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Die
Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren
zum Reduzieren betriebszustandsabhängiger Drehschwingungen gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 12
näher definierten Art.
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Aus
der Praxis bekannte Fahrzeugantriebsstränge sind üblicherweise mit Verbrennungsmotoren
ausgebildet, bei welchen ein Antriebsmoment eines Verbrennungsmotors über ein
so genanntes Anfahrelement und eine Getriebevorrichtung an den jeweiligen
Betriebszustand eines Fahrzeuges angepasst in Richtung eines Abtriebs
geführt
wird. Die Anfahrelemente von Fahrzeugantriebssträngen sind beispielsweise als
hydrodynamische Drehmomentwandler mit oder ohne Überbrückungskupplung, als nasse oder
trockene Anfahrkupplungen außerhalb oder
innerhalb des Gehäuses
der Getriebevorrichtung und/oder als elektromotorische Elemente
ausgeführt,
wobei derartige Anfahrelemente auch in Kombination mit Torsionsdämpfern vorgesehen
werden.
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Die
Getriebevorrichtungen sind oftmals als Automatikgetriebe ausgebildet,
in deren Bereich verschiedene Übersetzungen
zur Drehzahl- und Drehmomentwandlung mittels einer entsprechenden Steuerung
automatisiert einstellbar sind, wobei die Automatikgetriebe beispielsweise
als Planetenradsatzgetriebe oder als Stirnrad-Doppelkupplungsgetriebe
ausgebildet sind.
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Des
Weiteren umfassen die Getriebevorrichtungen Zahnräder, welche üblicherweise
in so genannten Radsätzen
zusammengefasst und mit Wellen zur Weiterleitung eines Drehmomentes
verbunden sind. Eine jeweils angeforderte Übersetzung wird in den Getriebevorrichtungen
durch entsprechendes Schließen
und Öffnen
verschiedener Schaltelemente, wie Kupplungen, Brem sen oder Freiläufe eingestellt.
Das bedeutet, dass eine gewünschte Übersetzung
in einer Getriebevorrichtung durch Trennen bzw. Lösen verschiedener
Verbindungen zwischen den Zahnrädern
mit Hilfe von Kupplungen, Bremsen oder Freiläufen eingelegt wird und somit
für die
jeweilig angeforderte Übersetzung
nicht in einen Kraftschluss zuzuschaltende Kupplungen oder Bremsen in
einen geöffneten
Zustand überführt oder
in diesem belassen werden.
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Diese
Vorgehensweise führt
dazu, dass verschiedene Getriebeelemente, wie Wellen, Kupplungen,
Zahnräder
und dergleichen im Betrieb eines Fahrzeuges in der Getriebevorrichtung
Drehbewegungen ausführen,
ohne an einer Drehmomentübertragung
zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang beteiligt
zu sein, da sie sich in abgeschaltetem Zustand befinden. Derartige
Bauteile bzw. Getriebeelemente sind in so genannten Loszweigen einer
Getriebevorrichtung angeordnet.
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Bei
als Planetenradsatzgetriebe ausgeführten Automatikgetrieben umfassen
derartige Loszweige zur Getriebedrehachse konzentrische Wellen-
und Kupplungsanordnungen, die während
der Darstellung verschiedener Übersetzungen
nicht in den Kraftschluss zugeschaltet sind, während die Loszweige von als
Doppelkupplungsgetrieben ausgeführten
Getriebevorrichtungen die achsparallelen und jeweils nicht im Kraftfluss
liegenden Wellen mit den zugeordneten Stirnrädern umfassen.
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Das
Drehschwingungsverhalten derartiger Loszweige steht unter anderem
in Abhängigkeit
der Drehsteifigkeiten der Wellen, der Massenträgheitsmomente der Drehmassen
der Getriebeelemente, wie Kupplungslamellen, Töpfe, Zahnräder und dergleichen, sowie
der Verdrehspiele aller Getriebeelemente eines Loszweiges, welche
unter anderem aus Verzahlungsspielen resultieren. Die Drehschwingungen
werden unter anderem von einem Verbrennungsmotor in eine Getriebevorrichtung
eingeleitet und regen die nicht im Kraftfluss liegenden Loszweige
zu Schwingungen an.
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Darüber hinaus
werden die Drehschwingungen der Loszweige bei so genannten Standardantrieben
beispielsweise torsional über
eine Getriebeabtriebswelle und eine Gelenkwelle in Richtung eines Abtriebes
eines Fahrzeugs weitergeleitet, wo sie sich mit weiteren Eigenschwingungen
eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges in ungünstigen Betriebszuständen überlagern.
Die aus den Drehschwingungen und den Eigenschwingungen des Antriebsstranges
resultierenden Triebstrangschwingungen werden beispielsweise über eine
Aufhängung
eines Hinterachsdifferenzialgehäuses
eines Fahrzeuges in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet und beeinträchtigen einen
Fahrkomfort. Des Weiteren führen
die Drehschwingungen der Loszweige innerhalb einer Getriebevorrichtung
zu Rasselphänomenen
der Kupplungslamellen oder Steckverzahnungen von Schaltelementen
einer Getriebevorrichtung, die als Luft- oder Körperschall über das Getriebegehäuse einer Getriebevorrichtung
weitergeleitet werden bzw. translatorisch über die Lagerungen des Getriebegehäuses ebenfalls
in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet werden und von Fahrzeuginsassen
als störend empfunden
werden.
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Um
die Schwingungsanregung solcher Loszweige in den Fahrtkomfort in
geringeren Umfang beeinträchtigende
Schwingungsbereiche zu verlagern bzw. zu reduzieren, wird bei aus
der Praxis bekannten Automatikgetrieben eine Überbrückungskupplung eines als Drehmomentwandler
ausgeführten Anfahrelementes
in kritischen Betriebspunkten des Antriebshanges eines Fahrzeuges
geöffnet
oder mit hohem Schlupf betrieben und aufgrund der daraus resultierenden
Eigendämpfung
die Ausbildung einer Resonanzerscheinung in einer Getriebevorrichtung vermieden.
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Diese
Vorgehensweise ist bei als reibschlüssige Anfahrkupplung ausgebildeten
Anfahrelementen aufgrund des fehlenden hydrodynamischen Anfahrelementes
nicht bzw. nur stark eingeschränkt
realisierbar, da ein erhöhtes Kupplungsschleppmoment zwar
dämpfend
wirkt, jedoch hohe Verluste zur Folge hat und auch außerhalb
der benötigen
Betriebspunkte wirkt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung
für ein Fahrzeug
sowie ein Verfahren zum Reduzieren von betriebszustandsabhängigen Drehschwingungen
zur Verfügung
zu stellen, bei der oder mittels welcher aus betriebszustandsabhängigen Drehschwingungen von
aus dem Kraftfluss einer Getriebevorrichtung abgeschalteten Getriebeelementen
resultierende und einen Fahrkomfort beeinträchtigende Effekte aktiv beeinflusst
werden, um einen hohen Fahrkomfort gewährleisten zu können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug sowie mittels
eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. des
Patentanspruches 12 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung
für ein
Fahrzeug mit mehreren Schaltelementen, über welche mehrere Getriebeelemente
zur Darstellung verschiedener Übersetzungen
in einen Kraftfluss zuschaltbar und aus diesem abschaltbar sind, führen aus
dem Kraftfluss abgeschaltete Getriebeelemente betriebszustandsabhängige Drehschwingungen
aus, aus welchen einen Fahrkomfort beeinträchtigende Effekte resultieren.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens
eines der in abgeschaltetem Zustand vorwiegenden Getriebeelemente über ein
Schaltelement mit wenigstens einem weiteren Getriebeelement in Wirkverbindung
bringbar und/oder über
ein Schaltelement von einem Drehmoment führenden Bereich der Getriebevorrichtung
abkoppelbar und/oder mit einem von einer elektrischen Maschine erzeugten
Drehmoment beaufschlagbar, so dass die betriebszustandsabhängige Drehschwingung
des Getriebeelementes in einen Schwingungsbereich verlagert ist,
in dem die den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen
resultierenden Effekte reduziert sind.
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Bei
der erfindungsgemäß ausgeführten Getriebevorrichtung
ist eine aktive Beeinflussung von Loszweigen durch Dämpfung der
Dreheigenschwingungen von Loszweigen oder durch Abkopplung solcher
Loszweige möglich.
Dabei wird ein Schaltelement, welches zur Darstellung einer in der
Getriebevorrichtung eingelegten Übersetzung
bestimmungsgemäß nicht
vorgesehen ist, zum Zwecke der Dämpfung
bzw. zur Verhinderung von Dreheigenschwingungen von Getriebeelementen
eines Loszweiges teilweise geschlossen. Alternativ hierzu oder in
Kombination dazu wird ein Loszweig durch ein vorzugsweise gangabhängiges Öffnen eines
Schaltelementes, wie einer Kupplung, einer Bremse oder eines Freilaufes,
auf kostengünstige
Art und Weise vom Drehmoment führenden
Bereich einer Getriebevorrichtung abgekoppelt.
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Dabei
kann es vorgesehen sein, dass Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden
von Drehschwingungen der Loszweige durch eine entsprechende Einstellung
einer Übertragungsfähigkeit
eines oder mehrerer Schaltelemente und eine daraus resultierende
Reibungsdämpfung sowie
einem daraus entstehenden Verspannen, die beide Verdrehspiele vermeiden,
oder durch Abkoppeln eines Loszweiges, das eine Anregung eines Loszweiges
verändert,
gedämpft
und/oder verstimmt werden, so dass in einem Antriebsstrang eines
Fahrzeuges die einen Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den betriebszustandsabhängigen Drehschwingungen
resultierende Effekte minimiert bzw. vermieden werden.
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Darüber hinaus
ist es bei Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung vorgesehen,
dass durch entsprechende Betätigung
eines oder mehrere Schaltelemente alternativ oder zusätzlich ein
als Schwingungstilger ausgeführtes
Getriebeelement mit einem Getriebeelement eines Loszweiges bzw.
mit einem in abgeschaltetem Zustand vorliegenden Getriebeelement
in Wirkverbindung bringbar ist, um die Amplitude bzw. die Eigenfrequenz
der Drehschwingung des Getriebeelements des Loszweiges durch eine
Verände rung
der wirksamen Drehmassen derart zu verstimmen bzw. zu verändern, dass
die den Fahrkomfort beeinträchtigenden Effekte
reduziert bzw. eliminiert werden.
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Ist
die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung
mit einer elektrischen Maschine ausgebildet, ist durch eine entsprechende
Betätigung
der elektrischen Maschine auf eine vorzugsweise als Läufer ausgeführte Loszweigwelle
eines Loszweiges ein Drehmoment aufprägbar, das im Bereich eines
Loszweiges als Verspannmoment wirkt und die betriebszustandsabhängigen Drehschwingungen
eines Loszweiges bzw. eines Getriebeelementes eines solchen Loszweiges
in einen Umfang verändert,
dass die den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Effekte reduziert bzw. vollständig
eliminiert sind. Dabei ist eine generatorische Betriebsweise der
elektrischen Maschine vorteilhaft, da in diesem Betriebsbereich
keine zusätzlichen
Energieverluste auftreten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Reduzieren betriebszustandsabhängiger Drehschwingungen wenigstens
eines aus dem Kraftfluss abgeschalteten Getriebeelementes einer
Getriebevorrichtung wird die Übertragungsfähigkeit
eines geöffneten
Schaltelementes derart angehoben, dass das wenigstens eine abgeschaltete
Getriebeelement mit einem weiteren Getriebeelement in Wirkverbindung
steht, und/oder die Übertragungsfähigkeit
eines geschlossenen Schaltelementes derart abgesenkt, dass eine
Wirkverbindung zwischen dem wenigstens einen abgeschalteten Getriebeelement
und einem Kraftfluss führenden
Bereich der Getriebeeinrichtung wenigstens annähernd getrennt ist, und/oder über die
vorzugsweise generatorisch betriebene elektrische Maschine dem wenigstens
einen abgeschalteten Getriebeelement ein Drehmoment aufgeprägt, um die
den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Effekte, die aus der Drehschwingung wenigstens eines Getriebeelementes
eines Loszweiges resultieren, zu reduzieren bzw. zu eliminieren.
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Während des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine bedarfsgerechte Betätigung
eines oder mehrerer Schaltelemente, welche zur Darstellung einer
jeweils in der Getriebevorrichtung einzulegenden Übersetzung
in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung zugeschaltet werden oder
nicht zur Darstellung einer Übersetzung
vorgesehen sind, zur gezielten Abkopplung, Dämpfung oder Verstimmung der
Drehschwingungen der Loszweige durchgeführt. Dabei werden die Betriebspunkte,
zu welchen die erfindungsgemäße Vorgehensweise
durchgeführt
wird, vorzugsweise gezielt ermittelt, so dass das Verfahren nur
in schwingungstechnisch relevanten bzw. kritischen Betriebspunkten
ausgeführt
wird, und eine Getriebevorrichtung in den verbleibenden Betriebsbereichen
herkömmlich
betreibbar ist.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die
betriebszustandsabhängigen Drehschwingungen
von aus dem Kraftfluss abgeschalteten Getriebeelementen einer Getriebevorrichtung
ohne konstruktive Maßnahmen
in einen Schwingungsbereich verlagerbar sind, in den die den Fahrkomfort
beeinträchtigenden
und aus den Drehschwingungen resultierenden Effekte reduziert bzw. vollständig eliminiert
sind.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen,
wobei zugunsten der Übersichtlichkeit
in der Zeichnung für
bau- und funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines Antriebsstranges
eines Fahrzeuges;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges in einer 1 entsprechenden
Darstellung;
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3 eine 1 entsprechende
Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles
eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges;
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4 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges, der mit
einem als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildeten Automatikgetriebe ausgeführt ist;
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5 eine
schematisierte Darstellung eines fünften Ausführungsbeispieles eines Fahrzeugantriebsstranges,
wobei die Getriebevorrichtung mit einer elektrischen Maschine ausgebildet
ist;
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6 einen
mit einem Hybriddoppelkupplungsgetriebe ausgebildeten Fahrzeugantriebsstrang in
einer 1 entsprechenden Darstellung;
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7 eine
Weiterbildung des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 2;
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8 ein
stark vereinfachtes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Reduzieren von Drehschwingungen wenigstens eines aus dem Kraftfluss
einer Getriebevorrichtung abgeschalteten Getriebeelementes;
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9 ein
Räderschema
eines Sechsganggetriebes und ein damit korrespondierendes Schaltschema;
und
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10 ein
Räderschema
eines Achtganggetriebes mit damit korrespondierem Schaltschema.
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1 zeigt
einen Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeuges mit einer
Brennkraftmaschine 2, einer Getriebevorrichtung 3 und
einem Abtrieb 4. Die Getriebevorrichtung 3 ist
vorliegend als Automatikgetriebe ausgeführt, welches ein Planetengetriebe
ist. Zudem ist die Getriebevorrichtung 3 mit mehreren Schaltelementen
A, B und C sowie einem Anfahrelement 5 ausgebildet, wobei
das Anfahrelement 5 ein hydrodynamischer Drehmomentwandler
ist.
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Zur
Darstellung einer angeforderten Übersetzung
sind die Schaltelemente A und B geschlossen und das Schaltelement
C ist geöffnet.
Die zwischen den Schaltelementen A und B angeordneten Getriebeelemente 6 sind
dann in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung 3 zugeschaltet.
Die Getriebeelemente 7 sind bei geöffnetem Schaltelement C aus dem
Kraftfluss der Getriebevorrichtung 3 bzw. des Antriebsstranges 1 abgeschaltet.
Die Getriebeelemente 6 sind somit bei gleichzeitig geschlossenen Schaltelementen
A und B im Drehmoment führenden Lastzweig
der Getriebevorrichtung angeordnet, während die Getriebeelemente 7 bei
gleichzeitig geöffnetem
Schaltelement C den Loszweig der Getriebevorrichtung 3 bilden.
Im abgeschalteten Zustand führen die
Getriebeelemente 7 des Loszweiges in kritischen Betriebspunkten
des Antriebsstranges 1 bzw. der Getriebevorrichtung 3 betriebszustandsabhängige Drehschwingungen
aus, aus welchen einen Fahrkomfort beeinträchtigende Effekte resultieren.
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Um
die betriebszustandsabhängigen
Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 in einen Schwingungsbereich
zu verlagern, in dem die den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen
resultierenden Effekte reduziert sind, werden die in abgeschaltetem
Zustand vorliegenden Getriebeelemente 7 über das
Schaltelement C mit dem Lastzweig der Getriebevorrichtung 3 bzw.
mit den in den Kraftfluss zugeschalteten Getriebeelementen 6 in
Wirkverbindung gebracht. Dabei wird die Übertragungsfähigkeit
des Schaltelementes C durch entsprechende Betätigung des vorliegend als reibschlüssige Lamellenkupplung
oder -bremse ausgeführten
Schaltelementes C ausgehend von einem vollständig geöffneten Zustand, in dem über das Schaltelement
C im wesentlichen kein Drehmoment führbar ist, angehoben und der
Loszweig der Getriebevorrichtung 3 bzw. die Getriebeelemente 7 jeweils mit
einem Verspannmoment beaufschlagt, welches die Amplitude der Drehschwingungen
verringert und/oder die Eigenfrequenz der Drehschwingungen verändert. Dadurch
werden den Fahrkomfort beeinträchtigende
Effekte, wie Rasselphänomene
der Kupplungslamellen oder der Steckverzahnungen der Schaltelemente
und wiederum daraus resultierende Geräuschentwicklungen auf einfache
und kostengünstige
Art und Weise vermieden. Das Schaltelement C wird zur Dämpfung der
Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 des Loszweiges
der Getriebevorrichtung 3 schlupfend betrieben, wobei die
Lamellen des Schaltelementes C dabei leicht angelegt sind. In diesem
Betriebszustand des Schaltelementes C liegt eine Verspannung des
Loszweiges vor, die eine Dämpfung
der Drehschwingungen des Loszweiges der Getriebevorrichtung 3 mit
den Getriebeelementen 7 bewirkt
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Dabei
wird das Schaltelement C für
den Fall einer Resonanzanregung des Loszweiges mit den Getriebeelementen 7 in
Abhängigkeit
der Anregung, das heißt
in Abhängigkeit
einer Motordrehzahl, eines über
die Getriebevorrichtung geführten
Drehmomentes, einer Motordrehungleichförmigkeit, einer Laststellung
der Brennkraftmaschine 2, einer in der Getriebevorrichtung 3 eingelegten Übersetzung
und dergleichen mittels eines entsprechenden elektronischen Steuerungsgerätes betrieben
bzw. dessen Übertragungsfähigkeit
auf einen die den Fahrkomfort beeinträchtigenden Effekte reduzierenden
Wert eingestellt. Die Betätigung
bzw. die Übertragungsfähigkeit
des Schaltelementes C hängt
von in einem Kolbenraum des hydraulisch betätigbaren Schaltelementes C über eine
hydraulische und/oder elektrische Steuerung bedarfsgerecht eingestellten
hydraulischen Betätigungsdruck
ab.
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Hiervon
abweichend oder in Kombination hierzu besteht auch die Möglichkeit,
die gewünschte Übertragungsfähigkeit
des Schaltelementes C mittels einer gezielten Anfederung eines Kolbenelementes einzustellen
und die Dreh schwingungen des Loszweiges der Getriebevorrichtung 3 in
für einen
angestrebten Fahrkomfort erforderlichen Umfang zu dämpfen.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel des
Antriebsstranges 1 dargestellt, welches sich lediglich
im Bereich der Getriebevorrichtung 3 von dem Antriebsstrang 1 gemäß 1 unterscheidet.
Die Getriebevorrichtung 3 gemäß 2 ist im
Verbindungsbereich zwischen dem die Getriebeelemente 6 aufweisenden
Lastzweig und den Getriebeelementen 7 des Loszweiges mit
einem weiteren Schaltelement D ausgeführt, welches ebenfalls als
reibschlüssige
Kupplung ausgebildet ist. Um die Getriebeelemente 7 in
derselben Art und Weise wie beim Antriebsstrang 1 gemäß 1 aus
dem Kraftschluss des Antriebsstranges 1 zu führen, ist
es ausreichend, wenn entweder das Schaltelement C oder das Schaltelement
D geöffnet
ist.
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Um
die vorbeschriebenen Dreheigenschwingungen der Getriebeelemente
des Loszweiges in kritischen Betriebspunkten des Antriebsstranges 1 bzw. der
Getriebevorrichtung 3 zu eliminieren oder derart zu reduzieren,
dass die den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Effekte in gewünschtem
Umfang reduziert sind, wird das Schaltelement D geöffnet, womit
die Getriebeelemente 7 des Loszweiges vollständig vom Lastzweig
der Getriebevorrichtung 3 und auch vom Abtrieb 4 des
Antriebsstranges 1 abgekoppelt sind. Damit ist eine Weiterleitung
der Drehschwingungen der Getriebeelement 7 des Loszweiges
der Getriebevorrichtung 3 nicht möglich und eine Beeinträchtigung
des Fahrkomforts durch dessen Eigenschwingungen auf einfache Art
und Weise vermieden.
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Selbstverständlich besteht
jedoch auch die Möglichkeit,
die Schaltelemente C und D derart zu betätigen bzw. die Übertragungsfähigkeit
dieser Schaltelemente auf derartige Werte einzustellen, dass den
Getriebeelementen 7 des Loszweiges der Getriebevorrichtung 3 ein
die Drehschwingungen in einen Schwingungsbereich verlagerndes Verspannmoment
aufgeprägt
wird, in dem die den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen resultierenden
Effekte in gewünschtem
Umfang reduziert sind.
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Die
in 3 dargestellte dritte Ausführungsform des Antriebsstranges 1 stellt
ebenfalls eine Weiterbildung des in 1 dargestellten
Antriebsstranges 1 dar, wobei sich wiederum lediglich die
Getriebevorrichtungen 3 des Antriebsstranges 1 gemäß 1 und
des Antriebsstranges 1 gemäß 3 voneinander
unterscheiden, während
die restlichen Komponenten der Antriebsstränge 1 gemäß 1 und 3 einander
im Wesentlichen entsprechen.
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Die
Getriebevorrichtung 3 gemäß 3 ist ebenfalls
mit dem Schaltelement D ausgeführt,
wobei die Getriebeelemente 7 über das Schaltelement D nicht
in der zu 2 beschriebenen Art und Weise vollständig vom
Lastzweig bzw. den Getriebeelementen 6 abkoppelbar sind,
sondern über
das Schaltelement D mit einem weiteren vorliegend als Schwingungstilger
ausgeführten
Getriebeelement 8 betriebszustandsabhängig in Wirkverbindung bringbar sind,
um die Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 des Loszweiges
zur Reduzierung der den Fahrkomfort beeinträchtigenden Effekte zu verstimmen.
Dabei kann das Schaltelement D entweder als reibschlüssige Kupplung
oder als Freilauf ausgeführt sein,
um die Trägheitsmasse
des Getriebeelementes 8 bedarfsgerecht mit den Getriebeelementen 7 des Loszweiges
der Getriebevorrichtung 3 verbinden zu können.
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Bei
dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel des Antriebsstranges 1 ist
die Getriebevorrichtung 3 als Doppelkupplungsgetriebe mit dem
Schaltelement A und dem Schaltelement C ausgeführt, wobei die Getriebeelemente 6 bei
geschlossenem Schaltelement A im Lastzweig und die Getriebeelemente 7 bei
gleichzeitig geöffnetem
Schaltelement C im Loszweig der Getriebevorrichtung 3 angeordnet
sind. Um die Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 in
gewünschtem
Umfang zu dämpfen, wird
das Schaltelement C in der zu 1 näher beschriebenen
Art und Weise betätigt
bzw. dessen Übertra gungsfähigkeit
gegenüber
einem vollständig geöffneten
Zustand angehoben und in einen schlupfenden Betriebszustand mit
leicht aneinander angelegten Lamellen überführt, so dass der Loszweig verspannt
wird und die Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 zur
Reduzierung der den Fahrkomfort beeinträchtigenden Effekte.
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Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
des Antriebsstranges 1 zeigt 5, wobei
die Getriebevorrichtung 3 als ein Hybridautomatgetriebe
mit hydrodynamischen Anfahrelement in Planetenradbauweise ausgeführt ist
und im Wesentlichen der Ausgestaltung der Getriebevorrichtung 3 gemäß 1 entspricht.
Zusätzlich
ist die Getriebevorrichtung 3 mit einer elektrischen Maschine 9 ausgebildet,
von welcher den in abgeschaltetem Zustand vorliegenden Getriebeelementen 7 bzw.
dem Loszweig der Getriebevorrichtung 3 ein Drehmoment aufprägbar ist,
das die betriebszustandsabhängigen
Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 in einen Schwingungsbereich
verlagert, in dem die den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen
resultierenden Effekte in gewünschtem
Umfang reduziert sind.
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Dabei
besteht die Möglichkeit,
bei geöffnetem
Schaltelement C mittels der elektrischen Maschine ein konstantes
Moment in den Loszweig einzuleiten oder den Getriebeelementen 7 ein
wechselndes Drehmoment aufzuprägen,
um die Schwingungsamplitude der Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 des
Loszweiges der Getriebevorrichtung zu 3 dämpfen. Der
Loszweig der Getriebevorrichtung 3 befindet sich dabei
weiterhin in einem Wechselbetriebszustand, wenn das Drehmoment einen
betriebszustandabhängig
variierenden Schwellwert nicht überschreitet.
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Wird
der betriebszustandsabhängig
variierende Schwellwert des dem Loszweig der Getriebevorrichtung 3 von
der elektrischen Maschine aufgeprägten Drehmomentes überschritten,
wechselt der Loszweig vom Wechselbetriebszustand in den Schwellbetrieb,
während
welchem die Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 keinen
Nulldurchgang mehr aufweisen. Damit wird ein Wechsel der Anlage
zwischen den Flanken der miteinander kämmenden Zahnräder bzw.
Getriebeelemente 7 vermieden, womit ein so genanntes Schlagen
sowie eine daraus resultierende Geräuschentwicklung im Bereich
der Getriebevorrichtung auf einfache Art und Weise unterbunden ist.
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Dabei
sind die Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 mittels
des aufgeprägten
Drehmomentes der elektrischen Maschine 9 entweder oberhalb
oder unterhalb des Nulldurchganges verschiebbar. Die Richtung, in
welche die Schwingungen verschoben werden, hängen vom Vorzeichen des aufgeprägten Drehmomentes
der elektrischen Maschine ab, wobei von der elektrischen Maschine
im generatorischen Betrieb ein Bremsmoment und im motorischen Betrieb
ein Antriebsmoment in den Loszweig eingeleitet wird.
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Die
Getriebevorrichtung 3 des in 6 dargestellten
sechsten Ausführungsbeispieles
des Antriebsstranges 1 ist als Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe
ausgebildet, welches neben der als Booster oder Rekuperator wirkenden
elektrischen Maschine 9 mit einer zweiten elektrischen
Maschine 10, die als Starter-Generator-Einheit vorgesehen ist, ausgestattet
ist. Zur Darstellung einer in der Getriebevorrichtung 3 einzulegenden Übersetzung
ist das Schaltelement A vollständig
geschlossen und das Schaltelement C vollständig geöffnet, womit die Getriebeelemente 6 im
Lastzweig und die Getriebeelemente 7 im Loszweig der Getriebevorrichtung 3 angeordnet
sind. Gleichzeitig ist die zweite elektrische Maschine 10 abgeschaltet,
so dass von dieser kein Drehmoment in den Antriebsstrang 1 eingeleitet
wird.
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Wird
ein bezüglich
der Drehschwingungen des Loszweiges kritischer Betriebspunkt des
Antriebsstranges 1 bzw. der Getriebevorrichtung 3 von einem
elektrischen Steuergerät
erkannt, wird die elektrische Maschine 9 generatorisch
oder motorisch betrieben und eine Drehschwingung des Loszweiges bzw.
der Getriebeelemente 7 über
die elektrische Maschine 9 durch Aufprägen eines Drehmomentes verstimmt
und gedämpft,
womit ein Fahrkomfort in vorbeschriebener Art und Weise verbessert
wird.
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Ein
siebtes Ausführungsbeispiel
des Antriebsstranges 1 ist in 7 gezeigt,
das sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
des Antriebsstranges 1 durch zwei weitere Schaltelemente
K1 und K2 unterscheidet. Das Schaltelement K1 ist im Bereich des
hydrodynamischen Anfahrelementes 5 als so genannte Überbrückungskupplung
vorgesehen, um in an sich bekannter Art und Weise hydrodynamische
Verlustleistungen im Betrieb der Getriebevorrichtung 3 zu
reduzieren. Das Schaltelement K2 stellt eine Verteilerkupplung eines Allradsystems
dar, über
welche ein Getriebeausgangsmoment der Getriebevorrichtung 3 in
Fahrzeuglängsrichtung
zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen des Antriebsstranges 1 bedarfsgerecht verteilbar
ist.
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Ist
sowohl das Schaltelement A als auch das Schaltelement B zur Darstellung
einer angeforderten Übersetzung
der Getriebevorrichtung 3 geschlossen, ist das Schaltelement
C geöffnet,
womit die Getriebeelemente 6 im Lastzweig und die Getriebeelemente 7 im
Loszweig der Getriebevorrichtung 3 angeordnet sind. Zur
Reduzierung der Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 wird
das Schaltelement C in vorbeschriebener Art und Weise betätigt und
mit einer den Fahrkomfort verbessernden, Übertragungsfähigkeit
dargestellt.
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Des
Weiteren besteht bei dem in 7 dargestellten
Antriebsstrang 1 die Möglichkeit,
die den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Effekte, welche aus den Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 des Loszweiges
der Getriebevorrichtung 3 resultieren, durch zusätzliche
entsprechende Betätigung
der Schaltelemente K1 und/oder K2 weiter abzusenken und somit einen
Fahrkomfort zu verbessern. Dabei wird das Schaltelement K1 und/oder
das Schaltelement K2 mittels einer Schlupfregelung schlupfend bei niedriger
Differenzdrehzahl betrieben.
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Hiervon
abweichend besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Schaltelemente
K1 und K2 in vollständig
geschlossenem Zustand zu halten und eines der Schaltelemente A oder
B des Lastzweiges zusätzlich
zu der vorgeschriebenen Betätigung
des Schaltelementes C zur Reduzierung der den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Effekte schlupfend zu betreiben.
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8 zeigt
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
zum Reduzieren der den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen von
Getriebeelementen eines Loszweiges einer Getriebevorrichtung resultierenden
Effekte in Form eines stark schematisierten Ablaufdiagrammes. Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
beispielhaft anhand des Antriebsstranges 1 gemäß 1 in
Verbindung mit der Grafik gemäß 8 näher beschrieben.
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In
einem ersten Funktionsblock F1 wird in Abhängigkeit verschiedener Betriebszustandsparameter
des Antriebsstranges 1, wie der aktuell in der Getriebevorrichtung 3 eingelegten Übersetzung
i_ist, der Betriebstemperatur T_B, einer Motordrehzahl n_mot, einer
Motorlast m_mot und dergleichen, die Funktion Loszweigdämpfung aktiv
oder passiv geschaltet.
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Ein
zweiter Funktionsblock F2 ist zur Einstellung der Übertragungsfähigkeit
des Schaltelementes C vorgesehen, wobei hierfür ein Stromregler entsprechend
bestromt wird. Die Abhängigkeit
zwischen der Kupplungsfeinansteuerung und der Bestromung des Stromreglers
ist in 8 durch den Verlauf des Kupplungsdruckes p_C des
Schaltelementes C grafisch wiedergegeben. Der Kupplungsdruck bzw.
der Betätigungsdruck
p_C ist über
der Ventilbestromung l_C des dem Schaltelement C zugeordneten Stromreglers
aufgetragen. Der Arbeitsbereich der Loszweigdämpfung entspricht durch den
durch die Klammer 7 näher
gekennzeichneten Bestromungsbereich des Stromreglers und umfasst
einen unteren Druckbereich des Betätigungsdruckes p_C, zu dem über das
Schaltelement C nur geringe Drehmomente führbar sind und in dem von dem Schaltelement
C ein schwingungsdämpfendes
Reibmoment in den Loszweig eingeleitet wird. Das Schaltelement C
ist vorliegend mit einer in Öffnungsrichtung
des Schaltelementes C wirkenden Federeinrichtung ausgebildet und
mittels des hydraulischen Betätigungsdruckes p_C
in einen geschlossenen Zustand überführbar.
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Eine
hiervon abweichende Ausführungsform des
Schaltelementes C ist mit einer in Schließrichtung des Schaltelementes
wirkenden Federeinrichtung ausgebildet und mittels eines hydraulischen
Betätigungsdruckes
in einen geöffneten
Zustand überführbar, um
das Schaltelement C in der vorbeschriebenen Art und Weise zur Dämpfung der
Drehschwingungen der Getriebeelemente 7 des Loszweiges
der Getriebevorrichtung 3 mit der dafür erforderlichen Übertragungsfähigkeit
darstellen zu können.
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Soll
das Schaltelement C zur Darstellung einer Übersetzung in der Getriebevorrichtung 3 in
einen geschlossenen Zustand überführt werden,
wird der hydraulische Differenzdruck am Betätigungskolben des Schaltelementes
C derart eingestellt, dass dieser in Schließrichtung des Schaltelementes
C an dessen Kolben angreift und das Schaltelement mit seiner vollen Übertragungsfähigkeit
darstellbar ist.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung 3 erfolgt
die Betätigung
eines Schaltelementes, beispielsweise des Schaltelementes C des
Antriebsstranges 1 gemäß 1,
dadurch, dass an einem Betätigungskolben des
Schaltelementes die zur Darstellung des schwingungsdämpfenden
Verspannmomentes erforderliche axiale Anlegekraft durch eine geeignete
Auslegung des Rotationsdruckausgleichs bzw. der Stauscheibe oder
einer in Schließrichtung
wirkenden Feder erzeugt wird. Darüber hinaus kann das Schaltelement auch
ohne eine normalerweise das Schaltelement öffnende Federeinrichtung, ausgeführt sein
und im nicht druckbeaufschlagten Zustand die für die Dämpfung der Drehschwingungen
erforderliche Übertragungs fähigkeit
aufweisen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Schaltelement
durch eine Umkehr des Kolbendifferenzdruckes am Betätigungskolben
des Schaltelementes, das als Kupplung oder Bremse ausgeführt sein
kann, vollständig öffnet und eine
Schleppmomenterhöhung
bei inaktivem erfindungsgemäßen Verfahren
vermieden ist. Hierfür
ist beispielsweise eine vorhandene zweistufige Schaltelementbetätigung über zwei
entgegengesetzt wirkende Druckanteile nutzbar, wobei ein angesteuerter Druckanteil
allein den Betätigungskolben
des Schaltelementes aktiv gegen die selbstwirkende Schließkraft aufdrückt.
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Um
das die Drehschwingungen beeinflussende Moment des Schaltelementes über den
speziell angepassten, dynamischen Druckausgleich (Rotationsdruckausgleich)
zu erzeugen, ist der Rotationsdruckausgleich des die Wirkverbindung
zwischen dem abgeschalteten Getriebeelement und einem weiteren Getriebeelement
herstellenden Schaltelementes derart auszulegen, dass das Schaltelement im
abgeschalteten Zustand des Getriebeelementes eine Übertragungsfähigkeit
aufweist, die die den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen
resultierenden Effekte reduziert.
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Des
Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausgestaltung der
zur Beeinflussung der Drehschwingungen vorgesehenen Schaltelemente derart
ist, dass mit einem Schaltelement ein geringes Moment zur Schwingungsdämpfung darstellbar
ist und gleichzeitig die Abfuhr der dabei anfallenden Verlustwärme gewährleistet
ist. Hierfür
sind beispielsweise mehrstufige Weltfedern mit einer weichen ersten
Stufe, die zwischen dem Lamellenpaket und dem Betätigungskolben
angeordnet sind, einsetzbar. So besteht beispielsweise die Möglichkeit,
ein in Schließrichtung
hydraulisch betätigbares
Schaltelement, über
welches die Wirkverbindung zwischen dem wenigstens einen abgeschalteten
Getriebeelement und einem weiteren Getriebeelement herstellbar ist,
mit einer in Öffnungsrichtung
des Schaltelementes wirkenden Federeinrichtung auszubilden, die in
einem unteren Übertragungsbereich
des Schaltelementes eine klei nere Federkonstante als in einem oberen Übertragungsbereich
des Schaltelementes aufweist.
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Generell
sind die durch den zusätzlichen Schlupfbetrieb
höher belasteten
reibschlüssigen Schaltelemente
mit geeigneten Belagnuten auszuführen
und mit einer gegenüber
dem herkömmlichen Betrieb
erhöhten
Schmierölzufuhr
zu versorgen. Zur Vermeidung aufwendiger konstruktiver Änderungen an
sich bekannter reibschlüssiger
der Schaltelemente bietet es sich an, Schaltelemente einer Getriebevorrichtung
zur Schwingungsdämpfung
heranzuziehen, die zur Darstellung anderer Betriebszustandsverläufe, wie
einen Anfahrvorgang eines Fahrzeuges, bereits für höhere Belastungen ausgelegt
sind.
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In 9 ist
eine als Sechsganggetriebe ausgeführte Getriebevorrichtung 3 mit
mehreren Schaltelementen A, B, C, D und E mit einem korrespondierenden
Schaltschema dargestellt. Im Schaltschema sind die zur Darstellung
einer Übersetzung "1" bis "R" in
den Kraftfluss zuzuschaltenden Schaltelemente A bis E jeweils durch
ein mit einem Punkt versehenes Feld gekennzeichnet, während die
leeren Felder Schaltelemente kennzeichnen, welche bei der jeweiligen Übersetzung
aus dem Kraftfluss der Getriebevorrichtung 3 geschaltet
sind. Zur Darstellung der fünften Übersetzungsstufe "5" für
Vorwärtsfahrt
sind die Schaltelemente B und E in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung 3 geschaltet
und weisen ihre volle Übertragungsfähigkeit
auf, während
die Schaltelemente A, C und D vollständig geöffnet sind.
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Wird über das
elektronische Steuergerät
ein kritischer Betriebszustand erkannt, zu dem aus dem Kraftfluss
abgeschaltete Getriebeelemente den Fahrkomfort nachteilig beeinflussende
Drehschwingungen ausführen,
wird das Schaltelement A in vorbeschriebener Art und Weise derart
betätigt,
dass dessen Übertragungsfähigkeit
in einen den Fahrkomfort erhöhenden
Umfang angehoben wird und einem Loszweig der Getriebevorrichtung 3 gemäß 9 ein
Verspannmoment aufgeprägt
wird. Dadurch werden die Drehschwingungen der aus dem Kraftfluss abgeschalteten
Getriebeelemente in einen Schwingungsbereich verschoben, in dem
die aus den Drehschwingungen resultierenden und den Fahrkomfort negativ
beeinflussenden Effekte in gewünschtem Umfang
reduziert sind. Das Schaltelement A ist im Schaltschema in der Spalte
der fünften Übersetzungsstufe "5" durch ein X gekennzeichnet.
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Die
in 10 dargestellte Getriebevorrichtung 3 ist
als Acht-Gang-Getriebe
mit fünf
Schaltelementen A bis E ausgeführt.
Zur Darstellung einer Übersetzung "1" bis "R" sind
jeweils drei der Schaltelemente A bis E in den Kraftfluss geschaltet,
während jeweils
zwei Schaltelemente aus dem Kraftfluss der Getriebevorrichtung 3 abgeschaltet
sind und vollständig
geöffnet
sind.
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In
für den
Fahrkomfort kritischen Betriebspunkten der Getriebevorrichtung 3 bzw.
des mit der Getriebevorrichtung 3 ausgeführten Antriebsstranges
eines Fahrzeuges wird in den Übersetzungsstufen "Sechs", "Sieben" und "Acht" das an der Darstellung
dieser Übersetzungsstufen
nicht beteiligte Schaltelement B in der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art
und Weise betätigt
und dessen Übertragungsfähigkeit
auf einen vorzugsweise betriebszustandsabhängig variierenden Wert angehoben,
um die Drehschwingungen von aus dem Kraftfluss geschalteten Getriebeelementen
der Getriebevorrichtung 3 in einen Schwingungsbereich zu
verlagern, in dem die den Fahrkomfort beeinträchtigenden und aus den Drehschwingungen
resultierenden Effekte reduziert sind.
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Bei
den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Antriebsstranges
bzw. der Getriebevorrichtung werden Drehschwingungen von aus dem
Kraftfluss eines Antriebsstranges bzw. einer Getriebevorrichtung
abgeschalteten Getriebeelementen durch Verlagern in einen günstigeren Schwingungsbereich
aktiv verändert
oder derartige Getriebeelemente vom Kraftfluss führenden Bereich der Getriebevorrichtung
mittels zusätzlicher
Schaltelemente, wie Kupplungen oder Freiläufe, vollständig abgekoppelt, um ein Einleiten
der den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Drehschwingungen dieser Getriebeelemente in die Fahrzeugkarosserie
zu vermeiden.
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Des
Weiteren werden Drehschwingungen eines oder mehrerer Loszweige einer
Getriebevorrichtung mittels der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Lösungen durch
entsprechendes Betätigen
von als Kupplungen oder Bremsen ausgeführten Schaltelementen und/oder
durch Aufprägen
eines von einer elektrischen Maschine erzeugten Drehmomentes gedämpft oder
verstimmt, um einen hohen Fahrkomfort gewährleisten zu können.
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In
Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles werden die vorbeschriebenen
Maßnahmen
zum Dämpfen
und zum Verstimmen von Drehschwingungen eines Loszweiges sowie zum
Abkoppeln eines Loszweiges einer Getriebevorrichtung jeweils alleine
oder in beliebigen Kombinationen zur Verbesserung eines Fahrkomforts
eines Fahrzeuges verwendet, wobei die Betätigung eines oder mehrerer
Schaltelemente sowie einer elektrischen Maschine von einem übergeordneten
Steuergerät,
wie einem elektrischen Getriebesteuergerät, koordiniert wird.
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- Abtrieb
- 5
- Anfahrelement
- 6,
7, 8
- Getriebeelement
- 9
- elektrische
Maschine
- 10
- zweite
elektrische Maschine
- A,
B, C, D, E
- Schaltelement
- "1" bis "R"
- Übersetzung
- i_ist
- Ist-Übersetzung
- K1,
K2
- Schaltelement
- m_mot
- Motorlast
- n_mot
- Motordrehzahl
- T_B
- Betriebstemperatur