlkeilverzahnung bezeichnet wird und durch eine ringförmige Aussparung 165 von der inneren Keilverzahnung 161 beabstandet ist, auf. Eine Umfangsnut 166 in der Buchse wird von einem (nicht gezeigten) Gabelhebel in Eingriff genommen, so daß die Buchse auf ähnliche Weise wie der Hebel 67 axial bewegt wird.
In einer ersten Position ist die Buchse 159 wie in Fig. 3 gezeigt angeordnet, so daß die innere Wahlkeilverzahnung 164 die linke Keilverzahnung 147A an der röhrenförmigen Verlängerung 145 des Trägers in Eingriff nimmt, um das äußere Gehäuse der Viskokupplung 155 mit dem Träger 136 zu verbinden. In dieser Position befindet sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit hohem Widerstand.
In einer zweiten Position ist die Buchse 159 so angeordnet, daß die äußere Wahlkeilverzahnung 174 mit den Innenzähnen 133 am Hohlrad 131 in Eingriff steht, um das äußere Gehäuse der Viskokupplung 155 mit dem Hohlrad zu verbinden. In dieser Position befindet sich die Differentialanordnung 117 in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand.
Wie die Differentialanordnung 17 kann die Differentialanordnung 117 wahlweise in einer gesperrten Betriebsart und in einer freien Betriebsart betrieben werden. Die gesperrte Betriebsart wird dadurch erreicht, daß die Buchse 159 in eine Position bewegt wird, die bezüglich der in Fig. 3 gezeigten ganz rechts liegt; die äußere Wahlkeilverzahnung 174 bleibt mit den Hohlradzähnen 133 in Eingriff, während die · innere Wahlkeilverzahnung 164 mit der Keilverzahnung 147B an der röhrenförmigen Trägerverlängerung 145 in Eingriff gelangt. Die freie Betriebsart wird dadurch erreicht, daß die Buchse 159 in eine Position bewegt wird, die zwischen den Positionen für die Betriebsarten mit hohem und niedrigem Widerstand liegt, das heißt bezüglich der in Fig. 3 gezeigten Position etwas nach rechts; die innere Wahlkeilverzahnung 164 ist dann zwischen der Keilverzahnung 158 des Viskokupplungsgehäuses und der Keilverzahnung 147A an der röhrenförmigen Trägerverlängerung 145 angeordnet.
Obgleich die Differentialanordnung 17, 117 so angeordnet sein kann, daß die Anzahl der Zahnradzähne 33, 133 am Hohlrad 31, 131 doppelt so groß ist wie die Anzahl der Zahnradzähne am Sonnenrad 39, 139 und die Planetenräder 37, 137 und 38, 138 die gleiche Anzahl von Zahnradzähnen haben, ist dies nicht erfindungswesentlich, und in den Fällen, in denen andere Gangstufen gewählt werden, erfolgt eine angemessene Änderung der durch die Viskokupplung 55, 155 erzeugten Drehmomente in den Betriebsarten niedrig und hoch. Des weiteren müssen bei jeglicher Betrachtung der relativen Drehzahlen der Viskokupplungsglieder jegliche Änderung des Rollradius jedes der Laufräder 21, 24 und jegliche Unterschiede zwischen den Übersetzungsverhältnissen im Antriebsstrang von der Differentialanordnung 17, 117 zu den Laufrädern berücksichtigt werden.
Die Viskokupplungen 55 oder 155 könnten durch andere geeignete geschwindigkeitsabhängige Vorrichtungen, zum Beispiel eine 'Hydratrak' (Warenzeichen)- Einheit, wie sie in der US-A-5 598 911 dargestellt wird, oder eine Gerodisc (Warenzeichen)-Einheit, wie sie in der US-A-5 611 746 dargestellt wird, ersetzt werden.
Ebenso könnten andere Arten von Getriebedifferential, zum Beispiel ein Kegelraddifferential, anstelle der bei den Differentialanordnungen 17 und 117 verwendeten Planetendifferentiale verwendet werden, vorausgesetzt, es ist möglich, einen ersten Ausgang gezielt an einen zweiten Ausgang und den Eingang zu koppeln, um eine Betriebsart mit niedrigem Widerstand und eine Betriebsart mit hohem Widerstand bereitzustellen, wie oben beschrieben. Bei Kegelraddifferentialen können die Elemente des Eingangs und der beiden Ausgänge in der Regel nicht koaxial auf einer Seite des Differentials angeordnet werden, wie dies bei den in den Differentialanordnungen 17 und 117 verwendeten Planetendifferentialen der Fall ist. In einem solchen Fall können die Elemente des Eingangs und eines der Ausgänge koaxial auf einer Seite des Differentials zusammen mit einer Hohlwelle angeordnet werden, die über Zahnräder oder eine Kette durch eine Vorgelegewelle angetrieben wird, welche wiederum über Zahnräder oder eine Kette durch den anderen Ausgang angetrieben wird.
Obgleich die Differentialanordnungen 17 und 117 bei den oben beschriebenen Kraftübertragungen für Kraftfahrzeuge unter Bezugnahme auf ihre Verwendung als Mittendifferential zur Trennung des Antriebs zwischen Vorder- und Hinterrädern beschrieben worden sind, können sie auch als Achsdifferential zur Trennung des Antriebs zwischen Rädern auf der gleichen Achse verwendet werden.

Claims

1. Kraftübertragung (11) für Kraftfahrzeuge mit einer Differentialanordnung (17; 117) mit einem Eingang (31; 131) zur Verbindung mit einem Motor (13), einem ersten und einem zweiten Ausgang 139, 36; 139, 136) zur Übertragung von Antriebskraft von dem Eingang zu jeweiligen Laufrädern oder Laufradgruppen und einer geschwindigkeitsabhängigen Widerstandsvorrichtung (55; 155) zum Anlegen eines Reaktionsmoments als Reaktion auf eine relative Drehung zwischen den Ausgängen, wobei das Reaktionsmoment mit der Drehzahl der relativen Drehung größer wird, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwindigkeitsabhängige Widerstandsvorrichtung (55; 155) den ersten Ausgang (39; 139) gezielt an den zweiten Ausgang (36; 136) oder den Eingang (31; 131) koppelt, wodurch die Differentialanordnung (17; 117) mit mindestens zwei Betriebsarten versehen wird, einer Betriebsart mit niedrigem Widerstand, in der der relativen Drehung ein niedriger Widerstand entgegengesetzt wird, und einer Betriebsart mit hohem Widerstand, in der der relativen Drehung ein hoher Widerstand entgegengesetzt wird.

2. Kraftübertragung nach Anspruch 1, bei der die Differentialanordnung (17; 117) eine freie Betriebsart hat, in der der relativen Drehung zwischen den Ausgängen (39, 36; 139, 136) kein Widerstand entgegenwirkt.

3. Kraftübertragung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Differentialanordnung (17; 117) eine gesperrte Betriebsart hat, in der eine relative Drehung zwischen den Ausgängen (39, 36; 139, 136) verhindert wird.

4. Kraftübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betriebsart mit niedrigem Widerstand erhalten wird, wenn die Widerstandsvorrichtung (55; 155) zwischen dem ersten Ausgang (39; 139) und dem Eingang (31; 131) verbunden ist.

5. Kraftübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betriebsart mit hohem Widerstand erhalten wird, wenn die Widerstandsvorrichtung (55; 155) zwischen dem ersten Ausgang (39; 139) und dem zweiten Ausgang (36; 136) verbunden ist.

6. Kraftübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Differentialanordnung (17; 117) weiterhin eine Buchse (59; 159) umfaßt, die zwischen Positionen beweglich ist, in denen die Betriebsarten gewählt werden.

7. Kraftübertragung nach Anspruch 6, bei der die Widerstandsvorrichtung (55; 155) zwei Drehglieder (54, 56) aufweist, deren relative Drehung das Reaktionsmoment liefert, wobei ein Drehglied (54) an den ersten Ausgang (39; 139) gekoppelt ist und die Buchse (59; 159) an das andere Drehglied (56) gekoppelt ist, aber axial bezüglich diesem gleiten kann.

8. Kraftübertragung nach Anspruch 7, bei der die Buchse (59; 159) mit dem Differentialeingang (31; 131) gezielt verbunden werden kann, um die Betriebsart mit niedrigem Widerstand zu bewirken.

9. Kraftübertragung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Buchse (59; 159) mit dem zweiten Differentialausgang (36; 136) gezielt verbunden werden kann, um die Betriebsart mit hohem Widerstand zu bewirken.

10. Kraftübertragung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Buchse (59; 159) sowohl von dem zweiten Differentialausgang (36; 136) als auch von dem Differentialeingang (31; 131) gezielt getrennt werden kann, um die freie Betriebsart zu bewirken.

11. Kraftübertragung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Buchse (59; 159) mit dem Differentialeingang (31; 131) und dem zweiten Differentialausgang (36; 136) gezielt verbunden werden kann, um die gesperrte Betriebsart zu bewirken.

12. Kraftübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Differentialanordnung (17; 117) einen Planetenradsatz mit einem als der Eingang wirkenden Hohlrad (31; 131), einem als der erste Ausgang wirkenden Sonnenrad (39; 139), einem als der zweite Ausgang wirkenden Träger (36; 136), einem ersten Satz von Planetenrädern (37; 137), die jeweils von dem Träger drehbar gestützt werden und mit dem Hohlrad in kämmendem Eingriff stehen, und einem zweiten Satz von Planetenrädern (38; 138), die jeweils von dem Träger drehbar gestützt werden und sowohl mit einem jeweiligen Planetenrad des ersten Satzes als auch mit dem Sonnenrad in kämmendem Eingriff stehen, umfaßt.

13. Kraftübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die geschwindigkeitsabhängige Vorrichtung eine Viskokupplung (55; 155) ist.

14. Kraftübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und weiterhin mit einem Gruppengetriebe (15) mit einem oberen Bereich bei normaler Verwendung und einem unteren Bereich bei Verwendung unter schwierigen Bedingungen und einem Bereichswahlmechanismus (25) zur Bewirkung eines Wechsels zwischen dem oberen und unteren Bereich.

15. Kraftübertragung nach Anspruch 14, bei der der Betrieb der Differentialanordnung (17) mit dem Bereichswahlmechanismus (25) so wirkverbunden ist, daß die Differentialanordnung in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand betrieben werden kann, wenn das Gruppengetriebe (15) in den oberen Bereich geschaltet ist, und daß die Differentialanordnung in der Betriebsart mit hohem Widerstand betrieben werden kann, wenn das Gruppengetriebe in den unteren Bereich geschaltet ist.

16. Kraftübertragung nach Anspruch 14 oder 15, sofern von Anspruch 2 abhängig, weiterhin mit einem Hauptgetriebe (12) mit verschiedenen Vorwärtsgangstufen und einem Gangschaltmechanismus (25) zur Wahl verschiedener Gangstufen im Hauptgetriebe, wobei der Betrieb der Differentialanordnung (17) mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden ist, daß sich die Differentialanordnung (17) in der freien Betriebsart befindet, wenn das Gruppengetriebe (15) in den oberen Bereich geschaltet und im Hauptgetriebe eine hohe Gangstufe eingelegt ist.

17. Kraftübertragung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, sofern von Anspruch 3 abhängig, weiterhin mit einem Hauptgetriebe (12) mit mehreren Vorwärtsgangstufen und einem Gangschaltmechanismus (25) zur Wahl verschiedener Gangstufen im Hauptgetriebe, wobei der Betrieb der Differentialanordnung (17) mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden ist, daß sich die Differentialanordnung in der gesperrten Betriebsart befindet, wenn das Gruppengetriebe (15) in den unteren Bereich geschaltet und im Hauptgetriebe eine niedrige Gangstufe eingelegt ist.

18. Kraftübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin mit einem Hauptgetriebe (12) mit mehreren Vorwärtsgangstufen und einem Gangschaltmechanismus (25) zur Wahl verschiedener Gangstufen im Hauptgetriebe, wobei der Betrieb der Differentialanordnung (17; 117) mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden ist, daß sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit hohem Widerstand befindet, wenn im Hauptgetriebe eine niedrige Gangstufe eingelegt ist, und daß sich die Differentialanordnung in der Betriebsart mit niedrigem Widerstand befindet, wenn im Hauptgetriebe eine hohe Gangstufe eingelegt ist.

19. Kraftübertragung nach Anspruch 18, sofern von Anspruch 2 abhängig, bei der der Betrieb der Differentialanordnung (17; 117) mit dem Gangschaltmechanismus so wirkverbunden ist, daß sich die Differentialanordnung in der freien Betriebsart befindet, wenn im Hauptgetriebe (12) die höchste Gangstufe eingelegt ist.

20. Kraftübertragung nach Anspruch 18, sofern von Anspruch 3 abhängig, bei der der Betrieb der Differentialanordnung (17; 117) mit dem Gangschaltmechanismus (25) so wirkverbunden ist, daß sich die Differentialanordnung in der gesperrten Betriebsart befindet, wenn im Hauptgetriebe (12) die niedrigste Gangstufe eingelegt ist.

21. Kraftübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin mit einem Steuermittel (27) zum Schalten der Differentialanordnung (17; 117) zwischen der Betriebsart mit niedrigem und der mit hohem Widerstand, wobei das Steuermittel auf die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit reagiert, um die Differentialanordnung in die Betriebsart mit niedrigem Widerstand zu stellen, wenn das Fahrzeug schneller als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig fährt, und die Differentialanordnung in die Betriebsart mit hohem Widerstand zu stellen, wenn das Fahrzeug langsamer als die Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hochniedrig fährt.

22. Kraftübertragung nach Anspruch 2 oder einem davon abhängigen Anspruch, mit einem auf Fahrzeugfahrgeschwindigkeit reagierenden Steuermittel (27) zur Stellung der Differentialanordnung (17; 117) in die freie Betriebsart, wenn das Fahrzeug schneller als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei fährt.

23. Kraftübertragung nach Anspruch 16, Anspruch 19 oder einem beliebigen von Anspruch 16 oder Anspruch 19 abhängigen Anspruch, mit einem auf Fahrzeugfahrgeschwindigkeit reagierenden Steuermittel (27), das die freie Betriebsart sperrt, es sei denn, das Fahrzeug fährt schneller als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten niedrig/frei.

24. Kraftübertragung nach Anspruch 3 oder einem davon abhängigen Anspruch, mit einem auf Fahrzeugfahrgeschwindigkeit reagierenden Steuermittel (27) zum Stellen der Differentialanordnung (17; 117) in die gesperrte Betriebsart, wenn das Fahrzeug langsamer als eine Schwellenfahrgeschwindigkeit für die Betriebsarten hochgesperrt fährt.