DE102016211947A1 - Method for transmission and damping of torques - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Übertragung und zur Dämpfung eines mittleren Drehmomentes mit einem überlagerten Wechselmoment, in einer Drehmomentübertragungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Eingangsbereich und einen um eine Drehachse drehbaren Ausgangsbereich, wobei das mittlere Drehmoment mit dem überlagerten Wechselmoment entlang eines Drehmomentweges von dem Eingangsbereich zu dem Ausgangsbereich übertragen wird, wobei der Eingangsbereich der Drehmomentübertragungsanordnung mit einer Eingangsdrehzahl um die Drehachse und der Ausgangsbereich der Drehmomentübertragungsanordnung mit einer Ausgangsdrehzahl um die Drehachse rotiert, wobei sich zumindest die Eingangsdrehzahl aus einer mittleren Drehzahl und einem überlagerten Wechselanteil zusammensetzt, wobei der Wechselanteil näherungsweise durch eine Überlagerung periodischer Drehzahlschwingungen beschrieben werden kann, deren Frequenzen im Wesentlichen in einem ganzzahligen Verhältnis zur Zündfrequenz stehen, wobei jede dieser periodischen Schwingungen ein Minimum und ein Maximum aufweist, wobei eine Schlupfanordnung im Drehmomentweg zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich zur Übertragung des mittleren Drehmomentes mit dem überlagerten Wechselmoment und zur Erzeugung eines Drehzahlschlupfes zwischen der Drehzahl ne und der Drehzahl na im Drehmomentweg vorgesehen ist, wobei die Schlupfanordnung im Bereich der Maxima zumindest eines periodischen Schwingungsanteils des Wechselanteils ein Maximum einer externen Aktivierung des Drehzahlschlupfes und im Bereich der Minima zumindest eines periodischen Schwingungsanteils des Wechselanteils ein Minimum einer externen Aktivierung des Drehzahlschlupfes vorsieht.A method for transmitting and damping an average torque with a superimposed alternating torque, in a torque transmission arrangement for a drive train of a motor vehicle comprising an input shaft rotatable about an input axis and an axis rotatable about an output range, wherein the average torque with the superimposed alternating torque along a torque path of the input portion of the torque transmitting assembly is rotated at an input speed about the axis of rotation and the output portion of the torque transmitting assembly with an output speed around the axis of rotation, wherein at least the input speed of a mean speed and a superimposed alternating component composed, wherein the alternating component can be described approximately by a superposition of periodic speed oscillations whose frequencies are substantially in an integer In relation to the ignition frequency, each of these periodic oscillations having a minimum and a maximum, wherein a slip arrangement in the torque path between the input range and the output range for transmitting the average torque with the superimposed alternating torque and for generating a rotational speed slip between the rotational speed ne and the rotational speed na in the torque path is provided, wherein the slip arrangement in the region of the maxima of at least one periodic oscillation component of the alternating component provides a maximum of external activation of the rotational speed slip and in the range of minima of at least one periodic oscillation component of the alternating component a minimum of external activation of the rotational speed slip.
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung und zur Dämpfung eines mittleren Drehmomentes mit einem überlagerten Wechselmoment in einer Drehmomentübertragungsanordnung für den Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Eingangsbereich, und einem nachfolgendem Ausgangsbereich.The present invention relates to a method for transmitting and damping an average torque with a superimposed alternating torque in a torque transmission arrangement for the drive train of a motor vehicle with an input area, and a subsequent output area.
Aus dem Stand der Technik der
Nachteilig an diesem Verfahren aus dem Stand der Technik, dass mit diesem Verfahren nur der Anfahrvorgang und das durch den Anfahrvorgang bekannte Rupfen verringert werden soll. Dieses Verfahren besitzt jedoch nicht die Leistungsfähigkeit, Drehschwingungen, die durch den Verbrennungsmotor verursacht werden, zu dämpfen, die bei einem permanenten Fahrzustand auftreten.A disadvantage of this method of the prior art that with this method, only the starting and the known by the starting chatter should be reduced. However, this method does not have the capability of dampening torsional vibrations caused by the internal combustion engine that occur in a permanent running condition.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Drehschwingungsreduzierung einer Drehmomentübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die vor allem nach dem Anfahrvorgang eine vorteilhafte, Drehschwingungsreduzierung bewirkt.Object of the present invention is therefore to provide a method for torsional vibration reduction of a torque transmitting device, which causes an advantageous, torsional vibration reduction especially after the starting.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of
Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Übertragung und zur Dämpfung eines mittleren Drehmomentes mit einem überlagerten Wechselmoment, in einer Drehmomentübertragungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen um eine Drehachse (A) drehbaren Eingangsbereich und einen um eine Drehachse (B) drehbaren Ausgangsbereich, wobei das mittlere Drehmoment mit dem überlagerten Wechselmoment entlang eines Drehmomentweges von dem Eingangsbereich zu dem Ausgangsbereich übertragen wird, wobei der Eingangsbereich der Drehmomentübertragungsanordnung mit einer Eingangsdrehzahl um die Drehachse (A) und der Ausgangsbereich der Drehmomentübertragungsanordnung mit einer Ausgangsdrehzahl um die Drehachse (B) rotiert, wobei sich zumindest die Eingangsdrehzahl aus einer mittleren Drehzahl und einem überlagerten Wechselanteil zusammensetzt, wobei der Wechselanteil näherungsweise durch eine Überlagerung periodischer Drehzahlschwingungen beschrieben werden kann, deren Frequenzen im Wesentlichen in einem ganzzahligen Verhältnis zur Zündfrequenz stehen, wobei jede dieser periodischen Schwingungen ein Minimum und ein Maximum aufweist, wobei eine Schlupfanordnung im Drehmomentweg zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich zur Übertragung des mittleren Drehmomentes mit dem überlagerten Wechselmoment und zur Erzeugung eines Drehzahlschlupfes zwischen der Drehzahl ne und der Drehzahl na im Drehmomentweg vorgesehen ist, wobei die Schlupfanordnung im Bereich der Maxima zumindest eines periodischen Schwingungsanteils des Wechselanteils ein Maximum einer ex-ternen Aktivierung des Drehzahlschlupfes und im Bereich der Minima zumindest eines periodischen Schwingungsanteils des Wechselanteils ein Minimum einer externen Aktivierung des Drehzahlschlupfes vorsieht. Dabei kann zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich und vor der Schlupfanordnung noch weitere Drehschwingungsdämpfungseinheiten wie beispielsweise ein erster und/oder ein zweiter Federsatz sowie eine Tilgereinheit vorgeschalten werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Wechselmomente, die von dem Eingangsbereich beispielsweise einen Verbrennungsmotor kommen, vorgefiltert werden. Die Schlupfanordnung zielt dabei darauf ab, die verbleibenden restlichen Wechselmomente zu reduzieren, im optimalen Falle sogar auf „Null” zu setzen. Um dies zu erreichen sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass für den Fall, dass im Bereich eines Maximums einer periodischen Schwingung des überlagerten Wechselmoments eine maximale externe Aktivierung der Schlupfanordnung erfolgt, mehr Schlupf zuzulassen, und im Bereich eines Minimums einer periodischen Schwingung des überlagerten Wechselmoments eine minimale externe Aktivierung der Schlupfanordnung erfolgt, weniger Schlupf zuzulassen. Dies bedeutet, dass die Schlupfanordnung, die beispielsweise von einer Schlupfkupplung, beispielsweise einer Lamellenkupplung, gebildet werden kann von der externen Aktivierung ein hydraulisches Signal erhält in der Form eines niedrigeren hydraulischen Drucks, was eine Verringerung einer Anpresskraft auf die Lamellenkupplung zur Folge haben kann und sich somit eine Schlupferhöhung sprich eine Vergrößerung der Drehzahldifferenz ergibt. Für den Fall der Schlupfreduzierung soll die externe Aktivierung ein hydraulisches Signal zu der Schlupfkupplung in der Form geben, dass hier ein hydraulischer Druck erhöht wird und somit die Anpresskraft auf die Schlupfkupplung ebenfalls erhöht wird, was zu einer Schlupfreduzierung in der Schlupfkupplung zur Folge hat. Hierdurch kann dem Maximum im überlagerten Wechselmoment entgegengewirkt werden. Die externe Aktivierung zur Erzielung der Schlupfreduzierung bzw. der Schlupferhöhung kann auch als Schlupfmodulation bezeichnet werden. Dabei ist die Frequenz der Schlupfmodulation abhängig von der Verwendung des Antriebsaggregates beispielsweise des Verbrennungsmotors. Bei der Verwendung einer Viertakt-Verbrennungsmotors ist ein Frequenzbereich von 23 Hertz bis 60 Hertz, bei der Verwendung eines Vierzylinder-Taktmotors die Verwendung eines Frequenzbereiches von circa 33 bis 66 Hertz, und bei der Verwendung eines Sechszylinder-Viertakt-Verbrennungsmotors die Verwendung eines Frequenzbereiches von 50 bis 100 Hertz vorteilhaft.This is a method for transmitting and damping an average torque with a superimposed alternating torque, in a torque transmission arrangement for a drive train of a motor vehicle, comprising an input region rotatable about an axis of rotation (A) and an output region rotatable about an axis of rotation (B). wherein the average torque with the superimposed alternating torque is transmitted along a torque path from the input portion to the output portion, wherein the input portion of the torque transmitting assembly rotates at an input speed about the rotational axis (A) and the output portion of the torque transmitting assembly at an output rotational speed about the rotational axis (B); wherein at least the input speed of an average speed and a superimposed alternating component is composed, wherein the alternating component can be described approximately by a superposition of periodic speed oscillations whose F Frequencies are substantially in an integer ratio to the firing frequency, each of these periodic oscillations having a minimum and a maximum, wherein a slip arrangement in the torque path between the input and the output range for transmitting the average torque with the superimposed alternating torque and for generating a rotational speed slip between the Speed ne and the speed na is provided in the torque path, wherein the slip arrangement in the region of the maxima of at least one periodic oscillation component of the alternating component a maximum of ex-ternal activation of the rotational speed slip and in the range of minima at least one periodic oscillation component of the alternating component a minimum of external activation of Speed slip provides. In this case, further torsional vibration damping units such as, for example, a first and / or a second spring set as well as a damping unit can be connected in series between the input area and the exit area and before the slip arrangement. This is particularly advantageous because the alternating torques that come from the input area, for example an internal combustion engine, are prefiltered. The slip arrangement aims to reduce the remaining remaining alternating moments, in the optimal case even to set to "zero". In order to achieve this, the method according to the invention provides that, in the event that a maximum external activation of the slip arrangement takes place in the region of a maximum of a periodic oscillation of the superimposed alternating torque, more slippage is permitted, and in the region of a minimum of a periodic oscillation of the superimposed alternating torque minimal external activation of the slip arrangement is to allow less slippage. This means that the slip arrangement, which can be formed for example by a slip clutch, for example a multi-plate clutch, receives a hydraulic signal from the external activation in the form of a lower hydraulic pressure, which can result in a reduction of a contact force on the multi-plate clutch and thus a slip increase ie an increase in the speed difference results. In the case of slip reduction, the external activation should give a hydraulic signal to the slip clutch in the form that a hydraulic pressure is increased and thus the contact pressure on the slip clutch is also increased, resulting in a slip reduction in the slip clutch. As a result, the maximum in the superimposed alternating moment can be counteracted. The external activation to achieve the slip reduction or the slip increase can also be referred to as slip modulation. Here is the frequency of Slip modulation depending on the use of the drive unit, for example, the internal combustion engine. When using a four-stroke internal combustion engine, a frequency range of 23 hertz to 60 hertz, using a four-cylinder cycle engine, the use of a frequency range of about 33 to 66 hertz, and using a six-cylinder four-stroke internal combustion engine, the use of a frequency range of 50 to 100 hertz advantageous.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die externe Aktivierung der Schlupfanordnung von einem Kugelrampenmechanismus erfolgt, der einem Federsatz nachgeschaltet ist.It can further be provided that the external activation of the slip arrangement is effected by a ball ramp mechanism, which is connected downstream of a spring set.
Auch kann eine Aktivierung des Kugelrampenmechanismus durch einen Verdrehwinkel an dem Federsatz erfolgt.Also, an activation of the ball ramp mechanism is effected by a twist angle on the spring set.
Weiter kann es vorteilhaft sein, dass der Kugelrampenmechanismus in Wirkverbindung mit einem Hubkolben eines Hydraulikzylinders steht.Furthermore, it may be advantageous for the ball ramp mechanism to be in operative connection with a lifting piston of a hydraulic cylinder.
Eine günstige Ausführungsvariante sieht vor, dass der Hubkolben in Wirkverbindung mit einer Arbeitskammer der Schlupfanordnung steht.A favorable embodiment provides that the reciprocating piston is in operative connection with a working chamber of the slip arrangement.
Auch kann die Arbeitskammer in Wirkverbindung mit einem Ausrückkolben der Schlupfanordnung steht.Also, the working chamber is operatively connected to a release piston of the slip assembly.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kugelrampenmechanismus geeignet, an der Schlupfanordnung einen Modulationsbereich von 23 bis 50 Hz oder einen Bereich von 33 bis 66 Hz oder einen Bereich von 50 bis 100 Hz vorzusehen.In a further advantageous embodiment, the ball ramp mechanism is suitable for providing on the slip arrangement a modulation range of 23 to 50 Hz or a range of 33 to 66 Hz or a range of 50 to 100 Hz.
Auch kann die Schlupfanordnung als ein Anfahrelement verwendet wird.Also, the slip arrangement can be used as a starting element.
Es kann aber auch zusätzlich zu der Schlupfanordnung ein Anfahrelement vorgesehen sein.But it can also be provided in addition to the slip arrangement, a starting element.
Weiter vorteilhaft kann es sein, wenn die Schlupfanordnung und/oder das Anfahrelement als eine Reibkupplung, oder als eine Lamellenkupplung, oder als eine hydrodynamische Kupplung, oder als eine Trennkupplung in Hybridantrieben, oder als eine Doppelkupplung oder eine Triplekupplung ausgeführt, oder als eine Bremse in Verbindung mit einem Planetengetriebe ausgeführt ist.It may also be advantageous if the slip arrangement and / or the starting element designed as a friction clutch, or as a multi-plate clutch, or as a hydrodynamic clutch, or as a clutch in hybrid drives, or as a double clutch or a triple clutch, or as a brake in Connection is made with a planetary gear.
Auch kann der Kugelrampenmechanismus als ein Gewindespindelmechanismus ausgeführt sein.Also, the ball ramp mechanism may be implemented as a threaded spindle mechanism.
Weiter kann der Gewindespindelmechanismus in direkter Wirkverbindung mit der Schlupfanordnung stehen.Furthermore, the threaded spindle mechanism can be in direct operative connection with the slip arrangement.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Gewindespindelmechanismus geeignet ist, an der Schlupfanordnung einen Modulationsbereich von 23 bis 50 Hz oder einen Bereich von 33 bis 66 Hz oder einen Bereich von 50 bis 100 Hz vorzusehen.It is also advantageous if the threaded spindle mechanism is suitable for providing on the slip arrangement a modulation range of 23 to 50 Hz or a range of 33 to 66 Hz or a range of 50 to 100 Hz.
Auch kann die Schlupfanordnung als ein Anfahrelement verwendet werden.Also, the slip arrangement can be used as a starting element.
Weiter kann zusätzlich zu der Schlupfanordnung ein Anfahrelement vorgesehen sein.Furthermore, in addition to the slip arrangement, a starting element can be provided.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Schlupfanordnung und/oder das Anfahrelement als eine Reibkupplung, oder als eine Lamellenkupplung, oder als eine hydrodynamische Kupplung, oder als eine Trennkupplung in Hybridantrieben, oder als eine Doppelkupplung oder eine Triplekupplung ausgeführt, oder als eine Bremse in Verbindung mit einem Planetengetriebe ausgeführt istIt can be advantageous if the slip arrangement and / or the starting element as a friction clutch, or as a multi-plate clutch, or as a hydrodynamic clutch, or as a clutch in hybrid drives, or designed as a double clutch or a triple clutch, or as a brake in combination is executed with a planetary gear
Auch kann die die Drehachse (A) und die Drehachse (B) koaxial verlaufen oder dass die Drehachse (A) und die Drehachse (B) versetzt verlaufen.Also, the axis of rotation (A) and the axis of rotation (B) can be coaxial or that the axis of rotation (A) and the axis of rotation (B) are offset.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Darstellungen näher erläutert werden. Dabei stellen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele lediglich bevorzugte Ausführungen dar und sollen nicht den Rahmen der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to illustrations. The embodiments illustrated in the drawings represent only preferred embodiments and are not intended to define the scope of the invention. This is defined solely by the appended claims.
Es zeigen inIt show in
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Hereinafter, identical or functionally equivalent components are denoted by the same reference numerals.
Vorab zu der
Die
Der drehzahladaptivem Tilger
Wird die Wandlerüberbrückungskupplung
Die
Die in der
Dies ist allerdings nur exemplarisch zu verstehen. Funktionell sind beispielsweise auch andere Ausführungen des Torsionsdämpfers
Die
Die
Die
Bei der geforderten schlupffähigen Kupplung
Die
Mit der bereits beschriebenen Topologie kann bei gleichen Steifigkeitswerten des Federsatzes
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, bei niedriger Schlupfdrehzahl die Entkopplungswirkung des Schlupfes zu steigern.The aim of the present invention is to increase at low slip speed, the decoupling effect of the slip.
Dies wird dadurch erreicht, dass das von der Kupplung übertragbare Moment aktiv moduliert wird. Dieses Verfahren wird daher aktiver Schlupf Mode 2 genannt. Dabei ist F0 eine Kraft, welche von einem Schlupfregler eingeregelt wird, um eine bestimmte mittlere Drehzahldifferenz zwischen einer Eingangsseite
- r
- = mittlerer Reibradius
- μ
- = Reibwert der Kupplungsbeläge, welcher von der Schlupfdrehzahl n_Schlupf abhängt.
- r
- = mean friction radius
- μ
- = Coefficient of friction of the clutch linings, which depends on the slip speed n_slip.
Fa(α,) ist eine zusätzliche Kraft, deren Amplitude in Abhängigkeit von einem Bezugswinkel α und einer Phasenverschiebung β verläuft. Die Abhängigkeit kann beispielsweise über eine Sinusfunktion gegeben sein. Als Bezugswinkel kommt beispielsweise die Kurbelwellen-Stellung in Frage. Für eine Abstimmung auf die Haupt-Motorordnung bei einem 4-Zylinder 4-Takt-Motor würde dies bedeuten:
Das übertragbare Moment berechnet sich damit wie folgt: The transferable moment is calculated as follows:
In der
Die
Hierzu wird eine in der Hauptordnung, hier die 1. Motorordnung, eine rein sinusförmige Drehungleichförmigkeit an der Eingangsseite der Kupplung angenommen. Mit einer konstanten Kupplungskraft F0 stellt sich in diesem Beispiel dann ein mittlerer Schlupf von 5 rpm ein, welcher mit einer Amplitude von 4 rpm um den Mittelwert schwingt, vergleiche die
Der Verlauf des Reibwertes der Schlupfkupplung über den Schlupf wird in diesem Bereich linearisiert, dargestelllt mit der durchgezogene Linie, in der
Somit ergibt sich auch für den Reibwert ein sinusförmiger Verlauf über der Zeit, zu sehen in der
Für das übertragbare Moment gilt bei Modulation in Hauptordnung wiederum: For the transmittable moment, the following applies to modulation in the main order:
Der Winkel α berechnet sich hierbei zu α = 2·π·n·t mit n = Drehzahl t = ZeitThe angle α is calculated here as α = 2 · π · n · t with n = rotational speed t = time
Mit einer optimalen Phasenverschiebung β = 180° = π folgt sin(α + π) = –sin(α) Durch Ausmultiplizieren von M_üb: With an optimal phase shift β = 180 ° = π, sin (α + π) = -sin (α) follows by multiplying M_üb by:
Mitfolgt: With follows:
Die Summanden in der eckigen Klammer dieses Terms lassen sich unterschiedlichen Ordnungen zuweisen:
- 0. Ordnung: F_0 μ_0 – (F_a μ_a)/2 mittleres Moment Um das gleiche mittlere übertragbare Moment zu erhalten, sind für unterschiedliche Subtrahenden (F_a μ_a)/2 unterschiedliche Kräfte F_0 notwendig (wird durch Schlupfregler nachgeregelt).
- 1. Ordnung: (F_0 μ_a – F_a μ_0)sin (α) Hauptordnung in diesem Beispiel Lässt sich unter den vereinfachten Annahmen bei Wahl von F_a =(F_0 μ_a)/μ_0 komplett auslöschen! Hierin ist der Effekt der Erfindung begründet!
- 2. Ordnung: (F_a μ_a)/2cos (2α)
Durch die Modulation entsteht eine neue Ordnung mit doppelter Modulationsfrequenz.
Die Amplitude dieser Ordnung ist jedoch vergleichsweise gering und zudem werden höhere Ordnungen vom Antriebsstrang besser gedämpft als niedrige, so dass der positive Effekt der Reduzierung der Hauptordnung überwiegt. Es handelt sich bei dieser Herleitung um ein stark vereinfachtes Modell. Aufgrund der abweichenden Bedingungen in der Realität, ist zwar mit diesem Verfahren praktisch keine vollständige Auslöschung der Haupt-Motorordnung möglich, jedoch eine deutliche Reduzierung, wie in
der 7 zu sehen ist.
- 0th order: F_0 μ_0 - (F_a μ_a) / 2 mean torque In order to obtain the same average transmittable torque, different forces F_0 are necessary for different subtrahends (F_a μ_a) / 2 (is adjusted by slip control).
- 1st order: (F_0 μ_a - F_a μ_0) sin (α) Main order in this example Can be completely canceled under the simplified assumptions when choosing F_a = (F_0 μ_a) / μ_0! Herein is the effect of the invention justified!
- 2nd order: (F_a μ_a) / 2cos (2α) The modulation creates a new order with twice the modulation frequency. However, the amplitude of this order is comparatively low and, in addition, higher orders are better damped by the drivetrain than low, so that the positive effect of reducing the main order outweighs. This derivation is a much simplified model. Due to the different conditions in reality, although this method virtually no complete extinction of the main engine order possible, but a significant reduction, as in the
7 you can see.
Dabei wird die Die Funktion des Kupplungsschlupfes mit aktiver Modulation, also Kupplungsschlupf Mode 2, durch folgende Parameter bestimmt.The function of the clutch slip with active modulation, ie
Zum einen ist die die Schwingungsform. Der optimale Verlauf des übertragbaren Kupplungsmoments über der Zeit hängt vom Verlauf der Drehungleichförmigkeit der Hauptordnung am Kupplungseingang ab. Im vorangegangenen Beispiel war die angenommene Anregung rein sinusförmig und der optimale Verlauf der modulierten Kupplungskraft ebenfalls. In einem realen Antriebsstrang hat die bereits vorentkoppelte Hauptordnung des Wechselmoments am Kupplungseingang einen zumindest näherungsweise sinusförmigen Verlauf, so dass auch hier die Modulation des Kupplungsmoments über eine Sinusfunktion beschrieben werden kann, um gute Ergebnisse zu erreichen, zu sehen in der
Die Aufteilung der Betätigungskraft der Kupplung in eine über den Schlupfregler vorgegebene, im stationären Betriebspunkt konstante Kraft F0, und eine dynamische Kraft Fa zur Modulation des übertragbaren Moments, ist jedoch vornehmlich ein Gedankenmodell zur Beschreibung des Wirkprinzips der Erfindung. Es ist Sache der konstruktiven Umsetzung, ob tatsächlich zwei Kräfte überlagert werden, z. B. im Sinne von zwei separaten Aktoren, ob die Kraft, welche ein einzelner Aktor auf die Kupplung aufbringt, entsprechend variiert wird, oder ob Mischformen eingesetzt werden.However, the distribution of the actuation force of the clutch into a predetermined by the slip control, constant in the steady-state operating force F0, and a dynamic force Fa for the modulation of the transmissible torque, but is primarily a thought model to describe the principle of effect of the invention. It is a matter of constructive implementation, whether actually two forces are superimposed, z. Example, in the sense of two separate actuators, whether the force which a single actuator applies to the clutch, is varied according to whether mixed forms are used.
Entscheidend für das Verfahren ist lediglich, dass das übertragbare Moment der Kupplung in einer geeigneten Form und mit geeigneten Parametern dynamisch verändert wird. Für eine Abstimmung auf die Haupt-Motorordnung muss die Modulationsfrequenz der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors entsprechen. Somit steigt sie in Abhängigkeit zur Motordrehzahl an. Für einen 3-Zylinder 4-Takt-Motor ergibt sich beispielsweise für den Drehzahlbereich von 1000 bis 2000 rpm eine notwendige Modulationsfrequenz von 25 bis 50 Hz. Bei Motoren mit Zylinderabschaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Regelung der Schlupfbetätigung eine Umschaltung zwischen den Ordnungen des Voll- und Abschaltbetriebs ermöglicht. Ebenso ist eine Auslegung auf höhere Ordnungen, bzw. eine kombinierte Auslegung auf mehrere Ordnungen möglich.Crucial for the process is only that the transmittable torque of the clutch is dynamically changed in a suitable form and with suitable parameters. For a vote on the main engine order, the modulation frequency must correspond to the ignition frequency of the internal combustion engine. Thus, it increases depending on the engine speed. For a 3-cylinder 4-stroke engine results, for example, for the speed range from 1000 to 2000 rpm a necessary modulation frequency of 25 to 50 Hz. In engines with cylinder deactivation, it is particularly advantageous if the control of the slip operation switching between the orders of Full and shutdown operation allows. Likewise, an interpretation to higher orders, or a combined interpretation of several orders is possible.
Die optimale Phasenlage der Modulation beträgt 180° in Bezug auf die Schwingung der Eingangsdrehzahl der Schlupfanordnung, wie auch schon in der theoretische Herleitung der Funktion vorangehend beschrieben. Besonders vorteilhaft sind Phasenverschiebungen im Bereich 180° ± 45°. Bei zu geringer Phasenverschiebung kommt es zur einer Vergrößerung der Drehungleichförmigkeit, welche bei Phasengleichheit maximal wird.The optimum phase angle of the modulation is 180 ° with respect to the oscillation of the input rotational speed of the slip arrangement, as already described above in the theoretical derivation of the function. Phase shifts in the range of 180 ° ± 45 ° are particularly advantageous. If the phase shift is too small, the rotational nonuniformity increases, which becomes maximum when the phase is equal.
Die
- 1. Spalte:
Schlupf Mode 1 - 2. Spalte:
Schlupf Mode 2 – Phasenlage in einem günstigen Bereich - 3. Spalte:
Schlupf Mode 2 – Phasenlage in einem ungünstigen Bereich
- 1st column: Slip
Mode 1 - 2nd column: Slip mode 2 - phase position in a favorable range
- 3rd column: Slip mode 2 - phase position in an unfavorable range
In der obersten Zeile ist jeweils die Drehzahl am Eingangsbereich
In der zweiten Zeile sind die Schlupfdrehzahl ns zwischen Eingangsseite
Beim aktiven Schlupf Mode 1 in der ersten Spalte ist die Kraft Fa und somit auch das Moment Ma gleich null. Der sich einstellende Verlauf des Schlupfes ist somit das Resultat der vom Schlupfregler eingestellten Betätigungskraft F0, um einen mittleren Schlupf (hier 5 1/min) zu erhalten, dem Verlauf der Anregung, d. h. der Drehzahl- bzw. Drehmomentschwankung an der Kupplung und dem Verlauf des Reibkoeffizienten der Kupplung über der Schlupfdrehzahl.With
Beim aktiven Schlupf Mode 2 in der zweiten und dritten Spalte ist ein sinusförmiger Verlauf der Kraftkomponente Fa bzw. des aktiven Moments Ma mit einer bestimmten Amplitude und mit der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors vorgegeben.In the
In der zweiten Spalte beträgt die Phasenlage des Verlaufs des aktiven Moments Ma gegenüber dem Verlauf der Drehzahl vor der Kupplung in Zündordnung im Diagramm darüber ca. 180°. Anders ausgedrückt: In den Zeitbereichen, in denen die Drehzahlschwankung in Zündordnung Minima aufweist, hat das aktive Moment Ma Maxima und umgekehrt. Dies stellt eine optimierte Abstimmung des aktiven Schlupfes Mode 2 dar.In the second column, the phase angle of the course of the active torque Ma compared to the course of the rotational speed before the clutch in ignition order in the diagram about 180 °. In other words, in the time ranges in which the speed fluctuation in ignition order has minima, the active moment Ma has maxima and vice versa. This represents an optimized tuning of the
In der dritten Spalte ist ein ungünstiger Fall dargestellt, in dem das aktive Moment in etwa phasengleich zur Drehzahl am Eingangsbereich der Kupplung verläuft.The third column shows an unfavorable case in which the active torque is approximately in phase with the speed at the input area of the clutch.
Die Diagramme in der dritten Zeile zeigen das von der Kupplung übertragene Drehmoment, wiederum als ursprüngliches Rohsignal und als dessen Anteil in Motor-Zündordnung. Zu erkennen ist, dass mit dem aktiven Schlupf Mode 2 mit optimierter Phasenlage, siehe Spalte 2, die Ungleichförmigkeit des Moments in Motor-Hauptordnung fast vollständig geglättet wird. Mit der ungünstigen Phasenlage, siehe Spalte 3, wird die Amplitude der Momenten-Ungleichförmigkeit gegenüber dem aktiven Schlupf Mode 1, siehe Spalte 1, sogar noch erhöht. The graphs in the third row show the torque transmitted by the clutch, again as the original raw signal and as its component in engine firing order. It can be seen that with the
Die Phasenlage der Modulation muss nicht exakt 180° in Bezug auf die Drehzahl am Eingang der Schlupfvorrichtung betragen um eine positive Wirkung zu erzielen. Um eine Verbesserung gegenüber dem aktiven Schlupf Mode 1 zu erreichen, ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Phasenverschiebung im Bereich 180° ± 45° liegt.The phase of the modulation need not be exactly 180 ° with respect to the speed at the input of the slip device to achieve a positive effect. In order to achieve an improvement over the
Die
Die Eingangsdrehzahl (ne) besitzt einen Mittelwert (nem), hier 1205 1/mm, um welchen ein Wechselanteil (new), hier nicht eigens dargestellt, da deckungsgleich mit dem Verlauf von ne, schwingt. Der Verlauf des Wechselanteils hängt im Wesentlichen ab von der Beschaffenheit des Verbrennungsmotors
Es existiert eine optimale Amplitude des aktiven Moments Ma, welche vorwiegend vom mittleren Motormoment 0. Ordnung und der mittleren Schlupfdrehzahl abhängt. Zwischen der optimalen Amplitude und dem mittleren Moment bei verschiedenen Lastzuständen besteht ein annähernd linearer Zusammenhang.There is an optimum amplitude of the active torque Ma, which depends mainly on the average engine torque 0th order and the average slip speed. There is an approximately linear relationship between the optimal amplitude and the mean moment at different load conditions.
Besonders geeignet sind Amplituden der Modulation des von der Schlupfanordnung übertragbaren Moments zwischen 5 und 15% des mittleren Motormoments.Particularly suitable are amplitudes of the modulation of the torque transferable by the slip arrangement between 5 and 15% of the average engine torque.
Der effektiv wirkende Reibwert, insbesondere einer nasslaufenden Reibkupplung, wie sie üblicherweise in Kraftfahrzeug-Antriebssträngen eingesetzt wird, hängt von der momentanen Differenzdrehzahl zwischen An- und Abtrieb der Kupplung ab. Üblicherweise wird der Verlauf maßgeblich durch Additive im Öl, Material und Geometrie der Beläge so angepasst, dass sich eine degressive Steigung über der Schlupfdrehzahl ergibt. Ein üblicher Reibwertverlauf ist in der
Für die hier vorgeschlagene Schlupfkupplung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Reibwert in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,15 liegt und bis zu einer möglichst hohen Schlupfdrehzahl steil ansteigt. Besonders günstig sind Steigungen des Reibwerts über der Drehzahl zwischen 0,001/rpm und 0,005/rpm in einem Schlupfbereich bis 30 rpm. Die mittlere Schlupfdrehzahl wird von einem Schlupfregler eingeregelt.For the slip clutch proposed here, it is particularly advantageous if the coefficient of friction lies in a range between 0.05 and 0.15 and rises sharply up to a very high slip speed. Slopes of the coefficient of friction over the rotational speed between 0.001 / rpm and 0.005 / rpm in a slip range up to 30 rpm are particularly favorable. The average slip rotational speed is regulated by a slip regulator.
Da Schlupf generell Reibungsverluste verursacht, welche in Form von Wärmeenergie abgeführt werden müssen, ist eine möglichst geringe mittlere Schlupfdrehzahl anzustreben. Günstig sind für den aktiv modulierten Schlupf mittlere Schlupfdrehzahlen kleiner gleich 30 rpm, besonders günstig kleiner gleich 10 rpm.Since slippage generally causes friction losses, which must be dissipated in the form of heat energy, the lowest possible average slip speed should be aimed for. Favorable for the actively modulated slip average slip speeds are less than or equal to 30 rpm, more preferably less than or equal to 10 rpm.
Der aktive Schlupf Mode 2 bringt vor allem im niedrigen und bis in den mittleren Drehzahlbereich eine deutliche Verbesserung der Entkopplung, verglichen mit dem bekannten Schlupf Mode 1. Dieser hat den Vorteil, des geringeren Aufwands bei der Regelung und bei der Betätigung der Schlupfkupplung. Insbesondere bei hoher Drehzahl und abhängig vom Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs, kann in bestimmten Betriebszuständen für die DU-Entkopplung auch kein Schlupf notwendig sein.The
Es ist somit sinnvoll, eine bedarfsorientierte Betriebsstrategie zu implementieren. Diese kann sich an folgendem Schema orientieren:
Besondere Betriebszustände, wie gangabhängig auftretende Schwingungsknoten, Anfahren oder Resonanzen, sind dabei ebenfalls zu berücksichtigen.Special operating conditions, such as vibration dependent nodes, starting or resonances, are also to be considered.
Die
Überträgt man den Verdrehwinkel mittels einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise hier einer Kugelrampe
Die Volumen- und Druckänderungen in diesem System können hochfrequent über eine kurze Strecke in den Arbeitsraum
Spontane Änderungen des durch den Fahrerfuß über das Gaspedal angeforderten Fahrmomentes, die auch zur Winkelveränderung des o. a. letzten Dämpfers führen, werden dabei bereits bei Erkennung des Fahrerwunsches vom System erfasst und über die Steuerung und die HPU durch Rücknahme bzw. Erhöhung des vorgegebenen Systemdruckes die durch die Fahrmomentänderung bewirkte Volumenverstellung des Stellzylinders berücksichtigt.Spontaneous changes in the requested by the driver's foot on the accelerator pedal torque, which is also the angle change of o. A. lead last damper, are already detected by the system upon detection of the driver's request and taken into account by the control and the HPU by withdrawing or increasing the predetermined system pressure caused by the Fahrmomentänderung volume adjustment of the actuating cylinder.
Dabei kann ein solches Wirksystem auf die komplette Reibkupplung
Die Berücksichtigung variabler und auch spontan wechselnder Drehmomentanforderungen durch den Fahrer können in den ohnehin vorhandenen Systemelementen mit erfasst und in den Steuerroutinen berücksichtigt werden. In dieser Skizze ist dargestellt, dass beim Auftreten einer Momentenspitze der Steuerzylinder kurzfristig sein Volumen vergrößert, so gegenphasig wirkend den Stützdruck absenkt und damit den Kupplungsdruck im Betätigungszylinder der Kupplung etwas reduziert. Die Folge ist eine der Größenordnung der aufgetretenen Druckspitze proportionale Steigerung des Kupplungsschlupfes und damit die Isolation der vor der Kupplung aufgetretenen Momentenspitze vom Antriebsstrang hinter der Kupplung.The consideration of variable and also spontaneously changing torque requirements by the driver can be detected in the already existing system elements and taken into account in the control routines. In this sketch it is shown that when a torque peak occurs, the control cylinder briefly increases its volume, thus lowering the support pressure in antiphase action and thus somewhat reducing the clutch pressure in the actuating cylinder of the clutch. The consequence is an increase in clutch slip proportional to the magnitude of the pressure peak which has occurred, and thus the isolation of the torque peak occurring before the clutch from the drive train behind the clutch.
Unterstützend wichtig dabei ist, dass das vom Steuerzylinder infolge der Momentenspitze geschluckte Volumen nicht sofort aus der HPU nachgespeist werden kann. Dafür ist die Strecke vom Steuerzylinder
Je nachdem, ob der komplette Verdrehwinkel linear oder z. B. höhere Drehmomente in besonderer Weise in die Kupplungsdruckmodulation einbezogen werden sollen, können die Kugelrampen gleichmäßig oder auch z. B. exponentiell steigend ausgeführt werden.Depending on whether the complete twist angle linear or z. B. higher torques are to be included in a special way in the clutch pressure modulation, the ball ramps evenly or z. B. be executed exponentially rising.
Die
Vorteilhaft bei dieser Variante sind eine effiziente und kostengünstige Bauraumausnutzung, sowie eine daraus resultierende hohe Güte der Entkopplung von Drehungleichförmigkeiten, die von dem Antriebsaggregat, beispielsweise die Verbrennungsmaschine eingeleitet werden. Nachfolgend ist eine Schlupfanordnung
Je nach gewünschter Phasenverschiebung z. B. durch Einflüsse der Übertragungsstrecke könnte man die Schwingamplitude z. B. um 180° versetzen, indem man die Über-setzung oder Bewegungsrichtung durch die Steigungswahl am Kolben modifiziertDepending on the desired phase shift z. B. by influences of the transmission path could be the oscillation amplitude z. B. by 180 °, by modifying the translation or movement direction by the pitch selection on the piston
Die
Sofern die axialen KW-Pulsationen mit der Drehmomentschwingung übereinstimmen könnte man die Initziierung für die Schlupfpulsation hier direkt axial abnehmen. Die Feder dient dazu den Kolben immer an die KW anzulegen und so keinen zusätzlichen Leerhub im der Betätigungsstrecke zu haben. Dies könnte man aber auch durch einen leicht erhöhten Vorlastdruck darstellen.If the axial KW pulsations coincide with the torque oscillation, then the inactivation for the slip pulsation could decrease directly axially here. The spring is used to always apply the piston to the KW and so have no additional idle stroke in the operating path. This could also be represented by a slightly higher preload pressure.
Die hier über die Druckmodulation momentenmodulierten Schlupfkupplungen
Weiter denkbar ist ein Kugelrampenmechanismus, der sich nicht hydraulisch, sondern mechanisch gegen den Kolben abstützt und so die Drehmomentungleichförmigkeit in hochfrequente Rückstellkräfte, gegen die eigentliche Kolbenkraft wirkend, umwandelt. Der durch das Basismoment bewirkte variable Rückstellweg wird durch eine zwischen Kugelrampenmechanismus und Kolben angeordnete Feder aufgenommen. Die durch die Federvorspannung bedingte auf den Kolben wirkende erhöhte Rückstellkraft kann durch erhöhten Steuerdruck im Kolbenraum ausgeglichen werden.Another conceivable is a ball ramp mechanism, which is not hydraulically but mechanically supported against the piston and thus the torque irregularity in high-frequency restoring forces, acting against the actual piston force converts. The variable caused by the base moment Reset path is taken up by a spring arranged between ball ramp mechanism and piston. The conditional by the spring bias acting on the piston increased restoring force can be compensated by increased control pressure in the piston chamber.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DrehmomentübertragungsanordnungTorque transmitting assembly
- 22
- Primärmasseprimary mass
- 33
- Zwischenmasseintermediate mass
- 44
- Sekundärmassesecondary mass
- 66
- Tilgereinheit/drehzahladaptiver Tilgereinheit/variabler drehzahlfester Tilgereinheit/TilgerTilgereinheit / speed-adaptive Tilgereinheit / variable speed-proof Tilgereinheit / Tilger
- 77
- GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
- 1010
- 1. Federsatz/Torsionsdämpfer/Zweimassenschwungrad1. Spring set / torsion damper / dual mass flywheel
- 1515
- DrehschwingungsdämpfungseinheitTorsional vibration damping unit
- 1717
- erster Raumbereichfirst room area
- 1919
- zweiter Raumbereichsecond room area
- 2020
- 2. Federsatz Torsionsdämpfer/Zweimassenschwungrad2. Spring set torsion damper / dual mass flywheel
- 2121
- aktiver Pulsatoractive pulsator
- 2424
- Trockenraumdrying room
- 2626
- Feuchtraumhumidor
- 2727
- InnenlamellenträgerInner disk carrier
- 2828
- dritter Raumbereichthird room area
- 2929
- Nassraumwet room
- 3030
- Schlupfanordnungslip arrangement
- 3131
- Eingangsteil SchlupfanordnungEntrance part slip arrangement
- 3232
- Ausgangsteil SchlupfanordnungOutput part slip arrangement
- 3333
- Getriebeeinheitgear unit
- 3535
- Ausgangsbereichoutput range
- 3636
- Druckleitungpressure line
- 3838
- Ausrückkolbenrelease piston
- 3939
- Arbeitskammerworking chamber
- 4040
- externe Aktivierungexternal activation
- 4545
- externe Aktivierungexternal activation
- 4242
- Rotorrotor
- 5050
- hydraulisches Aggregathydraulic unit
- 5252
- HochdruckspeicherHigh-pressure accumulator
- 5353
- hydraulische Pumphydraulic pump
- 7070
- KugelrampenmechanismusBall ramp mechanism
- 7171
- EingangselemenentEingangselemenent
- 7272
- Hubkolbenreciprocating
- 7373
- Ausgangselementoutput element
- 7878
- Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
- 8282
- AußenlamellenträgerExternal disk carrier
- 8585
- Blendecover
- 9090
- KugelgewindespindelmechanismusBall screw mechanism
- 9191
- elektrisches Antriebsaggregatelectric drive unit
- MM
- Drehmomentwegtorque path
- Mmmm
- mittleres Drehmomentaverage torque
- Mwmw
- überlagertes Wechselmomentsuperimposed alternating moment
- nene
- EingangsdrehzahlInput speed
- nan / A
- AusgangsdrehzahlOutput speed
- nmnm
- mittlere Drehzahlmedium speed
- nsns
- DrehzahlschlupfSpeed slip
- newpnewp
- überlagerter Wechselanteilsuperimposed alternating component
- newpinewpi
- periodische Schwingungenperiodic vibrations
- newp_i_Minnewp_i_Min
- Minimum einer periodischen SchwingungMinimum of a periodic vibration
- newp_i_Maxnewp_i_Max
- Maximum einer periodischen SchwingungMaximum of a periodic oscillation
- AA
- Drehachseaxis of rotation
- BB
- Drehachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008009135 A1 [0002] DE 102008009135 A1 [0002]
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DE102016211947.8A DE102016211947A1 (en) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Method for transmission and damping of torques |
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-
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- 2016-06-30 DE DE102016211947.8A patent/DE102016211947A1/en not_active Withdrawn
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