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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Antriebsstränge für ein Kraftfahrzeug und insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, das heißt mit wenigstens einem Elektromotor, der dazu eingerichtet ist, den Antrieb des Fahrzeugs sicherzustellen.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Im Stand der Technik sind Antriebsstränge bekannt, die einen Elektromotor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den Antrieb des Fahrzeugs sicherzustellen, und einen Untersetzungsmechanismus, wie ein Schaltgetriebe, aufweisen, der in dem Drehmomentübertragungsweg zwischen der Welle des Elektromotors und den Rädern des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Vom Anmelder wurde festgestellt, dass die Elektromotoren kein konstantes Moment erzeugen und Azyklismen aufweisen, die insbesondere durch Homogenitätsfehler in der Magnetisierung der Magnete des Elektromotors verursacht werden. Diese Azyklismen erzeugen Schwingungen, die sich auf den gesamten Antriebsstrang und auf die Räder des Fahrzeugs übertragen können und auf diese Weise Stöße, Geräusche und Lärmbelästigungen hervorrufen können, die besonders unerwünscht sind. Diese Azyklismen sind insbesondere in der Lage, Schwingungen zu erzeugen, die besonders kritisch sind, wenn ihre Frequenz einer Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs entspricht.
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KURZFASSUNG
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Eine Idee, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, einen Antriebsstrang vorzuschlagen, mit dem sich die oben genannten Nachteile lösen lassen, das heißt, mit dem sich die Schwingungen, die durch den Elektromotor erzeugt werden können, effizient ausfiltern lassen.
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Hierzu schlägt die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vor, der einen Elektromotor und einen Untersetzungsmechanismus aufweist, der für die Übertragung des Motordrehmoments zu den Rädern des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist; wobei der Elektromotor einen Rotor aufweist, der mit einer Rotorwelle versehen ist, wobei die Rotorwelle mit einer Primärwelle des Untersetzungsmechanismus drehgekoppelt ist, wobei der Antriebsstrang ferner eine inertiale Schwingungsdämpfungsmasse aufweist, wobei die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse ein Trägerelement, eine Inertialmasse, die gegenüber dem Trägerelement drehbeweglich um eine Achse X gelagert ist, und Federelemente, die sich der relativen Drehung der Inertialmasse gegenüber dem Trägerelement um die Achse X herum widersetzen, aufweist.
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Auf diese Weise werden mit Hilfe der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse die Schwingungen in dem Antriebsstrang, insbesondere um eine Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs herum, begrenzt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Antriebsstrang eines oder mehrere der unten beschriebenen Merkmale aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Resonanzfrequenz der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse zwischen 1 und 20 Hz und bevorzugt zwischen 4 und 10 Hz.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Inertialmasse ein Trägheitsmoment auf, das zwischen 0,001 und 0,010 kg.m2 und insbesondere zwischen 0,005 und 0,006 kg.m2 beträgt.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Federorgane ausgeführt, um eine Winkelsteifigkeit zwischen 0,01 et 0,70 Nm/° sicherzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Kopplungsvorrichtung eine Kupplungsvorrichtung. Gemäß einer Ausführungsform weist die Kupplungsvorrichtung eine erste und eine zweite Kupplung auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Untersetzungsmechanismus ein Schaltgetriebe.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Schaltgetriebe eine erste und eine zweite Primärwelle auf und die Kupplungsvorrichtung weist eine erste und eine zweite Kupplung auf, die dazu bestimmt sind, die Rotorwelle mit der ersten bzw. der zweiten Primärwelle zu koppeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement so positioniert, dass es bei der Übertragung eines Drehmoments der Rotorwelle zu den Rädern des Fahrzeugs zur Drehung angetrieben wird und vorteilhafterweise mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Rotorwelle angetrieben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement drehfest mit der Rotorwelle verbunden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Rotorwelle mit der Primärwelle des Untersetzungsmechanismus mit Hilfe einer Kopplungsvorrichtung drehgekoppelt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse auf der Kopplungsvorrichtung gelagert. Gemäß einer Ausführungsform ist, wenn die Kopplungsvorrichtung eine Kupplungsvorrichtung ist, das Trägerelement der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse auf dem Kupplungsmechanismus oder auf einer -scheibe der Kupplungsvorrichtung gelagert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse auf der Primärwelle gelagert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägerelement auf der Rotorwelle gelagert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse eine Hysteresevorrichtung. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Hysteresevorrichtung ausgeführt, um ein Reibmoment auszuüben, das zunimmt, wenn der Ausfederungswinkel der Inertialmasse gegenüber dem Trägerelement zunimmt.
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Gemäß einer Ausführungsform schlägt die Erfindung ein Kraftfahrzeug vor, das mit einem oben genannten Antriebsstrang ausgestattet ist.
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Figurenliste
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Die Erfindung lässt sich besser verstehen, und andere Eigenschaften, Details und Vorteile von ihr erscheinen einleuchtender beim Lesen der folgenden Beschreibung verschiedener besonderer Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich als nicht abschließend genanntes Beispiel unter Einbeziehung der Begleitzeichnungen dienen.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 4 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer vierten Ausführungsform.
- 5 ist eine Kennkurve einer inertialen Schwingungsdämpfungsmasse gemäß einer Ausführungsform.
- 6 ist eine Kennkurve einer inertialen Schwingungsdämpfungsmasse gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Einbeziehung von 1 wird unten stehend ein Antriebsstrang 1 eines Elektrofahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Der Antriebsstrang 1 weist, nacheinander, in dem Drehmomentübertragungsweg, einen Elektromotor 2, einen Untersetzungsmechanismus 3 und ein (nicht dargestelltes) Differential auf, das dazu eingerichtet ist, zwei seitlich gegenüberliegende Räder des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Der Untersetzungsmechanismus 3 gestattet, die im Bereich der Räder des Fahrzeugs gewünschten Geschwindigkeits- und Drehmomentniveaus zu erreichen.
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Der Elektromotor 2 ist zum Beispiel ein synchroner Elektromotor mit Dauermagneten. Der Elektromotor 2 weist einen Stator und einen Rotor mit einer Rotorwelle 4 auf.
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Der Untersetzungsmechanismus 3 weist wenigstens eine Primärwelle 5 auf, die durch eine Kopplungsvorrichtung 6 mit der Rotorwelle 4 drehgekoppelt ist. Die Kopplungsvorrichtung 6 kann insbesondere eine Permanentkopplungsvorrichtung oder eine Kupplungsvorrichtung sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kopplungsvorrichtung 6 eine geriffelte Muffe, die, einerseits, mit (nicht dargestellten) Riffelungen, die auf der Rotorwelle 4 vorgesehen sind, und, anderseits, mit (nicht dargestellten) Riffelungen, die auf der Primärwelle 5 vorgesehen sind, zusammenwirkt.
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Der Untersetzungsmechanismus 3 weist, ferner, eine Sekundärwelle 7 und eine Tertiärwelle 8 auf. Die Tertiärwelle 8 ist eingerichtet, um mit dem Differential verbunden zu werden, das seinerseits mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist. Die Primärwelle 5, Sekundärwelle 7 und Tertiärwelle 8 sind parallel zueinander angeordnet. Die Primärwelle 5 ist mit einem Zahnrad 9 versehen, das mit einem ersten Zahnrad 10 in Eingriff ist, das drehfest mit der Sekundärwelle 7 verbunden ist. Die Sekundärwelle 7 ist ferner mit einem zweiten Zahnrad 11 versehen, das mit einem Zahnrad 11 in Eingriff ist, das drehfest mit der Tertiärwelle 8 verbunden ist. Die Anzahl an Zähnen der Zahnräder 9, 10, 11, 12 ist dergestalt, dass der Untersetzungsmechanismus 3 die Verringerung der Drehzahl der Primärwelle 5 zu der Tertiärwelle 8 hin gestattet und, folglich, die Erhöhung des Drehmoments gestattet.
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Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist der Untersetzungsmechanismus 3 ein Schaltgetriebe, das mehrere Untersetzungsverhältnisse aufweist. In diesem Fall weist der Antriebsstrang 1 eine Kupplungsvorrichtung auf, die ausgeführt ist, um die Rotorwelle 4 mit der Primärwelle 5 des Schaltgetriebes zu koppeln oder entkoppeln. Auf diese Weise gestattet eine derartige Kupplungsvorrichtung die Unterbrechung der Übertragung des Drehmoments beim Gangschalten.
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Gemäß einer besonderen Variante weist das Schaltgetriebe eine erste Primärwelle und eine zweite Primärwelle, die hohl ist und die erste Primärwelle umgibt, auf. Jede der ersten und zweiten Primärwelle weist ein Zahnrad auf, das mit einem Zahnrad der Sekundärwelle im Eingriff ist. In diesem Fall weist die Kupplungsvorrichtung eine erste und eine zweite Kupplung auf, die dazu eingerichtet sind, die Rotorwelle 4 mit der ersten bzw. mit der zweiten Primärwelle zu koppeln. Um ein Gangschalten vorzunehmen, wird eine der ersten und zweiten Kupplung aus ihrer eingekuppelten Stellung in ihre ausgekuppelte Stellung bewegt, während die andere aus ihrer ausgekuppelten Stellung in ihre eingekuppelte Stellung bewegt wird, so dass das Motordrehmoment progressiv von einer zur anderen der ersten und zweiten Kupplung übertragen wird. Eine derartige Kupplungsvorrichtung gestattet somit das Gangschalten, ohne Unterbrechung des Drehmoments, das heißt, indem die Übertragung eines Motordrehmoments auf die Räder des Fahrzeugs aufrechterhalten wird.
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Der Antriebsstrang 1 weist ferner eine inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 auf. Eine derartige inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 weist ein Masse-Feder-System auf, das parallel zu dem Antriebsstrang 1 des Kraftfahrzeugs wirkt.
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Die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 weist ein Trägerelement 14, eine Inertialmasse 15, zum Beispiel ringförmig, auf, die gegenüber dem Trägerelement 14 um die Achse X drehbeweglich gelagert ist, und Federorgane 16, wie Federn, auf. Die Federorgane 16 sind zwischen dem Trägerelement 14 und der Inertialmasse 15 angeordnet und widersetzen sich der relativen Drehung der Inertialmasse 15 gegenüber dem Trägerelement 14 um die Achse X. Strukturen derartiger inertialen Schwingungsdämpfungsmassen 13 sind zum Beispiel in den Druckschriften
FR3051029 ,
FR3027985 ,
FR2865516 ,
FR2824374 ,
W011060752 und
DE10201223751 beschrieben.
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Eine derartige inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 gestattet, die Schwingungen für einen bestimmten Frequenzbereich selektiv auszufiltern. Ferner sind das Trägheitsmoment der Inertialmasse 15 sowie die Steifigkeit sämtlicher Federorgane 16 so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 der Frequenz der auszufilternden Schwingungen entspricht. Die Resonanzfrequenz der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 beträgt, zum Beispiel, zwischen 1 und 20 Hz, insbesondere zwischen 4 und 10 Hz, zum Beispiel in der Größenordnung von 6 bis 8 Hz, was insbesondere einer Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs 1 entspricht.
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Die Inertialmasse 15 weist, zum Beispiel, ein Trägheitsmoment auf, das zwischen 0,001 und 0,010 kg.m2 und insbesondere zwischen 0,005 und 0,006 kg.m2 beträgt. Eine derartige inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 ist insbesondere angepasst, um einem Rotor zugeordnet zu werden, der ein Trägheitsmoment 10 aufweist, das um das Zehnfache größer ist, das heißt, zwischen 0,010 und 0,100 kg.m2 beträgt.
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Des Weiteren weist das einzige Federorgan, das sämtliche Federorgane 16 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 modelliert, zum Beispiel, eine Winkelsteifigkeit auf, die zwischen 0,01 und 0,70 Nm/° beträgt.
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In der Ausführungsform in 1 ist die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 auf der Kopplungsvorrichtung 6 gelagert, welche die Rotorwelle 4 mit der Primärwelle 5 des Untersetzungsmechanismus 3 koppelt. Auf diese Weise ist, wenn die Kopplungsvorrichtung 6 eine Muffe ist, das Trägerelement 14 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 zum Beispiel auf der Muffe gelagert. Wenn die Kopplungsvorrichtung 6 eine Kupplungsvorrichtung ist, ist das Trägerelement 14 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 auf dem Kupplungsmechanismus oder einer Reibscheibe der Kupplung gelagert.
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2, 3 und 4 stellen Antriebsstränge gemäß weiteren Ausführungsformen dar. Diese Ausführungsformen unterscheiden sich von der oben beschriebenen Ausführungsform durch die Position der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13. Es gilt zu beachten, dass, in sämtlichen dargestellten Ausführungsformen, die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 entweder unmittelbar der Rotorwelle 4 oder einem Element des Antriebsstrangs zugeordnet ist, das mit der Rotorwelle 4 ohne Untersetzungsverhältnis verbunden ist.
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Gemäß der Ausführungsform in 2 ist das Trägerelement 14 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 auf der Rotorwelle 4 gelagert. In 2 ist die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 auf der Rotorwelle 4 an einem Ende der Welle 4 befestigt, das demjenigen gegenüberliegt, das mit der Primärwelle 5 des Untersetzungsmechanismus 3 gekoppelt ist.
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In den Ausführungsformen in 2 und 3 ist das Trägerelement 14 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 auf der Primärwelle 5 gelagert. In der Ausführungsform in 3 ist das Trägerelement 14 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 zwischen den zwei Lagern angeordnet, welche die Primärwelle 5 tragen, während, in der Ausführungsform in 4, das Trägerelement 14 der inertialen Schwingungsdämpfungsmasse 13 an einem Ende der Primärwelle 5 gelagert ist, das demjenigen gegenüberliegt, das mit der Rotorwelle 4 gekoppelt ist.
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Gemäß den Ausführungsvarianten weist die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 eine (nicht dargestellte) Hysteresevorrichtung auf. Eine Hysteresevorrichtung ist ausgeführt, um ein Gegenreibmoment bei einer relativen Drehung zwischen der Inertialmasse 15 und dem Trägerelement 14 auszuüben, wodurch ein Teil der Energie, die in den Federorganen 16 gespeichert ist, durch Reibung abgeführt werden kann.
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5 veranschaulicht eine Kurve, die das Drehmoment, das die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse 13 durchquert, in Abhängigkeit von dem Ausfederungswinkel der Inertialmasse 15 gegenüber dem Trägerelement 14 darstellt. In der Ausführungsform in
4 übt die Hysteresevorrichtung ein Reibmoment aus, das in Abhängigkeit von dem Ausfederungswinkel variiert und das insbesondere zunimmt, wenn die Ausfederung der Inertialmasse gegenüber ihrer Ruhestellung zunimmt. In dieser Ausführungsvariante ist die Kurve, die das Reibmoment in Abhängigkeit von dem Ausfederungswinkel darstellt, eine lineare Funktion. Mit anderen Worten ändert sich das Reibmoment proportional zu dem Ausfederungswinkel. Zum Beispiel ist die Struktur einer Hysteresevorrichtung, mit der sich ein derartiges Reibmoment erzielen lässt, in der Anmeldung
W011060752 beschrieben.
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6 veranschaulicht eine Kurve, die das Drehmoment, das die inertiale Schwingungsdämpfungsmasse durchquert, in Abhängigkeit von dem Ausfederungswinkel der Inertialmasse relativ zu dem Trägerelement gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt. Die Hysteresevorrichtung übt ferner ein Reibmoment aus, das in Abhängigkeit von dem Ausfederungswinkel variiert und das insbesondere zunimmt. In dieser Ausführungsform nimmt das Reibmoment allerdings stufenweise zu. Hierzu weist die Hysteresevorrichtung erste Hysteresemittel auf, die ein konstantes Reibmoment unabhängig von dem Ausfederungswinkel ausüben, und zweite Hysteresemittel mit bedingter Aktivierung auf, die nur bei bestimmten relativen Positionen ein Reibmoment ausüben. Insbesondere üben die zweiten Hysteresemittel mit bedingter Aktivierung ein Reibmoment nur in einer Richtung aus, das heißt, wenn die Ausfederung zunimmt und ab einem Schwellenwinkel.
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Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit mehreren besonderen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass sie sich keinesfalls hierauf beschränkt, sondern dass sie alle ähnlichen Techniken der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen miteinander umfasst, sofern diese sich in den Rahmen der Erfindung einpassen.
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Die Verwendung des Verbs „aufweisen“, „umfassen“ oder „enthalten“ und deren konjugierte Formen schließt nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder weiterer Schritte als die in einem Anspruch aufgeführten aus.
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In den Ansprüchen dürfen Bezugszeichen in Klammern nicht als eine Beschränkung des Anspruchs interpretiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 3051029 [0030]
- FR 3027985 [0030]
- FR 2865516 [0030]
- FR 2824374 [0030]
- WO 11060752 [0030, 0039]
- DE 10201223751 [0030]
