DE102011086008A1

DE102011086008A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem steuerbaren Dämpfungselement

Info

Publication number: DE102011086008A1
Application number: DE102011086008A
Authority: DE
Inventors: Oliver Krieg; Robert Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: DE102011086008B4

Abstract

Es wird ein Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einer Antriebswelle (3), einem mit der Antriebswelle (3) gekoppelten Achsgetriebe (5) und mindestens einer mit dem Achsgetriebe (5) gekoppelten Abtriebswelle (4), zum Übertragen eines Drehmoments mittels des Achsgetriebes (5) auf die mindestens eine Abtriebswelle (4), und mit einer Dämpfungseinrichtung (2) zur Reduktion einer im Antriebssystem (1) auftretenden Drehungleichförmigkeit. Das Antriebssystem (1) weist zudem eine Dämpfungseinrichtung (2) mit einem mit wenigstens einer Welle des Antriebssystems (1) gekoppeltem Federelement (9) und einem mit der Welle koppelbaren hydraulischen Dämpfungselement (10) auf und ist zur Reduktion einer im Antriebssystem (1) auftretenden Drehungleichförmigkeit ausgebildet. Das Dämpfungselement (10) weist mindestens zwei relativ zueinander verlagerbare Flächen (13, 14) auf, wobei der Abstand zwischen den Flächen (13, 14) einstellbar ist, und zwischen den Flächen (13, 14) aufgrund einer Drehbewegung des Dämpfungselements (10) Fluidreibung stattfindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch eine Dämpfungseinrichtung für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und ein Verfahren zur Reduktion einer in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem auftretenden Drehungleichförmigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Bekannte Verbrennungsmotoren wie beispielsweise 4-Takt-Verbrennungsmotoren, weisen üblicherweise eine zyklische Verbrennung auf. Diese bewirkt eine ungleichförmige und teilweise stark schwankende Abgabe und Übertragung des von dem Motor erzeugten Drehmoments auf den Antriebsstrang. Eine der Folgen solcher schwankender Drehmomentabgaben ist die Entstehung von Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang. Durch die ungleichförmige Abgabe von Drehmoment können zudem verschiedene Bauteile in einem Kraftfahrzeug in Schwingungen versetzt werden, was wiederum Drehungleichförmigkeiten erzeugen oder verstärken kann. Zudem tragen auch weitergehende Gas- und Massenkräfte im Motor zu der Entstehung von Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang bei.
Die Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang führen zu für den Fahrer spürbaren Vibrationen und zu akustischen Effekten, was oft als äußerst störend empfunden wird. Darüber hinaus führen Drehungleichförmigkeiten zu wechselnden Belastungen und zu Belastungsspitzen im Antriebsstrang, was wiederum hohe Anforderungen an die im Antriebsstrang verwendeten Bauteile bezüglich ihrer Belastbarkeit nach sich zieht.
Es ist bereits bekannt geworden, Einrichtungen zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten im Antriebssystem eines Fahrzeugs, insbesondere in räumlicher Nähe zu dem Verbrennungsmotor oder zwischen dem Verbrennungsmotor und einem nachfolgend angeordneten Fahrzeuggetriebe vorzusehen. Eine besonders oft eingesetzte Dämpfungseinrichtung stellt das Zweimassenschwungrad (ZMS) dar. Als Alternative zum Zweimassenschwungrad ist zur Reduktion von im Antriebsstrang auftretenden Drehungleichförmigkeiten auch bekannt geworden, die zumindest teilweise ursächlichen Drehmomentschwankungen zu reduzieren, indem mittels einer im Antriebsstrang vorgesehenen elektrischen Maschine entsprechende Gegenmomente zum Auslöschen der Drehmomentschwankungen erzeugt werden.
Es sind auch weitere Maßnahmen zur Reduktion von in einem Antriebssystem auftretenden Drehungleichförmigkeiten bekannt geworden. Aus der Druckschrift EP 0 844 397 B1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt geworden, mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einer Überbrückungskupplung im Antriebsstrang, wobei der Motor sein Drehmoment bei geöffneter Überbrückungskupplung über die dann als elektrische Kupplung wirkende Maschine auf die Antriebsräder abgibt, und bei geschlossener Kupplung über die Überbrückungskupplung auf die Räder abgibt, wobei die elektrische Maschine dann zusätzlich Drehmoment auf eine zusätzliche Welle abgibt. Dabei ist es vorgesehen, im Antriebsstrang auftretende Drehungleichförmigkeiten mittels gezielter Momenterzeugung mittels der elektrischen Maschine zu verringern.
Aus der Druckschrift EP 1 744 074 A1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt geworden, mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung im Antriebsstrang, die eine Fliehkraftpendeleinrichtung zur Reduktion von Drehschwingungen aufweist, mit welcher Drehungleichförmigkeiten in Abhängigkeit der Drehzahl einer Welle reduziert werden.
Aus der Druckschrift DE 103 10 831 A1 ist der Einsatz eines Schwingungstilgers zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten bekannt geworden, und aus der Veröffentlichung aus dem Aachener Akustik Kolloquium 2009 „Drehschwingungen – Alternativen zum ZMS”, Vortrag von Tobias Hillers, Institut für Kraftfahrzeuge, RWTH-Aachen über geregelten Schlupf als System zur Minderung von Drehungleichförmigkeiten ist die hochdynamische Steuerung einer Kupplung zur Erzeugung eines Schlupfes an der mit der Antriebswelle gekoppelten Kupplung zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten bekannt geworden.
Obwohl mit den bekannten Einrichtungen Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang reduziert werden können, vermögen sie insbesondere in aktuellen Fahrzeugen die Drehungleichförmigkeiten dennoch nicht in gewünschtem Maße zu reduzieren und erlauben oft nicht, ein für den Fahrer befriedigendes Niveau an Vibrationen und akustischen Geräuschen zu erreichen. Da immer strengere Anforderungen an Neufahrzeuge bezüglich der CO₂-Emissionen gestellt werden, werden Motoren zunehmend darauf ausgelegt, bei immer niedrigeren Betriebszahlen betrieben zu werden, das sogenanntes „Downspeeding”, und es werden immer häufiger aufgeladene Motoren mit im Vergleich zu früheren Motoren kleinerem Hubraum und einer geringeren Anzahl an Zylindern gebaut, das sogenannte „Downsizing”. Durch die damit einhergehende Laufunruhe, verstärken sich die Probleme bezüglich der Drehungleichförmigkeiten gegenüber Motoren mit einer größeren Anzahl an Zylindern und größerem Hubraum.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden unveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung 10 2011 084141 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt geworden, mit einer ein Federelement und ein hydraulisches Dämpfungselement aufweisenden Dämpfungseinrichtung zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten. Zudem ist die Abtriebswelle sehr steif ausgebildet und lässt somit kaum oder nur sehr wenig Verdrehung um ihre Längsachse zu. Diese ist insbesondere geeignet, um Drehungleichförmigkeiten infolge von Anregungen mit niedriger Frequenz, sogenannte Ruckelschwingungen, stark zu reduzieren. Zur zusätzlichen Reduktion von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere solcher, die infolge von Anregungen mit höherer Frequenz auftreten, ist die Dämpfungseinrichtung vorgesehen.
Es hat sich gezeigt, dass die Dämpfungseinrichtung Drehungleichförmigkeiten infolge von Anregungen im Frequenzbereich von Eigenfrequenzen von Komponenten des Antriebssystems, die typischerweise in einem Bereich von 15 bis 20 Hz liegen, dämpfen kann. Obwohl sich diese bekannte Dämpfungseinrichtung bereits bewährt hat, die die Reduktion von Drehungleichförmigkeiten im Antriebssystem, die infolge von Anregungen mit noch höherer Anregungsfrequenz auftreten, ist noch verbesserungsfähig. Diese treten insbesondere in Verbindung mit hohen Drehzahlen der Antriebswelle und/oder der Abtriebswelle auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, für welches über ein breites Frequenzspektrum möglicher Anregungsfrequenzen eine verbesserte Reduktion von Drehungleichförmigkeiten erzielt wird. Zugleich sollen insbesondere auch infolge von Anregungen mit einer Anregungsfrequenz im Bereich einer Eigenfrequenz des Antriebssystems stark ausfallende Drehungleichförmigkeiten reduziert werden. Darüber hinaus soll eine Dämpfungseinrichtung für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem, sowie ein Verfahren zum Reduzieren von in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem auftretenden Drehungleichförmigkeiten geschaffen werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe hinsichtlich des Antriebssystems mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen beschrieben. Die Dämpfungseinrichtung ist im Anspruch 8 beschrieben, und ein Verfahren zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten im Anspruch 9 beschrieben. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist im Anspruch 10 beschrieben.
Die Erfindung schafft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebswelle, einem mit der Antriebswelle gekoppelten Achsgetriebe und mindestens einer mit dem Achsgetriebe gekoppelten Abtriebswelle, zum Übertragen eines Drehmoments mittels des Achsgetriebes auf die mindestens eine Abtriebswelle, und mit einer ein Federelement und ein hydraulisches Dämpfungselement aufweisenden Dämpfungseinrichtung zur Reduktion einer im Antriebssystem auftretenden Drehungleichförmigkeit, wobei das Federelement mit wenigstens einer Welle des Antriebssystems gekoppelt und das Dämpfungselement mit der Welle koppelbar ist. Das Dämpfungselement weist zudem mindestens zwei relativ zueinander verlagerbare Flächen auf, wobei der Abstand zwischen den Flächen einstellbar ist, und zwischen den Flächen aufgrund einer Drehbewegung des Dämpfungselements Fluidreibung entsteht.
Das mit wenigstens einer Welle gekoppelte Federelement und das mit der Welle koppelbare Dämpfungselement können bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebssystems nur mit einer Welle, bei anderen Ausführungsformen hingegen mit zwei oder mehr Wellen gekoppelt sein. Wenn die mindestens eine mit dem Federelement gekoppelte, beziehungsweise mit dem Dämpfungselement koppelbare Welle eine Drehbewegung ausführt, führt auch das Dämpfungselement, zumindest in gekoppeltem Zustand eine Drehbewegung aus, was aufgrund der Relativdrehung der Flächen zueinander zur Entstehung von Fluidreibung zwischen den beiden Flächen des Dämpfungselements führt. Das Dämpfungselement arbeitet also als Fluidreibungsdämpfer und reduziert, die durch eine Anregung in das Antriebssystem eingebrachte Schwingungsenergie.
Da der Abstand zwischen den beiden Flächen des Dämpfungselements einstellbar ist, kann das Entstehen von Fluidreibung in Abhängigkeit einer Drehbewegung der mit dem Dämpfungselement koppelbaren Welle gesteuert werden. Der Abstand zwischen den Flächen wird dabei bei einer bestimmten Drehzahl der Welle vorzugsweise so eingestellt, dass das Dämpfungselement Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang bei dieser Drehzahl der Welle möglichst stark reduziert.
Der Abstand der beiden Flächen des Dämpfungselements kann auch als Kopplungsgrad bezüglich der Wirkung zwischen dem Dämpfungselement und der Welle verstanden werden. Liegen die beiden Flächen sehr eng beieinander, wird die Entstehung von Fluidreibung zwischen den Flächen gegenüber der Situation, dass die Flächen weiter voneinander entfernt sind, begünstigt. Je enger die Flächen beieinander sind, desto stärker ist die Wirkkopplung zwischen Dämpfungselement und der Welle.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung ist zusätzlich auch vorgesehen, das Dämpfungselement von der Welle vollständig zu entkoppeln. Eine vollständige Entkopplung des Dämpfungselements wird dann beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl vorgenommen, und das Dämpfungselement wird dann bei den Drehzahlen von der Welle entkoppelt, bei denen das Federelement Drehungleichförmigkeiten stärker reduziert als die Kombination von Federelement und Dämpfungselement. Zur Kopplung und Entkopplung des Dämpfungselements ist beispielsweise eine Fliehkraftkupplung vorgesehen, bei der sich der eingekuppelte und der ausgekuppelte Zustand in Abhängigkeit der mit Drehbewegungen der Welle verbundenen Fliehkraft einstellt. Bei niedrigeren Drehzahlen der Welle ist die Fliehkraftkupplung eingekuppelt, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Dämpfungselement und der Welle hergestellt wird, bei höheren Drehzahlen der Welle wird die Kupplung hingegen aufgrund der erhöhten Fliehkraft ausgekuppelt, so dass auch das Dämpfungselement von der Welle entkoppelt wird. Wenn das Dämpfungselement von der Welle entkoppelt ist, werden Drehungleichförmigkeiten weiterhin mittels des Federelements reduziert.
Auf diese Weise werden Drehungleichförmigkeiten im erfindungsgemäßen Antriebssystem über einen breiten Drehzahlbereich der mit der Dämpfungseinrichtung gekoppelten Welle stärker reduziert als in einem bekannten Antriebssystem. Es kommt folglich zu weniger störenden Vibrationen und akustischen Störungen im Fahrzeuginnenraum eines mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgestatteten Fahrzeugs infolge von Drehungleichförmigkeiten als bei einem Fahrzeug mit einem Antriebssystem nach dem Stand der Technik. Ein mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgestattetes Kraftfahrzeug ist deshalb komfortabler. Das erfindungsgemäße Antriebssystem eignet sich außerdem speziell für eine zur Kombination mit aufgeladenen Motoren, mit kleinem Hubraum und/oder einer geringen Zylinderanzahl.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems weist das Dämpfungselement eine Fluidkammer auf, in welcher ein Stellkörper angeordnet ist, wobei der Abstand des Stellkörpers zu mindestens einer Innenwand der Fluidkammer einstellbar ist.
Die beiden relativ zueinander verlagerbaren Flächen befinden sich in diesem Fall am Stellkörper und an der Innenwand der Fluidkammer, wobei der Abstand zwischen den Flächen über eine Veränderung des Abstands des Stellkörpers zur Innenwand eingestellt wird. Bei geringerem Abstand zwischen dem Stellkörper und der Innenwand, ist der dazwischenliegende Spaltraum kleiner, so dass im Spaltraum stärkere Fluidreibung begünstigt wird, und umgekehrt.
Der Stellkörper und die Innenwand der Fluidkammer sind dabei vorzugsweise zumindest teilweise kegelförmig ausgebildet, und der Abstand zwischen der Mantelfläche des Stellkörpers und der Innenwand der Fluidkammern ist durch eine translatorische Verschiebung des Stellkörpers in Längsrichtung des Dämpfungselements einstellbar.
Die kegelförmige Ausbildung des Stellkörpers ist dabei so zu verstehen, dass auch eine Kegelstumpfform mit eingeschlossen ist. Zwischen der Mantelfläche des Stellkörpers und dem der Mantelfläche gegenüberliegenden Bereich der Innenwand der Fluidkammern wird ein zur Fluidkammer gehörender Ringspaltraum ausgebildet. Aufgrund von Drehbewegungen des Dämpfungselements, welche insbesondere durch Drehbewegungen der mit dem Dämpfungselement koppelbaren Welle verursacht werden, entsteht in dem Ringspaltraum Fluidreibung. Je geringer der Abstand zwischen der Mantelfläche und der Innenwand, desto mehr wird die Entstehung von Fluidreibung im Ringspaltraum begünstigt, und umgekehrt.
Durch eine translatorische Verschiebung des Stellkörpers relativ zu der Innenwand in Längsrichtung, vergrößert oder verkleinert sich der Ringspaltraum. Dies ergibt sich aus der zumindest teilweise kegelförmigen Ausbildung des Stellkörpers und der Innenwand der Fluidkammer. Die beiden Kegelformen sind dabei räumlich gleich orientiert, so dass der Kegelspitz, beziehungsweise der Kegelstumpf der beiden Komponenten in die gleiche Richtung weisen, und die Längsmittelachsen der beiden Kegel liegen vorzugweise aufeinander, so dass die Mantelfläche des Stellkörpers überall denselben Abstand zu der Innenwand der Fluidkammer aufweist.
Wird der Stellkörper aus seiner Position in Richtung seiner Längsachse verschoben, so nimmt der Abstand, wenn der Stellkörper in Richtung des Kegelspitzes, beziehungsweise Kegelstumpfs verschoben wird, zwischen seiner Mantelfläche und der Innenwand der Fluidkammer ab. Wird der Kegel hingegen in Richtung seiner Grundfläche verschoben, so nimmt der Abstand zu. Damit lässt sich die Entstehung von Fluidreibung im Ringspaltraum durch eine translatorische Verschiebung des Stellkörpers auf gewünschte Weise beeinflussen.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist zur Verschiebung des Stellkörpers vorzugsweise ein mit dem Stellkörper gekoppeltes Stellglied auf, welches in Abhängigkeit einer elektromechanischen Betätigung und/oder einer Fliehkraft und/oder hydraulisch betätigbar ist.
Die Kopplung zwischen dem Stellglied und dem Stellkörper kann beispielsweise eine mechanische Verbindung sein. Eine Verschiebung des Stellkörpers kann beispielsweise durch eine direkte Kraftübertragung zwischen dem Stellglied und dem Stellkörper erfolgen. Dabei kann es sich um eine elektrisch gesteuerte Kraft handeln, das Stellglied kann aber fliehkraftgesteuert verschoben werden. Die Verschiebung des Stellkörpers kann beispielsweise durch eine in Abhängigkeit der Drehzahl der mit dem Dämpfungselement gekoppelten Welle entstehende Fliehkraft betätigt werden, indem das Stellglied eine Drehzahländerung der Welle in eine entsprechende translatorische Verschiebung des Stellkörpers übersetzt.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist zudem vorzugsweise auch eine Steuereinheit zur Einstellung des Abstands der beiden Flächen des Dämpfungselements auf. Die Steuereinheit gibt vorzugsweise ein Stellsignal an das Stellglied ab, welches dann eine entsprechende Einstellung des Abstands der beiden Flächen des Dämpfungselements herbeiführt, indem beispielsweise eine translatorische Verschiebung des Stellkörpers vorgenommen wird.
Die Steuereinheit kann bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, genau wie das Dämpfungselement und das Federelement, als Teil der Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein, oder sie kann an einer anderen Stelle im Antriebssystem vorgesehen sein.
Die Steuereinheit ermittelt ein Stellsignal außerdem auf Basis eines oder mehrerer Eingangssingale. Als Eingangssignal kann beispielsweise, je nach Ausführungsform, eine Drehzahl einer Welle im Antriebssystem, also beispielsweise der mit der Dämpfungseinrichtung koppelbaren Welle, oder der Motorwelle, ein Signal eines Schwingungssensors im Antriebssystem, eine Motordrehzahl oder eine Messgröße berücksichtigt werden. Die Steuereinheit kann dabei auf die in einem Fahrzeug, in welchem das erfindungsgemäße Antriebssystem eingesetzt werden soll, vorhandene Sensorik ausgelegt werden.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist das Dämpfungselement nebst einem zwischen der Innenwand der Fluidkammer und dem Stellkörper liegenden Ringspaltraum eine zusätzliche Fluidverbindung zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen des Stellkörpers auf. Der Querschnitt der zusätzlichen Fluidverbindung ist dabei vorzugweise so gewählt, dass eine hinreichend schnelle Verstellung ermöglicht ist.
Wenn neben dem Ringspaltraum eine solche zusätzliche Fluidverbindung vorhanden ist, ist der Widerstand gegen eine Verschiebung des Stellkörpers viel geringer, da das in der Fluidkammer vorhandene Dämpfungsfluid, welches durch eine Verschiebung des Stellkörpers verdrängt wird, über die zusätzliche Fluidverbindung auf die andere Seite des Stellkörpers gelangen kann. Einer schnellen Verschiebung des Stellkörpers sind damit geringere, auf Fluidreibung basierende resultierende Kräfte entgegengesetzt, als wenn der Ringspaltraum die einzige Fluidverbindung darstellen würde. Dank der zusätzlichen Fluidverbindung wird eine schnellere und präziser steuerbare Verschiebung des Stellkörpers ermöglicht.
Die zusätzliche Fluidverbindung kann beispielsweise in Form einer Bohrung im Stellkörper vorgesehen sein. Wenn der Querschnitt der Bohrung entsprechend groß ist, kann Dämpfungsfluid, auch bei sehr schneller, hochpräziser Steuerung von translatorischen Verschiebungen des Stellkörpers, ausreichend schnell durch die Bohrung fließen, und die Verschiebungen des Stellkörpers werden nicht infolge von Fluidreibungskräften verzögert.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems koppelt die Dämpfungseinrichtung eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle des Antriebssystems, und das Federelement ist zur Übertragung zumindest eines Teils des Drehmoments von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle ausgebildet.
Das Federelement ist dabei ein elastisches, kraftübertragendes Bauteil, Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung ist das Federelement beispielweise eine Torsionswelle, ein Elastomerbauteil oder eine Schraubendruckfeder. Dadurch, dass zumindest ein Teil des Drehmoments von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle über das Federelement übertragen wird, reduziert das Federelement Schwingungen bei der Übertragung von Drehmoment. Auf diese Weise werden beispielsweise Torsionsschwingungen an der Antriebswelle nicht oder nur reduziert auf die Abtriebswelle übertragen. Auf diese Weise reduziert das Federelement Drehungleichförmigkeiten.
Die Erfindung sieht neben dem Antriebssystem auch eine Dämpfungseinrichtung zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten in einem Antriebssystem vor, mit einem Federelement und einem hydraulischen Dämpfungselement, die zur Kopplung mit wenigstens einer Welle des Antriebssystem ausgebildet sind, wobei das Dämpfungselement zwei relativ zueinander verlagerbare Flächen aufweist, der Abstand zwischen den Flächen einstellbar ist, und zwischen den Flächen aufgrund einer Drehbewegung des Dämpfungselements Fluidreibung entsteht. Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung ist beispielsweise mit einer Steuereinheit koppelbar, und die Einstellung des Abstands der Flächen wird dann mittels der Steuereinheit gesteuert.
Bezüglich der Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung wird auf die vorstehende Beschreibung der in einem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorhandenen Dämpfungseinrichtung verwiesen.
Auch ein Verfahren zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs ist Gegenstand der Erfindung, wobei ein Antriebssystem, an welchem die Reduktion von Drehungleichförmigkeiten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine Antriebswelle, einem mit der Antriebswelle gekoppelten Achsgetriebe und mindestens eine mit dem Achsgetriebe gekoppelten Abtriebswelle aufweist, und zur Übertragung von Drehmoments mittels des Achsgetriebes auf die mindestens eine Abtriebswelle ausgebildet ist. Das Antriebssystem weist außerdem eine ein Federelement und ein hydraulisches Dämpfungselement aufweisende Dämpfungseinrichtung auf, wobei das Federelement mit wenigstens einer Welle des Antriebssystems gekoppelt ist, und das Dämpfungselement mit der Welle koppelbar ist.
Es wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, Drehungleichförmigkeiten in einem solchen Antriebssystem mit der Dämpfungseinrichtung zu reduzieren, indem Fluidreibung zwischen zwei relativ zueinander verlagerbaren Flächen des Dämpfungselements erzeugt wird, und es wird vorgeschlagen, den Abstand der beiden Flächen zueinander zur Veränderung der Fluidreibung einzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abstand der beiden Flächen in Abhängigkeit einer Drehzahl der Welle und/oder einer Frequenz einer eine Drehungleichförmigkeit verursachenden Anregung gesteuert oder geregelt.
Unter einer Anregung kann dabei beispielsweise ein sprunghafter Anstieg des von einem Motor abgegebenen Drehmoments verstanden werden. Das Drehmoment und insbesondere auch die Drehmomentschwankungen variieren in Abhängigkeit des Lastzustands des Motors.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit einem steuerbaren Dämpfungselement;
2 ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung mit einem steuerbaren Dämpfungselement
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 mit einer Dämpfungseinrichtung 2. Dieses weist eine Antriebswelle 3 und eine Abtriebswelle 4 auf, wobei den beiden Wellen 3, 4 eine Kegelradstufe 5 nachgeschaltet ist. Das von einem nicht näher dargestellten Motor abgegebene Drehmoment wird bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 über die Kegelradstufe 5 an ein Differential 6 weitergeleitet, und schließlich auf Abtriebswellen 7, 8 übertragen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Dämpfungseinrichtung 2 zwischen der Antriebswelle 3 und der Abtriebswelle 4 vorgesehen. Es hat sich bei der dargestellten Ausführungsform des Antriebssystems gezeigt, dass Drehungleichförmigkeiten verursachende Schwingungen Schwingungsbäuche in dem Bereich der beiden Wellen 3, 4 aufweisen. Daher wurde die Dämpfungseinrichtung 2 an der gezeigten Stelle vorgesehen. Bei anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 2 möglicherweise an einer Stelle angeordnet, also beispielsweise im Differential 6 oder an einer Abtriebswelle 7, 8. Dabei kann auch mehr als eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 2 vorgesehen sein, es kann beispielsweise sowohl an der Abtriebswelle 7, als auch an der Abtriebswelle 8 eine Dämpfungseinrichtung 2 vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 2 ist im vorliegenden Fall sowohl mit der Antriebswelle 3, als auch mit der Abtriebswelle 4 gekoppelt, und reduziert Drehungleichförmigkeiten im Antriebssystem 1, und insbesondere an der Antriebswelle 3 und der Abtriebswelle 4.
2 zeigt einen Querschnitt durch die in 1 gezeigte Dämpfungseinrichtung 2. Die Dämpfungseinrichtung 2 weist ein Federelement 9 und ein hydraulisches Dämpfungselement 10 auf.
Auf der rechten Seite der 2 ist ein Stück der in der 1 ebenfalls gezeigten Antriebswelle 3 zu sehen, auf der linken Seite ist ein Stück der Abtriebswelle 4 gezeigt. Die Primärseite der Federelements 9 sowie das Dämpfungselement 10 sind somit mit der Antriebswelle 3 gekoppelt, die Sekundärseite des Federelements 9 ist hingegen mit der Abtriebswelle 4 gekoppelt. Die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 4 sind über die Feder 9 und eine mit dem Federelement 9 verbundene Schiebemuffe 18 miteinander gekoppelt. Ein mit dem Federelement 9 verbundener Fortsatz 16 der Antriebswelle 3 schafft über eine Dichtung 17 eine Abdichtung einer Fluidkammer 11 gegenüber der Abtriebswelle 4.
Das Federelement 9 ist eine elastische, kraftübertragende Feder. Zumindest ein Teil des Drehmoments der Antriebswelle 3 wird über dieses Federelement 9 auf die Abtriebswelle 4 übertragen. Das Federelement 9 dämpft Schwingungen bei der Übertragung von Drehmoment, es werden beispielsweise Torsionsschwingungen an der Antriebswelle 3 in gedämpfter Weise auf die Abtriebswelle 4 übertragen. Auf diese Weise reduziert das Federelement 9 im Antriebssystem 1 auftretende Drehungleichförmigkeiten.
Das Dämpfungselement 2 weist außerdem die mit Dämpfungsfluid gefüllte Fluidkammer 11 auf. In der Fluidkammer 11 ist ein kegelstumpfförmig ausgebildeter Stellkörper 12 angeordnet, der mittels einer nicht näher dargestellten Steuereinheit in Längsrichtung des Dämpfungselements 2 in beide Richtungen, angedeutet mit dem Doppelpfeil F, translatorisch verschiebbar ist.
Auch die Innenwand 14 des Dämpfungselements 2 ist zumindest teilweise, nämlich in dem der Mantelfläche 13 des Stellkörpers 12 gegenüberliegenden Bereich kegelförmig ausgebildet. Dadurch ist zwischen der Mantelfläche 13 des Stellkörpers 12 und der Innenwand 14 des Dämpfungselements 2 ein den Stellkörper umgebenden Ringspaltraum 15 ausgebildet, der der Fluidkammer 11 angehört und mit Dämpfungsfluid gefüllt ist.
Wenn sich die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 4 um ihre Längsachsen drehen, beispielsweise in Pfeilrichtung P, dreht sich auch der Stellkörper 12 um seine eigene Längsachse. Dabei kommt es im Bereich des Ringspaltraums 15 zu Fluidreibung aufgrund der Relativbewegung zwischen den Flächen, welche eine Reduktion von Drehungleichförmigkeiten an der Antriebswelle 3 und/oder der Abtriebswelle 4 bewirkt.
Da bei verschiedenen Drehzahlen der Antriebswelle 3 und/oder der Abtriebswelle 4, unterschiedlich starke Fluidreibung im Ringspaltraum 15 für eine Reduktion von Drehungleichförmigkeiten wünschenswert ist, ist es bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements 2 vorgesehen, dass die Entstehung von Fluidreibung in Abhängigkeit der Drehzahl der Abtriebswelle 3 und der Abtriebswelle 4 beeinflusst wird, indem der Abstand zwischen der Mantelfläche 13 des Stellkörpers 12 und der Innenwand 14 des Dämpfungselements 10 verändert wird.
Die nicht näher dargestellte Steuereinheit ermittelt hierzu in Abhängigkeit der Drehzahlen der Antriebswelle 3 und der Antriebswelle 4, also auf Basis der Eingangssignale entsprechend angeordneter Drehzahlsensoren, ein Signal, gibt dieses an ein ebenfalls nicht näher dargestelltes Stellglied aus, und das Stellglied übertragt eine Kraft auf den Stellkörper 12, auf Grund derer eine translatorische Bewegung des Stellkörpers 12 in Längsrichtung F bewirkt wird. Dadurch ändert sich der Abstand zwischen der Mantelfläche 13 des Stellkörpers 12 und der Innenwand 14 des Dämpfungselements 10 und somit das Volumen des Ringspaltraums 15.
Wird der Stellkörper 12 in der Figurenebene nach rechts bewegt, verkleinert sich der Ringspaltraum 15, und die Fluidreibung im Ringspaltraum 15 wird vergrößert, wird der Stellkörper 12 in der Figurenebene nach links bewegt, nimmt die Fluidreibung ab.
Wenn der Stellkörper 12 translatorisch verschoben wird, verdrängt er jeweils Dämpfungsfluid in einem der einen Stirnfläche des Stellkörpers 12 benachbart liegenden Bereich der Fluidkammer 11. Dafür gibt der Stellkörper 12 in einem zu seiner anderen Stirnfläche benachbart liegenden Bereich der Fluidkammer 11 jeweils Raum für Dämpfungsfluid frei. Über den eng ausgelegten Ringspaltraum 15 kann jedoch nur eine geringe Menge an Dämpfungsfluid pro Zeiteinheit von der einen Stirnfläche des Stellkörpers 12 zu der anderen Stirnfläche gelangen. Die beim Verdrängen des Dämpfungsfluids auftretenden Reibungskräfte setzen deshalb der translatorischen Verschiebung des Stellkörpers eine resultierende Kraft entgegen, welche die Verschiebung verlangsamen kann.
Um zu vermeiden, dass die einer translatorischen Verschiebung des Stellkörpers 2 entgegengesetzte, resultierende Kraft groß genug wird, dass sich ungewünschte Verzögerungen beim Verschieben des Stellkörpers 2 ergeben, weist die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements 2 eine zusätzliche Fluidverbindung 19 zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen des Stellkörpers 12 auf. Die zusätzliche Fluidverbindung 19 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Bohrung 19 in dem Stellkörper 19 ausgelegt. Über diese Bohrung kann Dämpfungsfluid schnell aus dem benachbart zur einen Stirnfläche liegenden Bereich der Fluidkammer 11 in den benachbart zur anderen Stirnfläche liegenden Bereich gelangen. Der Öffnungsquerschnitt der Bohrung ist dabei insbesondere groß genug gewählt, dass sehr schnelle translatorische Verschiebungen des Stellkörpers 12 möglich sind, ohne dass eine Verschiebung durch Reibungskräfte verlangsamt wird. Damit ist eine hochpräzise, schnelle Steuerung der Position des Stellkörpers 12 und damit des Abstands des Stellkörpers zur gegenüberliegenden Innenwand 14 der Fluidkammer 11 möglich.
Der Stellkörper 12 wird bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit der Drehzahl der Antriebswelle 3 und der Abtriebswelle 4 in Längsrichtung verschoben. Auf diese Weise wird die Entstehung der Fluidreibung der jeweiligen Drehzahl der Wellen 3, 4 angepasst, und es wird eine bessere Reduktion von Drehungleichförmigkeiten der beiden Wellen 3, 4 bei unterschiedlichen Drehzahlen gewährleistet, als in bekannten Antriebssystemen.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnungen verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0844397 B1 [0005]
EP 1744074 A1 [0006]
DE 10310831 A1 [0007]
DE 102011084141 [0009]

Claims

Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebswelle (3), einem mit der Antriebswelle (3) gekoppelten Achsgetriebe (5), und mindestens einer mit dem Achsgetriebe (5) gekoppelten Abtriebswelle (4), zum Übertragen eines Drehmoments mittels des Achsgetriebes (5) auf die mindestens eine Abtriebswelle (4), und mit einer ein Federelement (9) und ein hydraulisches Dämpfungselement (10) aufweisenden Dämpfungseinrichtung (2) zur Reduktion einer im Antriebssystem (1) auftretenden Drehungleichförmigkeit, wobei das Federelement (9) mit wenigstens einer Welle des Antriebssystems (1) gekoppelt und das Dämpfungselement (10) mit der Welle koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet dass das Dämpfungselement (10) mindestens zwei relativ zueinander verlagerbare Flächen (13, 14) aufweist und der Abstand zwischen den Flächen (13, 14) einstellbar ist, und zwischen den Flächen (13, 14) aufgrund einer Drehbewegung des Dämpfungselements (10) Fluidreibung entsteht.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) eine Fluidkammer (11) aufweist, in welcher ein Stellkörper (12) angeordnet ist, wobei der Abstand des Stellkörpers (12) zu mindestens einer Innenwand (14) der Fluidkammer (11) einstellbar ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper (12) und die Innenwand (14) der Fluidkammer (11) zumindest teilweise kegelförmig ausgebildet sind, und der Abstand zwischen der Mantelfläche (13) des Stellkörpers (12) und der Innenwand (14) der Fluidkammer (11) durch eine translatorische Verschiebung des Stellkörpers (12) in Längsrichtung des Dämpfungselements (10) einstellbar ist.
Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) ein mit dem Stellkörper (12) gekoppeltes Stellglied zur Verschiebung des Stellkörpers (12) aufweist, welches in Abhängigkeit einer elektrischen Kraft und/oder einer Fliehkraft und/oder hydraulisch betätigbar ist.
Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) eine Steuereinheit zur Einstellung des Abstands der beiden Flächen (13, 14) aufweist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) nebst einem zwischen der Innenwand (14) der Fluidkammer (11) und dem Stellkörper (12) liegenden Ringspaltraum (15) eine zusätzliche Fluidverbindung (19) zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen des Stellkörpers (12) aufweist.
Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (2) eine Antriebswelle (3) und eine Abtriebswelle (4) koppelt, und das Federelement (9) zur Übertragung zumindest eines Teils des Drehmoments von der Antriebswelle (3) auf die Abtriebswelle ausgebildet ist.
Dämpfungseinrichtung zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten in einem Antriebssystem (1), mit einem Federelement (9) und einem hydraulischen Dämpfungselement (10), die zur Kopplung mit wenigstens einer Welle (3, 4) des Antriebssystems (1) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10) zwei relativ zueinander verlagerbare Flächen (13, 14) aufweist, der Abstand zwischen den Flächen (13, 14) einstellbar ist, und zwischen den Flächen (13, 14) aufgrund einer Drehbewegung des Dämpfungselements (10) Fluidreibung entsteht.
Verfahren zur Reduktion von Drehungleichförmigkeiten in einem Antriebssystem (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebswelle (3), einem mit der Antriebswelle (3) gekoppelten Achsgetriebe (5), und mindestens einer mit dem Achsgetriebe (5) gekoppelten Abtriebswelle (4), zum Übertragen eines Drehmoments mittels des Achsgetriebes (5) auf die mindestens eine Abtriebswelle (4), und mit einer ein Federelement (9) und ein hydraulisches Dämpfungselement (10) aufweisenden Dämpfungseinrichtung (2) zur Reduktion einer im Antriebssystem (1) auftretenden Drehungleichförmigkeit, wobei das Federelement (9) mit wenigstens einer Welle (3, 4) des Antriebssystems (1) gekoppelt ist, und das Dämpfungselement (10) mit der Welle (3, 4) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion der Drehungleichförmigkeit Fluidreibung zwischen zwei relativ zueinander verlagerbaren Flächen (13, 14) des Dämpfungselements (10) erzeugt wird, und der Abstand der beiden Flächen (13, 14) zueinander zur Veränderung der Fluidreibung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Flächen (13, 14) in Abhängigkeit einer Drehzahl der Welle (3, 4) und/oder einer Frequenz einer eine Drehungleichförmigkeit verursachenden Anregung gesteuert und/oder geregelt wird.