DE102014006691A1 - Nonuniformity reduction through power split - characteristic design - Google Patents
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Abstract
Drehschwingungsdämpfungsanordnung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen zur Drehung um eine Drehachse (A) anzutreibenden Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich, eine mit dem Ausgangsbereich in Verbindung stehende Koppelanordnung, wobei die Koppelanordnung ein erstes Eingangselement, ein zweites Eingangselement und ein Ausgangselement umfasst, und einen Drehmomentübertragungsweg zur Übertragung eines Gesamtdrehmoments, der zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich verläuft, wobei der Drehmomentübertragungsweg von dem Eingangsbereich bis zu der Koppelanordnung in einen ersten Drehmomentübertragungsweg und in einen parallelen zweiten Drehmomentübertragungsweg aufgeteilt wird und eine Phasenschieberanordnung im ersten Drehmomentübertragungsweg, umfassend ein Schwingungssystem mit einem, gegen eine erste Federanordnung um die Drehachse (A) verdrehbaren Ausgangselement, wobei die erste Federanordnung zumindest ein erstes Federelement, ein zweites Federelement und ein letztes Federelement umfasst, wobei die Federelemente in Reihe geschalten sind, wobei das erste Federelement im Vergleich zu dem zweiten Federelement eine geringere Steifigkeit aufweist und dass das zweite Federelement im Vergleich zu dem letzten Federelement eine geringere Steifigkeit aufweist.A torsional vibration damping arrangement for the powertrain of a motor vehicle, comprising an input to be driven for rotation about an axis of rotation (A) and an output portion, a coupling assembly connected to the output portion, the coupling assembly comprising a first input member, a second input member and an output member, and a torque transmission path for transmitting a total torque that passes between the input area and the output area, the torque transmission path from the input area to the coupling arrangement in a first torque transmission path and a parallel second torque transmission path is divided and a phase shifter assembly in the first torque transmission path comprising a vibration system with a a first spring arrangement about the axis of rotation (A) rotatable output element, wherein the first spring arrangement at least a first spring element, a second Spring element and a last spring element comprises, wherein the spring elements are connected in series, wherein the first spring element compared to the second spring element has a lower rigidity and that the second spring element compared to the last spring element has a lower rigidity.
Description
I. FigurenverzeichnisI. Figure Directory
II. PositionsnummernverzeichnisII. Item Number Directory
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III. Beschreibung, Aufbau und FunktionIII. Description, structure and function
1. Beschreibung1. Description
Die Anforderungen an die Reduzierung der Drehungleichförmigkeit in einem Fahrzeugantriebstrang sind hoch und werden in künftigen Fahrzeuggenerationen weiter steigen. Dafür verantwortlich ist zum einen der Gesetzgeber durch immer strengere Vorgaben zum CO2-Ausstoß und zum anderen weiter steigenden Kundenanforderungen.The requirements for reducing rotational nonuniformity in a vehicle powertrain are high and will continue to increase in future vehicle generations. One of the reasons for this is the legislature's increasing stricter CO2 emissions standards as well as rising customer demands.
Durch die verschärften Regelungen zur Verbrauchsreduzierung werden zukünftige Motoren höhere Drehungleichförmikeiten erzeugen. Gründe hierfür sind z. B. höhere Mitteldrücke, Downspeeding, Downsizing, Zylinderabschaltung oder eine beliebige Kombination der Maßnahmen.The tightened fuel economy regulations will allow future engines to produce higher rotational irregularities. Reasons for this are z. B. higher mean pressures, downspeeding, downsizing, cylinder deactivation or any combination of measures.
Deshalb und wegen der Kundenforderungen nach mindestens gleichbleibendem Komfort insbesondere bezüglich des Geräusch- und Vibrationsniveaus, sind leistungssteigernde Maßnahmen an allen Systemen zur Reduzierung der Drehungleichförmigkeit gefordert.For this reason and because of the customer demands for at least constant comfort, in particular with regard to the noise and vibration levels, performance-enhancing measures are required on all systems for reducing rotational nonuniformity.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Drehschwingungsdämpfungsanordnungen für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit zwei Drehmomentübertragungswegen, die beide vom Eingangsbereich ausgehen, bekannt (vergleiche hierzu
2. Aufbau2nd construction
Die Federkennlinien der Leistungsverzweigung kann mit Bogenfedern, bestehend aus einzelnen oder mehreren Außenfedern, mit einer oder mehreren Innenfedern jeweils mit gleicher oder unterschiedlicher Länge und/oder mit Zylinderdruckfeder, mit einer oder mehreren Innenfedern aufgebaut werden. Für beide Federtypen gilt, dass die Federsätze (Außen- und Innenfeder) mit unterschiedlicher oder gleicher Steifigkeiten aufgebaut sein können. Beliebige Kombinationen beider Federtypen sind genauso möglich. Die Verwendung von Gleitschuhen und Federtellern an allen oder einzelnen Federn (Bogen- wie Zylinderfedern) ist in jeder Kombination umsetzbar.The spring characteristics of the power split can be constructed with bow springs, consisting of one or more outer springs, with one or more inner springs each with the same or different length and / or with cylinder compression spring, with one or more inner springs. For both types of spring, the spring sets (outer and inner spring) can be constructed with different or equal stiffnesses. Any combinations of both types of spring are equally possible. The use of sliding shoes and spring plates on all or individual springs (bow and cylinder springs) can be implemented in any combination.
Zudem kann die erforderliche Kennlinie aus einem oder mehreren Außendämpfern z. B. axial nebeneinander
- – ein Außendämpfer ohne Innendämpfer
- – ein Außendämpfer und radial innerhalb ein Innendämpfer
- – zwei Außendämpfer axial nebeneinander und ein Innendämpfer radial innerhalb der Außendämpfer,
- – ein Außendämpfer und radial innerhalb zwei Innendämpfer axial nebeneinander
- – zwei Innendämpfer axial nebeneinander
- – weitere Kombinationen aus radial und axial angeordneten Federsätzen ist ebenfalls vorstellbar
- - an outer damper without inner damper
- - An outer damper and radially inside an inner damper
- Two outer dampers axially next to one another and an inner damper radially inside the outer dampers,
- - An outer damper and radially inside two inner damper axially adjacent
- - Two internal dampers axially next to each other
- - Other combinations of radially and axially arranged spring sets is also conceivable
Weiterhin ist bei Verwendung von Zylinderdruckfedern die Anordnungsreihenfolge der verschiedenen Federsteifigkeiten/-massen (= Reihenfolge im Federsatz; hart-mittelhart-weich-weich-hart), im gesamten Drehzahlbereich, für die Entkopplungsgüte von Bedeutung.Furthermore, when using cylinder compression springs, the order of arrangement of the different spring stiffnesses / masses (= sequence in the spring set, hard-medium-hard-soft-soft-hard), in the entire speed range, for the decoupling of importance.
Alle sonstigen Maßnahmen zur Reibungsbeeinflussung des Federsatzes (Schmierung, Flieger, Gleitbahnblech, reibungsreduzierende Gleiteinlagen/-beschichtungen, Rollgleitschuhe) können zusätzlich zu den beschriebenen Maßnahmen eingesetzt werden.All other measures to influence the friction of the spring set (lubrication, fliers, slideway plate, friction-reducing sliding inserts / coatings, rolling skids) can be used in addition to the measures described.
3. Funktion3rd function
3.1 Reihenfolgeeinfluss der Federn im Federsatz (hier am Beispiel eines Außendämpfers mit Federtellern und Gleitschuhen)3.1 Sequence influence of the springs in the spring set (here on the example of an outer damper with spring plates and sliding shoes)
In
Deshalb ist die zur Verfügung stehende Federarbeit einer realen, reibungsbehafteten Feder, bei gleichem Moment, im Vergleich zu einer reibungsfreien Feder niedriger (
In
Die Federn (hier F1 bis F5; Anzahl grundsätzlich beliebig) können als Zylinderdruckfedern, Bogenfedern oder einer Kombination aus beiden mit unterschiedlichen oder gleichen Federsteifigkeiten, mit oder ohne Innenfeder(n) umgesetzt werden. Im dargestellten Fall sind die Federn F1 und F5 über die Federteller an jeweils einer Seite, über Fanghaken an der Nabenscheibe, radial gefangen, so dass keine fiehkraft-/momentenbedingte Reibung zwischen diesen Federn (F1 und F5) und der Gleitbahn entsteht.The springs (here F1 to F5, number basically any) can be implemented as cylinder springs, bow springs or a combination of both with different or the same spring stiffness, with or without inner spring (s). In the case shown, the springs F1 and F5 on the spring plate on each side, over catch hooks on the hub disc, caught radially, so that no Cogging / torque-related friction between these springs (F1 and F5) and the sliding track is created.
Damit ergeben sich, in diesem beispielhaft dargestellten Federsatz, maximal vier Reibstellen zwischen den Gleitschuhen und der Gleitbahn (= MR1 bis MR4).This results in a maximum of four friction points between the sliding shoes and the slide track (= MR1 to MR4) in this spring set shown as an example.
Die reibungsverursachende Normalkraft an den Gleitschuhen kommt zum einen aus der Fliehkraft (Einsatz in rotierenden Systemen) und zum anderen aus einem Teil des übertragenen Moments, da im realen Fall die Federn in einem rotationssymmetrischen Torus ihre Federarbeit verrichten und ein Teil des eingeleiteten Moments als Radialkraft zusätzlich auf die Gleitschuhe wirkt (
In
Eine alternative Ansteuerung ist in den
In
In
In
In dem dargestellten Fall sind fünf Einzelfedern mit unterschiedlichen Steifigkeiten zu einer Kennlinie zusammengestellt.In the illustrated case, five individual springs are assembled with different stiffness to a characteristic.
Aufgrund der Besonderheit der Leistungsverzweigung mit zwei Momentenpfade ist eine reibungsfreie/reibungsarme Auslegung der ersten Federstufen (hier: c1 und c2) und eine möglichst hohe Reibung für die härteren Federn (c4 und c5) besonders vorteilhaft. Die reibungsfreien ersten Federn (c1 und c2) begünstigen durch die geringe Reibung einen scharfen Phasensprung und gleichzeitig die Lage der Resonanz hin zu niedrigeren Drehzahlen. Beides ist für die Auslöschung und die Ausbildung der Auslöschpunkte, in diesem besonders wichtigen Drehzahlbereich, und damit für die Entkopplungsgüte von Vorteil. Weiterhin wird durch die höhere Reibung der härteren Federn (c4 und c5) auch die Steifigkeit dieser Federn erhöht. Dadurch werden die Entkopplung des Federsatzzweiges im höheren Drehzahlbereich wie gewünscht schlechter und die Entkopplung des Gesamtsystems, durch Überlagerung mit dem direkten Zweig, günstiger. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Entkopplung des Federsatzzweiges aufgrund der unveränderten anderen Parameter, in erster Linie der Zwischenmassenträgheit und der Koppelgetriebeübersetzung, im höheren Drehzahlbereich zu gut ist. Durch die bewusste Verschlechterung bei höheren Drehzahlen, aufgrund der höheren Reibung und Steifigkeit in den Federn c4 und c5, passt das Signal des Federsatzzweiges, die Größe der Amplitude, wieder besser zum direkten Zweig, wodurch die Entkopplung des Gesamtsystems günstiger wird.Due to the peculiarity of the power split with two torque paths, a frictionless / low-friction design of the first spring stages (here: c1 and c2) and the highest possible friction for the harder springs (c4 and c5) is particularly advantageous. The friction-free first springs (c1 and c2) promote a sharp phase shift due to the low friction and at the same time the position of the resonance towards lower speeds. Both are for the extinction and the formation of Auslöschpunkte, in this particularly important speed range, and thus for the decoupling of advantage. Furthermore, the higher friction of the harder springs (c4 and c5) also increases the stiffness of these springs. As a result, the decoupling of the Federsatzzweiges in the higher speed range as desired worse and the decoupling of the entire system, by superimposing the direct branch, cheaper. The reason for this is that the decoupling of the Federsatzzweiges due to the unchanged other parameters, primarily the Zwischenmassenträgheit and the coupling gear ratio, in the higher speed range is too good. Due to the deliberate deterioration at higher speeds, due to the higher friction and stiffness in the springs c4 and c5, the signal of the Federsatzzweigs, the size of the amplitude, again better fits the direct branch, whereby the decoupling of the entire system is cheaper.
3.2 Kennlinienvarianten für die Leistungsverzweigung3.2 Characteristic variants for the power split
Zur Anpassung des Entkopplungsverhaltens über die Drehzahl sind im Wesentlichen die Parameter Kennlinie, Zwischenmassenträgheit und Koppelgetriebeübersetzung geeignet.To adapt the decoupling behavior over the rotational speed, the parameters characteristic curve, intermediate mass inertia and coupling gear ratio are essentially suitable.
Die Vorteile verschiedener Federsatzcharakteristika sollen nachfolgend aufgezeigt werden.The advantages of different spring rate characteristics will be shown below.
Die Beeinflussung der Entkopplung durch Anpassung der Federsteifigkeiten für unterschiedliche Drehzahlen/Drehzahlbereiche ist eine sehr vorteilhafte, weil relativ einfach umsetzbare, Möglichkeit für die optimale Auslegung der Leistungsverzweigung.The influence on the decoupling by adaptation of the spring stiffnesses for different speeds / speed ranges is a very advantageous, because relatively easy to implement, possibility for the optimal design of the power split.
Zur Änderung der Kennlinie werden Federn mit unterschiedlichen Steifigkeiten eingesetzt. Damit kann die Entkopplung durch die Leistungsverzweigung auf unterschiedliche Anregungen, z. B. für Motoren mit unterschiedlichen Zylinderzahlen, für Downspeedinganwendungen, Zylinderabschaltung usw., abgestimmt werden.To change the characteristic springs with different stiffnesses are used. Thus, the decoupling by the power split to different suggestions, eg. For example Engines with different numbers of cylinders, for downspeeding applications, cylinder deactivation, etc., to be tuned.
In
Zur Abstimmung auf verschiedene Drehzahl-/Momentenbereiche könnten theoretische beliebig viele Federsteifigkeiten (c1, c2, ci, ..., ci + x) vorgesehen werden. Damit lassen sich sowohl der niedrige Drehzahlbereich mit sehr weichen Federn, der mittlere Drehzahlbereich mit härteren Federn und der hohe Drehzahlbereich mit sehr harten Federn günstig auslegen. Bei optimaler Abstimmung könnte für jede einzelne Steifigkeit ein Auslöschpunkt (AP1 bis APi + 1) erzeugt werden und damit eine ideale Auslöschung/Entkopplung über den gesamten Drehzahlbereich (nleer bis nmax) erreicht werden.Theoretically, any desired number of spring stiffnesses (c1, c2, ci,..., Ci + x) could be provided for matching to different speed / torque ranges. Thus, both the low speed range with very soft springs, the medium speed range with harder springs and the high speed range with very hard springs can be interpreted favorably. With optimum tuning, an extinguishing point (AP1 to APi + 1) could be generated for each individual stiffness and thus an ideal extinction / decoupling over the entire speed range (nleer to nmax) can be achieved.
Dabei ist es unerheblich wie die einzelnen Steifigkeitsstufen konstruktiv dargestellt werden. Beispielsweise könnte ein gestufter Außendämpfer, ein gestufter Innendämpfer oder eine Kombination aus beidem umgesetzt werden.It is irrelevant how the individual stiffness levels are shown constructively. For example, a stepped outer damper, a stepped inner damper, or a combination of both could be implemented.
In den
Insbesondere bei der Zylinderabschaltung ist die Auslegung so zu wählen, dass das Motormomente im Abschaltbetrieb innerhalb einer/weniger Stufen bleibt z. B. in einer (c2) oder zwei (c2 und c3) Stufe(n). Damit können im Vollmotorbetrieb und im Abschaltbetrieb ein oder mehrere Auslöschpunkte dargestellt werden.In particular, in the case of cylinder deactivation, the design is to be selected so that the engine torque remains in the shutdown mode within one / less stages z. In one (c2) or two (c2 and c3) stage (s). This allows one or more extinguishing points to be displayed in full engine operation and in shutdown mode.
Weiterhin gilt grundsätzlich, dass eine stark progressive Kennlinie der Funktio/Leistungsfähigkeit der Leistungsverzweigung entgegenkommt. Bei niedrigen Drehzahlen (geringe fliehkraftbedingte Reibung und niedriges Motormoment) arbeiten die weichen Federn in diesem Bereich sehr gut (Resonanzdrehzahl sinkt, Phasensprung wird schärfer, viel Federarbeit/wenig Reibarbeit) und gleichzeitig lassen sich die Parameter der Leistungsverzweigung so abstimmen, dass Auslöschpunkte dargestellt werden können. Bei höheren Drehzahlen (☐ max. Motormoment) ist die Entkopplung des Federsatzzweiges grundsätzlich zu gut, so dass eine Verschlechterung der Entkopplung in diesem Zweig, durch sehr steife Federn, die Auslöschung mit den höheren Amplituden des direkten Zweiges begünstigt.Furthermore, it applies in principle that a strongly progressive characteristic of the functio / performance of the power split accommodates. At low speeds (low centrifugal friction and low engine torque), the soft springs in this range work very well (resonance speed decreases, phase jump becomes sharper, much spring work / less friction work) and at the same time the parameters of the power split can be adjusted so that Ausschöschpunkte can be represented , At higher speeds (□ maximum engine torque) the decoupling of the spring-set branch is basically too good, so that a deterioration of the decoupling in this branch, due to very stiff springs, favors the extinction with the higher amplitudes of the direct branch.
Fig. 10Fig. 10
Für Motoren mit sehr hohen Wechselmomenten, z. B. ab Leerlaufdrehzahl auf dem Niveau des maximalen Motormoments oder darüber, gilt zudem grundsätzlich, dass nicht mehrere Auslöschpunkte exakt ausgelegt werden können, da die Momentenschwingungen nicht innerhalb einer Steifigkeitsstufe bleiben und damit keine eindeutig definierten Parameter (Steifigkeit) bei einer bestimmten Drehzahl oder einem bestimmten Moment gegeben ist. Zur Auslegung eines Auslöschpunktes ist es aber erforderlich, dass die Parameter Zwischenmassenträgheit, Koppelgetriebeübersetzung und Federsteifigkeit in einem begrenzten Drehzahl-/Momentenbereich bzw. idealerweise -punkt (= Punkt/Bereich in dem eine Auslöschpunkt liegen soll) konstant sind. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, kann auch kein Auslöschpunkt exakt definiert werden. In solchen Fällen, z. B. bei hochmomentigen Drei- oder Zweizylindern, ist es zweckmäßig die Auslegung der Kennlinie so vorzunehmen, dass ein größerer Auslöschbereich ausgebildet wird. Das wird z. B. erreicht durch eine Kennlinie mit wenigen oder nur einer einzigen Stufe(n)/Steifigkeit(en) (
Außerdem ist bei solchen Anwendung die Reduzierung der Massenträgheitsmomente der Planetenräder von Vorteil. In
Bei höheren Momenten und Kennlinien mit mehreren Auslöschpunkten (Federstufen, Steifigkeiten) sind Kombinationen wie in
In den
In den weiteren (
3.3 Randbedingungen bei der Auslegung von Serienkennlinien3.3 Boundary conditions in the design of series characteristics
Bei der Auslegung von Serienfedersätzen müssen neben der Entkopplungsfunktion weitere Kriterien berücksichtigt werden, die bisher nicht explizit beschrieben wurden. Dazu gehört z. B. die Berücksichtigung einer Startstufe (falls erforderlich – bei Verwendung eines Startergenerators oder in Zusammenarbeit mit Hybridanwendungen muss der Motorstart nicht zwingend über den Federsatz und damit nicht durch die Federsatzresonanz erfolgen), die Auslegung einer Anschlagstufe, die Einhaltung bestimmter Steifigkeitssprünge in den Stufenübergängen (ci/ci + 1 sollte < 3 sein, da sonst durch den Anschlag der Gleitschuhe ggf. Momentenspitzen im Antriebstrang auftreten und damit die Entkopplung wieder verschlechtern könnten.) und was bei der Federauslegung immer berücksichtigt werden muss sind die ertragbaren Spannungen in den Federn.In the design of series spring sets in addition to the decoupling function more Criteria that have not been explicitly described so far. This includes z. B. the consideration of a starting stage (if necessary - when using a starter generator or in cooperation with hybrid applications, the engine must start not necessarily on the spring set and thus not by the spring replacement resonance), the design of a stop step, the compliance of certain stiffness jumps in the step transitions (ci / ci + 1 should be <3, otherwise torque peaks in the drive train could possibly occur due to the stop of the sliding shoes and thus impair the decoupling again.) and what must always be taken into account in the spring design are the tolerable stresses in the springs.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012218729 A1 [0032] DE 102012218729 A1 [0032]
- DE 102012214361 A1 [0032] DE 102012214361 A1 [0032]
- DE 102011007118 A1 [0032] DE 102011007118 A1 [0032]
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