DE10152476A1 - Elektrodynamisches Antriebssystem - Google Patents

Elektrodynamisches Antriebssystem

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Abstract

Ein elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahrzeug weist ein Schaltgetriebe (6) und ein Planetengetriebe (14) auf, das die drei Elemente Sonnenrad (26), Hohlrad (12) und Planetenträger (18) umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Eingangswelle (28) des Schaltgetriebes (6) verbunden ist, ein zweites Element über ein Schwungrad (40) mit einer Abtriebswelle (8) einer Antriebsmaschine (4) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element mit einem Rotor (22) eines Elektromotors (24) verbunden ist. Eine Schalteinrichtung (20) weist eine erste Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (14) zur Überbrückung des Planetengetriebes (14) besteht, und die Schalteinrichtung (20) weist eine zweite Schaltstellung auf, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (14) unterbrochen ist. Die Abtriebswelle (8) der Antriebsmaschine (4) und das Schwungrad (40) bilden eine Primärmasse (42) einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung, die zwei gegeneinander verdrehbare Massen (42, 44) umfasst. Die Sekundärmasse (44) besteht aus dem überbrückten Planetengetriebe (14), der sich in der ersten Schaltstellung befindlichen Schalteinrichtung (20) und dem Rotor (22) des Elektromotors (24). Zwischen den beiden Massen (42, 44) ist eine Dämpfungseinrichtung (10) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisches Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aufgrund der diskontinuierlichen Arbeitsweise treten bei Verbrennungsmotoren eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungserscheinungen auf. Besonders bemerkbar machen sich die durch Drehmomentschwankungen des Verbrennungsmotors verursachten Drehschwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Diese pflanzen sich über die übrigen Fahrzeugkomponenten fort und führen zu einem für die Fahrzeuginsassen störenden Geräusch- und Vibrationspegel. Bedeutsam sind auch die durch Massenkräfte des Verbrennungsmotors hervorgerufenen Linerschwingungen des ganzen Motorblocks, die sich ebenfalls über den Antriebsstrang ausbreiten können.
  • Im konventionellen Antriebsstrang wird das zwischen Antriebsmotor und Getriebe angeordnete und mit der Reibungskupplung zusammenwirkende Schwungrad häufig als Zweimassenschwungrad ausgebildet, wodurch die Drehzahlen des Antriebsmotors im Leerlauf und bei Fahrbetrieb abgesenkt werden können. Daraus resultiert eine Einsparung an Betriebskosten als Folge eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs und ein Komfortgewinn durch geringere Geräuschbelastung, die sich als Getrieberasseln im Leerlauf und Brummgeräusche im Fahrbetrieb darstellen. Die Aufteilung der Primär- und Sekundärmasse des Zweimassenschwungrades ist entsprechend der schwingungstechnischen Abstimmung und Auslegung des Antriebsstranges in Grenzen frei wählbar. Ein Torsionsdämpfer befindet sich zwischen Primär- und Sekundärmasse. Die Reibungskupplung ist nachgeschaltet.
  • Zur Minderung der genannten Drehschwingungen schlägt die WO 98/05882 vor, im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen dessen Verbrennungsmotor und dessen Getriebe einen Drehschwingungsdämpfer anzuordnen, der ein vom Verbrennungsmotor angetriebenes Eingangsteil und ein mit einer Eingangswelle des Getriebes verbundenes Ausgangsteil aufweist, welches über eine Federung drehelastisch mit dem Eingangsteil verbunden ist. Der Drehschwingungsdämpfer ist in den Rotor der elektrischen Maschine integriert. Der prinzipielle Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Primärmassen auf der Verbrennungsmotorseite relativ zur Sekundärmassen auf der Getriebeseite sehr groß ist. Dadurch ist es bis zu einem gewissen Grad durch Abstimmung und Auslegung des Torsionsdämpfers möglich, Rasselgeräusche des Getriebes im Leerlauf und Brummgeräusche des Antriebstranges im Fahrbetrieb zu vermeiden. Konsequenz daraus ist eine minimale Motordrehzahl, die im Leerlauf aber auch im Fahrbetrieb nicht unterschritten werden kann. Der Einsatz eines herkömmlichen Zweimassenschwungrades ist teuer und kann problematisch sein, da man bei der Festlegung der Schwungmasse am Verbrennungsmotor durch die Massenträgheit des Rotors der elektrischen Maschine begrenzt ist. Eine Aufteilung der Drehmassen auf eine Primär- und eine Sekundärmasse kann nur begrenzt erfolgen. Die minimale Primärmasse wird bestimmt durch Massenträgheit des Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors und durch das minimal mögliche Massenträgheitsmoment der elektrischen Maschine, das durch die Momentanforderung und die Bauabmessungen, insbesondere die kurze Baulänge der elektrischen Maschine bestimmt ist.
  • Aus der DE 199 34 696 A1 ist ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug bekannt, das zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein Planetengetriebe aufweist, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst. Der Planetenträger als erstes Element ist mit dem Schaltgetriebe verbunden, das Hohlrad als zweites Element ist mit der Antriebsmaschine verbunden und das Sonnenrad als drittes Element ist mit wenigstens einem Elektromotor verbunden. Mit dieser Anordnung lässt sich die Antriebsmaschine starten, elektrische Energie erzeugen, elektrisch bremsen und das Fahrzeug auch aus dem Stand anfahren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrodynamisches Antriebssystem in Verbrauch, Komfort und Emissionsverhalten zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrodynamisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug weist ein Schaltgetriebe und ein Planetengetriebe auf, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst. Davon ist ein erstes Element mit einer Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden, ein zweites Element über ein Schwungrad mit einer Abtriebswelle einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs verbunden und ein drittes Element mit einem Rotor eines Elektromotors verbunden. Eine Schalteinrichtung weist eine erste Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes zur Überbrückung des Planetengetriebes besteht. Die Schalteinrichtung weist eine zweite Schaltstellung auf, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes unterbrochen ist. Eine Steuerung zum Betrieb des Antriebsystems ist vorhanden. Zur Bildung einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung im Antriebsstrang des Fahrzeugs, das zwei gegeneinander verdrehbar angeordnete Massen umfasst, wie dies auch in ähnlicher Weise bei einem Zweimassenschwungrad der Fall ist, werden die Drehmasse der Abtriebswelle der Antriebsmaschine und die Drehmasse des Schwungrades zu einer Primärmasse als einer der beiden gegeneinander verdrehbaren Massen zusammengefasst. Der Leerlaufanteil des Fahrbetriebs ist unbedeutend, da ein entsprechendes System im Stillstand den Verbrennungsmotor abschaltet. Im bedeutenden und überwiegenden Fahranteil ist die zum Anfahren des Fahrzeugs erforderliche Schaltkupplung in der ersten Schaltstellung, in der das Planetengetriebe überbrückt ist. In dieser Schaltstellung wird die zweite der beiden Massen als Sekundärmasse aus dem überbrückten Planetengetriebe, der sich in der ersten Schaltstellung befindlichen Schalteinrichtung und dem Rotor des Elektromotors gebildet. Zwischen den beiden gegeneinander verdrehbaren Massen ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die in einer bevorzugten Ausgestaltung aus mehreren, auf einem Umfang verteilten Torsionsdämpfern besteht. Die Torsionsdämpfer können ein- oder mehrstufig sein. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist die Massenträgheit der beiden gegeneinander verdrehbaren Massen und die schwingungstechnische Auslegung von Steifigkeit und Dämpfung der Dämpfungseinrichtung zwischen den beiden Massen angepasst an die Drehungleichförmigkeiten der Antriebsmaschine des Fahrzeugs. Hierdurch können die Vorteile eines Zweimassenschwungrades ohne Hinzunahme von Bauteilen erzielt werden.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektrodynamisches Antriebssystem 2, das zwischen einer Antriebsmaschine 4 und einem Schaltgetriebe 6 angeordnet ist. Von der Abtriebswelle 8 der Antriebsmaschine 4 wird über ein Schwungrad 40, eine Dämpfungseinrichtung 10 und eine Hohlradwelle 38 das Hohlrad 12 eines Planetengetriebes 14 angetrieben. Mit dem Hohlrad 12 kämmen Planetenräder 16, die auf einem Planetenträger 18 drehbar angeordnet sind. Der Planetenträger 18 ist mit einer Reibungskupplung als einer Schalteinrichtung 20 verbunden, über die der Rotor 22 eines Elektromotors 24 drehfest mit dem Planetenträger 18 verbunden werden kann. Mit dem Rotor 22 ist auch das Sonnenrad 26 des Planetengetriebes 14 drehfest verbunden. Der Planetenträger 18 ist drehfest mit der Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 6 verbunden, deren Verzahnung mit einer Verzahnung an der Vorgelegewelle 30 im Schaltgetriebe 6 kämmt. Andere Verzahnungen der Vorgelegewelle 30 kämmen mit Verzahnungen einer Abtriebswelle 36. Die Eingangswelle 28 weist einen Freilauf 32 auf, der die Eingangswelle 28 gegen ein Rückwärtsdrehen abstützt, wenn im Fahrzeugstillstand die Antriebsmaschine 4 gestartet wird. Die Abtriebswelle 8 der Antriebsmaschine 4 und das Schwungrad 40 bilden zusammen die Primärmasse 42 der Drehschwingungsdämpfungseinrichtung. Der Rotor 22 des Elektromotors 24, die Schalteinrichtung 20 und das Planetengetriebe 14 bilden zusammen die Sekundärmasse 44. Zwischen der Primärmasse 42 und der Sekundärmasse 44, die gegeneinander verdrehbar sind, ist die Dämpfungseinrichtung 10 angeordnet. Bezugszeichen 2 elektrodynamisches Antriebssystem
    4 Antriebsmaschine
    6 Schaltgetriebe
    8 Abtriebswelle
    10 Dämpfungseinrichtung
    12 Hohlrad
    14 Planetengetriebe
    16 Planetenrad
    18 Planetenträger
    20 Schalteinrichtung
    22 Rotor
    24 Elektromotor
    26 Sonnenrad
    28 Eingangswelle
    30 Vorgelegewelle
    32 Freilauf
    34 Gehäuse
    36 Abtriebswelle
    38 Hohlradwelle
    40 Schwungrad.
    42 Primärmasse
    44 Sekundärmasse

Claims (3)

1. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe (6) und einem Planetengetriebe (14), das die drei Elemente Sonnenrad (26), Hohlrad (12) und Planetenträger (18) umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Eingangswelle (28) des Schaltgetriebes (6) verbunden ist, ein zweites Element über ein Schwungrad (40) mit einer Abtriebswelle (8) einer Antriebsmaschine (4) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element mit einem Rotor (22) eines Elektromotors (24) verbunden ist, und mit einer Schalteinrichtung (20), die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (14) zur Überbrückung des Planetengetriebes (14) besteht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (14) unterbrochen ist, und mit einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (8) der Antriebsmaschine (4) und das Schwungrad (40) eine Primärmasse (42) einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung bilden, die zwei gegeneinander verdrehbare Massen (42, 44) umfasst, dass eine Sekundärmasse (44) aus dem überbrückten Planetengetriebe (14), der sich in der ersten Schaltstellung befindlichen Schalteinrichtung (20) und dem Rotor (22) des Elektromotors (24) besteht und dass zwischen den beiden Massen (42, 44) eine Dämpfungseinrichtung (10) vorgesehen ist.
2. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (10) mehrere auf einem Umfang verteilte Torsionsdämpfer umfasst.
3. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenträgheiten der beiden Massen (42, 44) und die schwingungstechnische Auslegung von Steifigkeit und Dämpfung der Dämpfungseinrichtung (10) zwischen den beiden Massen (42, 44) angepasst ist an die Drehungleichförmigkeiten der Antriebsmaschine (4) des Fahrzeugs.
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