CN103890446A - 用于车辆的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的驱动系统,其包括内燃机和扭转减振组件(10),其中,所述扭转减振组件(10)包括优选地与曲轴相联接的初级侧(12)和可克服减振元件组件(22)的作用相对于所述初级侧(12)旋转的次级侧(18),其中,所述减振元件组件(22)包括至少两个减振级(34、26),其中,具有较小刚度的第一减振级(34)基本上在所述初级侧(12)和次级侧(18)之间的第一相对旋转角度范围中起作用,并且具有较大刚度的第二减振级(26)基本上在初级侧(12)和次级侧(18)之间的第二相对旋转角度范围中起作用,此外,所述驱动系统还包括至少一个偏转质量摆动单元(40),该至少一个偏转质量摆动单元具有偏转质量支架(42)和通过偏转质量联接组件(54)以可相对于偏转质量支架(42)从基本相对位置偏转开的方式承载在所述偏转质量支架(42)上的偏转质量组件(45),其特征在于,为了产生从第一旋转角度范围到第二旋转角度范围的过渡所需要施加的过渡扭矩相当于在过渡转速时可由所述内燃机输出的最大扭矩,其中,所述过渡转速在900至1200U/min的范围中或/和在最大扭矩转速的范围中,在所述最大扭矩转速时内燃机可输出其最大扭矩。

Description

用于车辆的驱动系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的驱动系统,其包括内燃机和扭转减振组件,其中,该扭转减振组件包括优选地与曲轴相联接的初级侧和可克服减振元件组件的作用相对于初级侧旋转的次级侧,其中,减振元件组件包括至少两个减振级,其中,具有较小刚度的第一减振级基本上在初级侧和次级侧之间的第一相对旋转角度范围中起作用,并且具有较大刚度的第二减振级基本上在初级侧和次级侧之间的第二相对旋转角度范围中起作用,此外,该驱动系统还包括至少一个偏转质量摆动单元,该至少一个偏转质量摆动单元具有偏转质量支架和通过偏转质量联接组件以可相对于偏转质量支架从基本相对位置偏转开的方式承载在偏转质量支架上的偏转质量组件。
背景技术
这种类型的系统从文献DE102009042825A1中已知。在该已知的驱动系统中,扭转减振组件的初级侧连接到内燃机的曲轴处。扭转减振组件的次级侧与偏转质量摆动单元相连接。在该已知的实施方式中以径向相互嵌套的方式布置的两个串联的减振级在次级侧和初级侧之间起作用。偏转质量摆动单元构造成离心力质量摆动单元,即,所谓的转速自适应式缓冲器。该转速自适应式缓冲器根据一定的激励阶次确定,例如根据内燃机的点火频率进行设计。通过在初级侧和次级侧之间起作用的减振元件组件的两个径向相互嵌套的减振级,实现扭转减振组件的两级特性,在其中,当在初级侧施加过渡扭矩时,从通常较软的第一减振级过渡到通常较硬的第二减振级。
发明内容
本发明的目的是,设置一种用于车辆的驱动系统,其在初级侧和次级侧之间提供更高的解耦质量。
根据本发明,该目的通过一种用于车辆的驱动系统实现,该驱动系统包括内燃机和扭转减振组件,其中,该扭转减振组件包括优选地与曲轴相联接的初级侧和可克服减振元件组件的作用相对于初级侧旋转的次级侧,其中,减振元件组件包括至少两个减振级,其中,具有较小刚度的第一减振级基本上在初级侧和次级侧之间的第一相对旋转角度范围中起作用,并且具有较大刚度的第二减振级基本上在初级侧和次级侧之间的第二相对旋转角度范围中起作用,此外,该驱动系统包括至少一个偏转质量摆动单元,该至少一个偏转质量摆动单元具有偏转质量支架和通过偏转质量联接组件以可相对于偏转质量支架从基本相对位置偏转开的方式承载在偏转质量支架上的偏转质量组件。
在此还规定,为了产生从第一旋转角度范围到第二旋转角度范围的过渡而需要施加的过渡扭矩相当于在过渡转速时可由内燃机输出的最大扭矩,其中,过渡转速处于900至1200U/min的范围中或/和处于最大扭矩转速的范围中,在该最大扭矩转速时内燃机可输出其最大扭矩。
在已知的两级或多级工作的扭转减振组件中通常相对短暂地在空转转速上执行从第一减振级到第二减振级的过渡,以便能够将第一减振级作为起动级,该起动级提供在空转转速附近的充分解耦并且由此特别是也提供位于空转转速之下的固有频率,而在根据本发明的驱动系统中在两个减振级之间的过渡被转移到较高的转速范围中、特别是也转移到位于最大扭矩转速附近的转速范围中。由此,能够考虑在内燃机领域中可普遍观察到的发展趋势,在该发展趋势中,在相对低的、理想情况下非常接近空转转速的最大扭矩转速时已经达到可由内燃机输出的最大扭矩。由此,在相对大的转速范围中直到过渡到第二减振级、即具有较高刚度的减振级,扭转减振组件可提供改进的解耦质量。在较硬的、第二减振级的作用范围(该第二减振级原则上在较高的扭矩下、因而通常也在较高的转速下起作用)中偏转质量摆动单元可以发挥附加的减振或解耦作用,从而尽管在初级侧和次级侧之间的联接较硬,也可在较高的转速或较大的扭矩下保证改善的减振性能。
在一种特别优选的设计方案中可规定,过渡转速处于1000至1100U/min的范围中。
至少一个偏转质量摆动单元可构造成离心力质量摆动单元,其中,当偏转质量组件从相对于偏转质量支架的基本相对位置偏转开时,偏转质量组件相对于旋转轴线的径向距离变化。这种类型的通常作为转速自适应式缓冲器已知的摆动单元的特别的优点在于,该摆动单元可与激励阶次相协调,并且随着根据转速而移动的激励,这种类型的摆动单元的固有频率也移动,从而在所有转速范围中,可以有效的方式消除在振动激励方面临界的例如与内燃机点火频率相关的激励阶次。
在此,结构例如可如下,即,在偏转质量支架或/和偏转质量组件处设置具有拱顶区域的至少一个引导轨道,并且偏转质量联接组件包括可沿着该引导轨道运动的联接机构,其中,当偏转质量组件从基本相对位置偏转开时,联接机构从设置在偏转质量支架中的引导轨道的拱顶区域或/和设置在偏转质量组件中的引导轨道中的拱顶区域开始运动。
替代地或附加地,可规定,至少一个偏转质量摆动单元构造成弹簧质量摆动单元,其中,偏转质量联接组件包括相对于偏转质量支架和偏转质量组件支撑或可支撑的弹簧组件。这种类型的通常被称为固定频率缓冲器的偏转质量摆动单元的设计方案保证了对随着基本上通过该摆动单元的固有频率限定的振动频率出现的激励进行的减振。例如,当由于非常低的最大扭矩转速使内燃机原则上通常在相对低的转速中运行并且就此而言构造成离心力质量摆动单元的偏转质量摆动单元由于缺少充分的离心力而不能充分发挥其作用时,这种类型的设计方案是特别有利的。
在此,例如可规定,弹簧质量摆动单元的固有频率处于最大扭矩转速的范围中。
有利地,至少一个偏转质量摆动单元被分配给次级侧。
当内燃机为柴油机时,根据本发明的驱动系统的设计方案是特别有利的。这种类型的柴油机在相对低的转速下运行并且具有相对低的最大扭矩转速,从而原则上存在以下可能性,即,在最大扭矩转速或在此可由内燃机输出的最大扭矩附近选择在扭转减振组件的两个减振级之间的过渡。
就此而言应指出的是,在本发明的意义上,第一减振级和第二减振级、确切地说分别与第一减振级和第二减振级相关联的在初级侧和次级侧之间的相对旋转角度范围不一定必须为从在初级侧和次级侧之间的中性相对旋转位置开始直接起作用的减振级。即,例如在第一减振级之前可连接一个或必要时多个其它减振级,其可在待传递的扭矩相对很小时、例如以起动减振级的意义起作用。紧接着第二减振级或与该第二减振级相关联的第二相对旋转角度范围,也可设置一个或多个其它减振级或相对旋转角度范围,例如,以便也可将在极高的待传递的扭矩范围中、例如在换档冲击或负荷变化振动时的减振设计成多级的。例如,在本发明的意义上所讨论的减振级、即第一减振级和第二减振级和在其之间限定的过渡可被视为扭转减振组件的这样的作用范围,即,内燃机的最大扭矩也处于该作用范围中或待在该作用范围中被传递或者例如在该作用范围中也引起在两个减振级之间的切换。即,这意味着,例如内燃机的最大扭矩或者在根据本发明可被视为第一减振级的减振级的弹性作用范围中或者在根据本发明可被视为第二减振级的减振级的弹性作用范围中被传递。
附图说明
下面参照附图详细描述本发明。其中:
图1示出了用于驱动系统的扭转减振组件的轴向视图;
图2在其示图a和b中示出了可由内燃机输出的最大扭矩随转速变化的曲线以及在两个减振级之间的过渡;
图3在其相应于图2的示图a和b的图示中示出了另一扭矩变化曲线。
具体实施方式
图1以轴向视图示出了扭转减振组件10,其原则上按照双质量飞轮的形式构造。扭转减振组件10包括例如构造成带有两个盖盘元件的初级侧12,该初级侧需在两个盖盘元件中的一个的区域中例如通过螺纹连接连接到内燃机、即其曲轴上。
次级侧18包括利用两个支撑臂14、16朝向径向外部接合到初级侧12的两个盖盘元件之间的中央盘元件。在所示出的实施例中,这两个支撑臂14、16例如通过铆接与环形的承载元件20固定连接,该承载元件20例如可通过螺纹连接或铆接与其它的传动系组件、例如摩擦离合器固定连接。
总地以22表示的减振元件组件在初级侧12和次级侧18之间作用。该减振元件组件在所示的示例中包括两个弹簧单元24、24',其基本上可构造成彼此相同。弹簧单元24、24'中的每一个包括在周向上围绕旋转轴线A彼此相继的多个例如以预紧的方式安装的减振弹簧26、28、30、32、34。减振弹簧26、28、30、32、34在其彼此直接相邻的端部区域中,相对于彼此通过例如实施成滑块的支撑元件36彼此支撑,其中,该支撑元件36例如也可朝向径向外部支撑在构造在初级侧12处的引导面38上。弹簧单元24、24'在其周向端部区域中,通过其它总地被称为弹簧座圈的支撑元件38支撑或可支撑在次级侧18的支撑臂14、16上或初级侧12的相应的支撑区域上以传递扭矩。
当在初级侧12和次级侧18之间发生相对旋转时,两个弹簧单元24、24'分别在支撑臂14、16之一和对应的初级侧12的支撑区域之间被压缩。在此,通过设计不同的减振弹簧26、28、30、32、34的刚度可实现多级的减振器运行,其中,首先压缩分别较软的减振弹簧,然后压缩接着的、分别具有增加的弹簧常数的减振弹簧。如果例如弹簧单元24、24'的减振弹簧28为具有最小刚度、即最小弹簧常数的减振弹簧,则首先压缩这些弹簧28,例如直至分别支撑这些弹簧的支撑元件36彼此贴靠而不能继续压缩弹簧28。随后,压缩具有下一较高刚度的弹簧。
为了构造减振弹簧26、28、30、32、34,此外可实施成,这些减振弹簧例如在减振弹簧28的情况下可实施成单独的弹簧,或者例如在减振弹簧26的情况下可通过多个、在此为三个的位于彼此中的弹簧形成。如果这些嵌套到彼此中的弹簧相对于彼此具有不同的长度,则在此也可首先压缩较长的弹簧,从而也由此在各个减振弹簧本身中已经实现了多级的作用方式。
然而原则上应指出的是,也可如在开头讨论的具有两个径向地嵌套到彼此中的减振级的文献DE102009042825A1中那样,实现具有多个减振级的扭转减振组件10的设计方案。
在扭转减振组件10中,在次级侧18上还设置有总地以40表示的离心力质量摆动单元形式的偏转质量摆动单元,即,转速自适应式缓冲器。该偏转质量摆动单元40包括例如通过承载两个支撑臂14、16的承载元件20提供的偏转质量支架42和另一在图中未示出的互补的位于支撑臂14、16的径向内部区域之上的环形盘元件。在所示的示例中,四个提供偏转质量组件45的偏转质量44位于偏转质量支架42的这两个也相互固定连接的盘元件之间。在每个偏转质量44中,周向间隔地构造有两个引导轨道46或46',其具有位于径向内部的拱顶区域48、48'。与这些引导轨道46、46'对应地,在偏转质量支架42中、即两个保持彼此间隔开的盘形件中设置引导轨道50、50',其具有位于径向外部的拱顶区域52、52'。
总地以54表示的偏转质量组件以分配给每个偏转质量44的方式包括两个栓形地构造的联接机构56、56'。在此,联接机构中的一个分别被分配给引导轨道46和50,而联接机构中的另一个被分配给引导轨道46'和50'。
在离心力作用和偏转质量44相对于偏转质量支架42尽可能径向外部地布置的倾向下,联接机构56、56'分别位于其对应的拱顶区域48、52和48'、52'中。这意味着,偏转质量44在相对于偏转质量支架42的基本相对位置中,在该位置其也占据其最远的位于径向外部的定位、即能量上最有利的定位。如果出现扭转振动或旋转不均匀性,则与此伴随的周向加速度引起偏转质量44沿周向从其相对于偏转质量支架42的基本相对位置偏转。由于一方面在偏转质量44中以及另一方面在偏转质量支架42中的彼此对应的引导轨道的弯曲,由此强制偏转质量44径向向内移动,其中,该偏转质量在离心势能中吸收能量并且激励振动。
通过设计偏转质量44的质量、偏转质量相对于旋转轴线A的径向距离以及引导轨道46、46'、50、50'的弯曲,可以根据激励的阶次、例如点火频率的一阶、二阶或三阶设计偏转质量摆动单元40。当然,由于点火频率随着转速变化,激励的阶次也移动,其中,由于也随着转速增加的离心力,偏转质量摆动单元40的固有频率以相应的方式移动,因而仍与激励的阶次保持协调。由此,可以例如为内燃机的整个在行驶状态中出现的转速范围消除在其振动激励方面特别临界的阶次,例如点火频率。
在现代的内燃机、特别是柴油机中,通常存在的趋势是,该内燃机的最大扭矩向尽可能低的最大扭矩转速方向移动。为了特别是在现代内燃机的这种类型的设计方案的背景下可进一步改进根据本发明构造的扭转减振组件10或配备有该扭转减振组件10的驱动系统的减振性能或解耦质量,如以下参照图2和图3根据不同的实施例阐述的那样,以特殊的方式使在两个减振级的作用区域之间的过渡与内燃机的扭矩特性相协调。示例性地对于以下阐述假定,在本发明的意义上被称为第二减振级的减振级通过弹簧单元24、24'的减振弹簧26提供,其在此同时也具有最大的弹簧刚度、即通过多个弹簧特征曲线的叠加而具有最大的弹簧常数,而直接紧接的在本发明的意义上被视为第一减振级的减振级例如可通过两个弹簧单元24、24'的减振弹簧34提供。那么,通过减振弹簧28、30和32提供的减振级例如可在扭矩较小时起作用。尽管如此还应再次强调的是,例如在扭矩区域或作用区域中,在第二减振级上也可连接一个或多个还较硬的减振级。以下参照图2和图3观察到的在两个减振级、即例如通过减振弹簧26和34提供的两个减振级的有效性之间的过渡处是内燃机最大扭矩所在的或传递内燃机最大扭矩的过渡区域。
图2a在转速n上示出了在相应转速时可由内燃机在相应的全负荷状态下输出的最大扭矩M。利用nL表示空转转速,而利用nM表示最大扭矩转速,即这样的转速,在该转速时在全负荷状态下内燃机可输出其最大扭矩MM。假设在图2a中示出的示例中该最大扭矩转速nM在约1300至1400U/min。
通过设计减振弹簧26或34的刚度或弹簧常数,在过渡角度αü处达到第一相对旋转角度范围α1和第二相对旋转角度范围α2之间的过渡,在所述第一相对旋转角度范围α1中例如具有弹簧常数C1的减振弹簧26起作用,在所述第二相对旋转角度范围α2中具有较大弹簧常数C2、即较高刚度的减振弹簧34起作用。在此应再次强调的是,第一相对旋转角度范围α1不必在存在于无负荷状态中的在初级侧12和次级侧18之间的基本相对位置处开始。
通过选择刚度或弹簧常数C1和C2实现,在待在初级侧12和次级侧18之间传递的过渡扭矩Mü处出现过渡,如其在图2a中示出,所述过渡扭矩位于最大扭矩MM之下并且例如可在全负载状态中在过渡转速nü时实现。在图2中示出的示例中,该过渡转速nü处于900至1200U/min之间的转速范围中、理想地处于1000至1100U/min之间的转速范围中,然而在最大扭矩转速nM之下。
在扭转减振组件10的该设计方案中,在第二减振级、即在第二相对旋转角度范围α2中传递该最大扭矩MM。然而,在两个减振级之间的过渡相对接近最大扭矩MM处,从而可以在一个宽的待传递扭矩范围内利用第一减振级或者必要时还要更软的减振级工作,并且由此可实现非常好的解耦质量。在较高的转速时、特别是当在较高的负荷范围内第二减振级起作用时,可更加明显地感觉到与次级侧18相关联的偏转质量摆动单元40的存在,因为通过弹簧单元24、24'的弹性已经减弱了大部分旋转不均匀性这一事实,所以可通过较小的偏转质量因而也以较小的结构尺寸提供该偏转质量摆动单元。
特别是当扭转减振组件10构造成具有仅仅两个减振级时,由此第一减振级的作用范围超过围绕空转转速或此处出现的最大扭矩的范围,从而可在明显更大的、具有较小刚度进而具有更好解耦质量的第一相对旋转角度范围α1中工作。
图3a和3b示出了一个设计示例,在其中,通过相应地设计例如再次通过减振弹簧26和34提供的第一或第二减振级的弹簧常数C1和C2,在第一相对旋转角度范围α1和第二相对旋转角度范围α2之间的过渡在过渡扭矩Mü处出现,该过渡扭矩相当于内燃机的最大扭矩,即,该过渡扭矩在全负荷状态中在最大扭矩转速nM时输出。也就是说,具有其弹簧常数或刚度C1的第一减振级起作用,直至达到该最大扭矩或过渡扭矩Mü,之后,当内燃机输出其最大扭矩M时,出现到第二减振级中的过渡。其结果是,基本上在内燃机的整个扭矩范围中可以相对软的特征曲线在第一相对旋转角度范围α1中工作。仅仅当例如在出现换档冲击或负荷变化振动时超过可由内燃机最大输出的最大扭矩MM(这种情况可能最大至1.4的倍数)时,第二减振级在第二相对旋转角度范围α2中起作用。在正常行驶状态中,即使在输出最大扭矩时,实际上也不会进入该相对旋转角度范围中。
应结合图3指出的是,在此示出的示例中,最大扭矩转速nM位于上文已参照图2讨论的900至1200U/min之间的转速范围中。当然,在高于1200U/min转速的最大扭矩转速处、例如在图2所示的范围中也可选择处于考虑之列的减振级的在图3中示出的设计方案。然而最大扭矩转速nM越接近空转转速nL,在设计方面可供使用的转速范围越窄并且越推荐在图3中示出的设计方案。
也应结合图3阐述的是,当然还可以在此处以第一相对旋转角度范围α1表明的第一减振级之前连接一个另外的减振级或必要时多个另外的减振级,例如以提供起动减振级。在此,基本上通过以下方式限定第一减振级和第二减振级,即,在这两个减振级之间的过渡近似在以下地方出现,即,可在最大扭矩转速NM下产生的最大扭矩MM施加在传动系上的地方。最终,通过最大扭矩MM还提供的过渡扭矩Mü限定在两个相对旋转角度范围α1和α2之间的过渡角度αü
如已经阐述的那样,尤其当最大扭矩转速nM相对靠近空转转速nL时,推荐在图3中示出的设计方案。在这种类型的驱动系统中,即,其中内燃机在非常低的转速时已经可输出其最大扭矩MM,在运行中实际上不再调用超过最大扭矩转速nM很多的转速范围。也就是说,不再使用或者以明显更低的频率使用转速明显较高的范围,结果是,为了有效地作用需要更高转速和与此伴随的更高离心力的转速自适应式缓冲器,就本发明而言即离心力质量摆动单元,仅仅受限地起作用。因此,在该驱动系统的设计方案中,作为这种类型的离心力质量摆动单元的替代或附加可使用设计成固定频率缓冲器、即构造成弹簧质量摆动单元的偏转质量摆动单元。在这种类型的结构中,多个或必要时唯一的偏转质量克服例如通过弹簧或类似部件构造的弹性组件的复位作用而运动,其中,通过一方面设计弹簧常数并且另一方面设计质量比例关系,可实现与确定的激励频率、例如最大扭矩转速MM的协调。这意味着,当在一定的频带中过渡到第二相对旋转角度范围α2中时这种类型的固定频率缓冲器可以起作用,从而特别是在出现负荷变化振动或换档冲击等时,附加的减振方案可以起作用。
最终应指出的是,当然特别是在次级侧处可设置多个偏转质量摆动单元,例如构造成固定频率缓冲器或构造成转速自适应式缓冲器或其组合。

Claims (8)

1.一种用于车辆的驱动系统,其包括内燃机和扭转减振组件(10),其中,所述扭转减振组件(10)包括优选地与曲轴相联接的初级侧(12)和能够克服减振元件组件(22)的作用相对于所述初级侧(12)旋转的次级侧(18),其中,所述减振元件组件(22)包括至少两个减振级(34、26),其中,具有较小刚度的第一减振级(34)基本上在所述初级侧(12)和次级侧(18)之间的第一相对旋转角度范围(α1)中起作用,并且具有较大刚度的第二减振级(26)基本上在初级侧(12)和次级侧(18)之间的第二相对旋转角度范围(α2)中起作用,此外,所述驱动系统还包括至少一个偏转质量摆动单元(40),该至少一个偏转质量摆动单元具有偏转质量支架(42)和通过偏转质量联接组件(54)以能够相对于偏转质量支架(42)从基本相对位置偏转开的方式承载在所述偏转质量支架(42)上的偏转质量组件(45),其特征在于,为了产生从所述第一旋转角度范围(α1)到所述第二旋转角度范围(α2)的过渡而需施加的过渡扭矩(Mn)相当于在过渡转速(nü)时能由内燃机输出的最大扭矩(M),其中,所述过渡转速(nü)处于900至1200U/min的范围中或/和处于最大扭矩转速(nM)的范围中,在该最大扭矩转速时内燃机能够输出其最大扭矩(MM)。
2.根据权利要求1所述的驱动系统,其特征在于,所述过渡转速(nü)处于1000至1100U/min的范围中。
3.根据权利要求1或2所述的驱动系统,其特征在于,至少一个偏转质量摆动单元(40)为离心力质量摆动单元,其中,当所述偏转质量组件(45)从相对于所述偏转质量支架(42)的基本相对位置偏转开时,所述偏转质量组件(45)相对于旋转轴线(A)的径向距离变化。
4.根据权利要求3所述的驱动系统,其特征在于,在所述偏转质量支架(42)或/和偏转质量组件(45)处设有具有拱顶区域(48、48'、52、52')的至少一个引导轨道(46、46'、50、50'),并且所述偏转质量联接组件(54)包括能沿着所述引导轨道(46、46'、50、50')运动的联接机构(56、56'),其中,当所述偏转质量组件(45)从基本相对位置偏转开时,所述联接机构(56、56')从设置在所述偏转质量支架(42)中的引导轨道(50、50')的拱顶区域或/和设置在所述偏转质量组件(45)中的引导轨道(46、46')的拱顶区域(48、48'、52、52')开始运动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动系统,其特征在于,至少一个偏转质量摆动单元为弹簧质量摆动单元,其中,所述偏转质量联接组件包括相对于偏转质量支架和偏转质量组件支撑或能支撑的弹簧组件。
6.根据权利要求5所述的驱动系统,其特征在于,所述弹簧质量摆动单元的固有频率处于所述最大扭矩转速(nM)的范围中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动系统,其特征在于,至少一个偏转质量摆动单元(40)被分配给所述次级侧(18)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动系统,其特征在于,所述内燃机为柴油机。
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