DE10031312A1 - Vorrichtung zum Ausgleich eines Schleppmomentes, Verfahren zum Ansteuern der Vorrichtung und zwischen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und zumindest einem angetriebenen Rad anzuordnenden Laststrang - Google Patents

Vorrichtung zum Ausgleich eines Schleppmomentes, Verfahren zum Ansteuern der Vorrichtung und zwischen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und zumindest einem angetriebenen Rad anzuordnenden Laststrang

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DE10031312A1
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DE
Germany
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input shaft
braking device
transmission
gearbox
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Withdrawn
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DE10031312A
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English (en)
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Michael Hamann
Joerk Iftiger
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ZF Friedrichshafen AG
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Mannesmann Sachs AG
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Publication date
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Abstract

Eine Vorrichtung zum Ausgleich eines Schleppmomentes in einem Laststrang mit einer Brennkraftmaschine (1), einem schaltbaren Getriebe (2) und einer Kupplung (3) hat eine Beschleunigungs- und Bremseinrichtung (10). Die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung (10) erzeugt ein dem Schleppmoment entgegengesetztes Drehmoment und stellt sicher, daß eine Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (2) eine vorgesehene Synchrondrehzahl erreicht. Hierdurch wird ein Verschleiß des Getriebes (2) besonders gering gehalten. Der Laststrang gestaltet sich besonders kostengünstig.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich ei­ nes Schleppmomentes einer in einem Laststrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einer Brennkraftmaschine und ei­ nem Getriebe anzuordnenden Kupplung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern der Vorrichtung und einen zwischen einer Brennkraftmaschine eines Kraft­ fahrzeuges und zumindest einem angetriebenen Rad anzuord­ nenden Laststrang mit einer als Magnetpulverkupplung aus­ gebildeten Kupplung und einem automatisch ansteuerbaren Getriebe.
Aus der EP 0 108 507 B1 ist ein Laststrang für ein Kraft­ fahrzeug bekannt geworden, bei dem das Getriebe einen Transmissionsriemen zur Verbindung zweier im Durchmesser veränderlicher Scheiben hat. Zwischen einer Brennkraft­ maschine und dem Getriebe ist die als Magnetpulverkupp­ lung ausgebildete Kupplung angeordnet. Diese Magnet­ pulverkupplung hat den Vorteil, sich besonders genau do­ sieren und mit sehr geringem Aufwand elektrisch ansteuern zu lassen.
Nachteilig bei dem bekannten Laststrang ist jedoch, daß der Transmissionsriemen nur geringe Kräfte überträgt und daß die Riemenscheiben einem hohen Verschleiß unterlie­ gen.
Zur Übertragung von großen Momenten sind aus der Praxis Laststränge mit einem automatischen schaltbaren Getriebe und einer Mehrscheibenkupplung bekannt. Diese Mehrschei­ benkupplungen haben im ausgerückten Zustand im Vergleich zu der Magnetpulverkupplung ein besonders geringes Schleppmoment. Ein Schleppmoment führt bei Schaltvorgän­ gen des schaltbaren Getriebes zu einer starken mechani­ schen Beanspruchung der Synchroneinrichtung des Getriebes und der Schaltverzahnungen. Zur Verringerung des Schlepp­ momentes bei Mehrscheibenkupplungen sind aus der Praxis einzelne, zwischen den Scheiben angeordnete Federn be­ kannt. Hierdurch läßt sich das Schleppmoment dennoch nicht vollständig beseitigen. Die Mehrscheibenkupplung und das damit verbundene schaltbare Getriebe werden mit­ tels hydraulischer Aktuatoren angesteuert. Ein solcher Laststrang erfordert insbesondere für die Ansteuerung der Kupplung einen sehr großen baulichen Aufwand und ist da­ her sehr kostenintensiv.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ein Schleppmoment bei Kupplungen vermieden wird. Weiterhin soll ein Verfahren zum Ansteuern der Vorrichtung und ein besonders kostengünstiger Laststrang mit einer hohen Mo­ mentübertragung geschaffen werden.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß eine Getriebeeingangswelle mittels einer Be­ schleunigungs- und/oder Bremseinrichtung antreibbar ist und daß Steuermittel zur Ansteuerung der Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung vorgesehen sind.
Durch diese Gestaltung läßt sich durch eine entsprechende Ansteuerung der Beschleunigungs- und/oder Bremseinrich­ tung ein dem Schleppmoment entgegengesetztes Moment an der Getriebeeingangswelle aufbringen. Das Schleppmoment läßt sich hierdurch vollständig eliminieren. Hierdurch lassen sich für schaltbare Getriebe nahezu beliebig ge­ staltete Kupplungen einsetzen.
Die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung läßt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung be­ sonders einfach ansteuern, wenn sie einen Elektromotor aufweist.
Die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung könnte die Getriebeeingangswelle beispielsweise über ein Getriebe antreiben. Dies erfordert jedoch einen hohen baulichen Aufwand. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestaltet sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn auf der Getriebeein­ gangswelle ein Rotor des Elektromotors angeordnet ist.
Die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung könnte beispielsweise die Relativdrehzahl der Wellen der Kupp­ lung zueinander einstellen. Eine für das schaltbare Ge­ triebe vorgesehene Drehzahl läßt sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beson­ ders genau einstellen, wenn der Stator des Elektromotors an einem feststehenden Bauteil befestigt ist. Weiterhin wird hierdurch der Einfluß der Drehzahl der Brennkraft­ maschine auf die Drehzahl der Getriebeeingangswelle ver­ mieden.
Ein Anfahrvorgang oder ein Kriechen des Kraftfahrzeuges mit geringer Geschwindigkeit läßt sich gemäß einer ande­ ren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach un­ terstützen, wenn die Steuermittel eine elektronische Steuereinheit zur Ansteuerung der Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung und einen elektronischen Spei­ cher für den Fahrsituationen des Kraftfahrzeug entspre­ chende Steuersignale für die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestaltet sich besonders kostengünstig, wenn die Beschleunigungs- und/oder Brem­ seinrichtung eine Wirbelstrombremse aufweist.
Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb der Vorrichtung wird erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung beim Schalten des Getriebes angesteuert wird, bis die Drehzahl der Getriebeeingangswelle einen vorgesehenen Wert erreicht.
Die Ansteuerung der Beschleunigungs- und/oder Bremsein­ richtung zur Einstellung der Drehzahl der Getriebeein­ gangswelle führt automatisch zu der Eliminierung des Schleppmomentes der Kupplung. Bei dem vorgesehenen Wert der Drehzahl kann es sich um die Synchrondrehzahl des Ge­ triebes handeln. Durch eine Ansteuerung der Beschleuni­ gungs- und/oder Bremseinrichtung beim Schalten wird die Synchrondrehzahl zudem in kurzer Zeit erreicht. Hierdurch kann ein Schaltvorgang des automatisch schaltbaren Ge­ triebes in einer besonders kurzen Zeitspanne erfolgen.
Eine starke Belastung der Kupplung bei kurzzeitigen Lei­ stungsanforderungen der Brennkraftmaschine läßt sich ge­ mäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung einfach vermeiden, wenn die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung beim Anfahren oder Beschleuni­ gen des Kraftfahrzeuges zum Antrieb der Getriebeeingangs­ welle angesteuert wird. Hierdurch wird das Motormoment der Brennkraftmaschine durch das Drehmoment der Beschleu­ nigungs- und/oder Bremseinrichtung unterstützt und damit der Anfahrvorgang und der Beschleunigungsvorgang ver­ kürzt.
Beim Anhalten könnte die Beschleunigungs- und/oder Brems­ einrichtung beispielsweise stromlos geschaltet und kein Moment übertragen werden. Der Anhaltevorgang läßt sich jedoch gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung unterstützten, wenn beim Anhalten des Kraftfahrzeuges und in Betrieb befindlicher Brennkraft­ maschine die Drehzahl der Getriebeeingangswelle auf 0 min-1 geregelt wird. Durch eine geeignete Gestaltung der Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung läßt sich hierdurch zudem Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges in elektrische Energie umwandeln und anschließend speichern.
Beim Abbremsen der Getriebeeingangswelle auf die zum Schalten erforderliche Synchrondrehzahl wird durch das Schleppmoment der Kupplung die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine gedrosselt. Eine derartige Drosselung läßt sich vermeiden, indem Leistungsstellglieder der Brennkraftmaschine angesteuert werden. Ein Eingriff in die Leistungsstellglieder der Brennkraftmaschine läßt sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter­ bildung der Erfindung vermeiden, wenn bei ausgerückter Kupplung und einem Abbremsen der Getriebeeingangswelle ein Kurbelwellen-Starter-Generator zur Regelung der Kur­ belwellendrehzahl angesteuert wird.
Das letztgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines besonders kostengünstigen Laststrangs mit einer hohen Mo­ mentübertragung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kupplung eine Vorrichtung zum Ausgleich des Schlepp­ momentes nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü­ che hat und daß das Getriebe als schaltbares Getriebe ausgebildet ist.
Durch diese Gestaltung vermag das Getriebe sehr hohe Kräfte zu übertragen. Die Getriebeeingangswellendrehzahl läßt sich durch die Vorrichtung zum Ausgleich des Schleppmomentes einfach erreichen. Hierdurch wird ein Verschleiß des Getriebes besonders gering gehalten. Im Vergleich zu dem bekannten Laststrang gestaltet sich das Getriebe zudem besonders kostengünstig.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in einer einzigen Figur schema­ tisch einen Laststrang eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Der Laststrang hat eine Brennkraftmaschine 1 und ein Ge­ triebe 2. Zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Ge­ triebe 2 ist eine als Magnetpulverkupplung ausgebildete Kupplung 3 angeordnet. Die Kupplung 3 verbindet im be­ stromten Zustand eine Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschi­ ne 1 mit einer Getriebeeingangswelle 5. Das Getriebe 2 ist als automatisch schaltbares Getriebe ausgebildet und weist eine Getriebeausgangswelle 6 auf. An der Getriebe­ ausgangswelle 6 läßt sich eine nicht dargestellte, zu den Rädern des Kraftfahrzeuges führende Welle und ein Diffe­ rentialgetriebe anschließen. Auf der Kurbelwelle 4 ist ein Roror 7 eines Kurbelwellen-Starter-Generators 8 ange­ ordnet. Mit der Getriebeeingangswelle 5 ist ein Rotor 9 einer als Elektromotor ausgebildeten Beschleunigungs- und Bremseinrichtung 10 verbunden. Statoren 11, 12 des Kur­ belwellen-Starter-Generators 8 und der Beschleunigungs- und Bremseinrichtung 10 sind jeweils an feststehenden Bauteilen angeordnet. Das Getriebe 2, die Kupplung 3, der Kurbelwellen-Starter-Generator 8 und die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung 10 sind mit einer elektronischen Steuereinheit 13 verbunden. Die Steuereinheit 13 hat ei­ nen elektronischen Speicher 14 für den Fahrsituationen des Kraftfahrzeug entsprechende Steuersignale. Weiterhin ist die Steuereinheit 13 mit Drehzahlen der Kurbelwelle 4, der Getriebeeingangswelle 5 und der Getriebeausgangs­ welle 6 erfassenden Sensoren 15-17 verbunden.
Die als Magnetpulverkupplung ausgebildete Kupplung 3 er­ zeugt in stromlosem Zustand ein Schleppmoment. Dieses Schleppmoment wird genutzt, um das Kraftfahrzeug mit ge­ ringer Geschwindigkeit zu bewegen. Der Kurbelwellen- Starter-Generator 8 und die Beschleunigungs- und Brems­ einrichtung 10 werden hierbei nicht angesteuert. Beim Schalten des Getriebes 2 wird das Motormoment herunterge­ regelt und die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung 10 zur Erzeugung eines dem Schleppmoment entgegengesetzten Momentes angesteuert. Hierdurch wird die Getriebeein­ gangswelle 5 auf die Synchrondrehzahl des Getriebes 3 ge­ bracht. Das Getriebe 3 kann anschließend geschaltet wer­ den. Beim Wiedereinkuppeln wird die Kupplung 3 bestromt und überträgt damit das Drehmoment zwischen der Brenn­ kraftmaschine 1 und dem Getriebe 2. Beim Hochschalten des Getriebes 2 oder bei starkem Beschleunigen des Kraftfahr­ zeuges kann die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung 10 und der Kurbelwellen-Starter-Generator 8 zur Unterstüt­ zung des Motormomentes bestromt werden. Umgekehrt kann beim Anhalten des Kraftfahrzeuges mit eingelegtem Gang die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung 10 derart ange­ steuert werden, daß die Drehzahl der Getriebeausgangswel­ le 6 auf 0 min-1 gehalten wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Ausgleich eines Schleppmomentes einer in einem Laststrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe anzuordnenden Kupp­ lung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Getriebeeingangswelle (5) eine Beschleuni­ gungs- und/oder Bremseinrichtung (10) angeordnet ist und daß Steuermittel zur Ansteuerung der Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung (10) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung (10) einen Elektromotor hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Getriebeeingangswelle (5) ein Rotor (9) des Elektromotors angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) des Elektromotors an einem festste­ henden Bauteil befestigt ist.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine elektronische Steuereinheit (13) zur Ansteuerung der Beschleunigungs- und/oder Brems­ einrichtung (10) und einen elektronischen Speicher (14) für den Fahrsituationen des Kraftfahrzeug entsprechende Steuersignale für die Beschleunigungs- und/oder Bremsein­ richtung (10) aufweisen.
6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung (10) eine Wirbelstrombremse aufweist.
7. Verfahren zum Ansteuern einer Vorrichtung nach zumin­ dest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Getriebeeingangswelle (5) verbundene Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung (10) beim Schalten des Getriebes angesteuert wird, bis die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (5) einen vorgesehenen Wert er­ reicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung (10) beim Anfahren oder Beschleunigen des Kraftfahrzeuges zum Antrieb der Getriebeeingangswelle (5) angesteuert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anhalten des Kraftfahrzeuges und in Betrieb be­ findlicher Brennkraftmaschine (1) die Drehzahl der zu dem schaltbaren Getriebe (2) hinführenden Welle auf 0 min-1 geregelt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei ausgerückter Kupplung und einem Abbremsen der Ge­ triebeeingangswelle (5) ein Kurbelwellen-Starter- Generator (8) zur Regelung der Kurbelwellendrehzahl ange­ steuert wird.
11. Zwischen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeu­ ges und zumindest einem angetriebenen Rad anzuordnender Laststrang mit einer als Magnetpulverkupplung ausgebilde­ ten Kupplung und einem automatisch ansteuerbaren Getrie­ be, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (3) eine Vorrichtung zum Ausgleich des Schleppmomentes nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche hat und daß das Getriebe (2) als schaltbares Getriebe ausgebildet ist.
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