DE19529462B4

DE19529462B4 - Einrichtung zur Drehmomentermittlung für eine Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19529462B4
Application number: DE1995129462
Authority: DE
Inventors: Oliver Predelli
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: DE19529462A1

Abstract

Einrichtung zur Drehmomentermittlung, vorzugsweise für eine Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor mit einer drehelastischen Kopplung im Antriebsstrang mit folgendem Aufbau:
– der Verbrennungsmotor ist über ein Zweimassen-Schwungrad (1; 2) mit zwischengeschalteten, federnden Elementen (5) an den Abtriebsstrang der Antriebseinheit angekoppelt,
– beide Massen (1; 2) des Schwungrades weisen Impulsmarken (M1; M2) auf, die im un- oder unbedeutend belasteten Zustand des Antriebsstranges in konstanter Bezugslage (BL) zueinander stehen,
– ein gemeinsamer oder je ein Impulsaufnehmer (11; 12) ist den Impulsmarken (M1; M2) beider Massen (1; 2) des Schwungrades zugeordnet,
– den beiden Massen (1; 2) des Schwungrades zugeordneten Impulsaufnehmern (11; 12) ist eine Einheit zum Ermitteln der Winkelabweichung (a) von der Bezugslage (BL) und dieser eine Einheit (21) zum Wandeln der Winkelabweichung (a) in eine Größe des die Winkelabweichung (a) verursachenden Drehmomentes nachgeschaltet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (21) zum Wandeln der Winkelabweichung in eine Größe des...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehmomentermittlung für eine Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Vorbekannt ist es durch die Schrift DE 41 00 091 A1 , beidseits einer automatisch betätigten Reibkupplung einer Fahrzeugantriebseinheit mit Verbrennungsmotor Sensoren für die Drehgeschwindigkeit vor und nach der Reibkupplung anzuordnen.

Aus Signalen der Sensoren, die von Impulsmarken an der An- bzw. Abtriebsseite der Reibkupplung stammen, wird in einem Rechner das übertragene Drehmoment errechnet. Aus den Last- und Zeitanteilen und der Kupplungstemperatur werden kritische Betriebszustände ermittelt und vermieden.

Vorbekannt ist aus der US 4,592,241 eine Einrichtung zur Drehmomentmessung, bei welcher aus der Phasenverschiebung zweier, zur Übertragung eines Drehmoments mit Federn gekoppelter, umlaufender Massen das übertragene Drehmoment berechnet wird. Die Berechnung des Drehmomentes erfolgt als Funktion der Phasendifferenz.

Vorbekannt ist durch die Schrift DE 41 10 727 A1 ein Drehmomentgeber mit elastisch zueinander verdrehbaren Teilen. Von der An- und Abtriebsseite werden Impulsmarken über Impulsaufnehmer erfasst. Die Impulsmarken laufen beidseits der Impulsaufnehmer axial vorbei.

Eine erfindungsgemäße Anordnung der Impulsmarken sowie die Auswertung des Drehmomentes auf Basis eines Kennfeldes, in welchem die Einflüsse der übertragenden Federn und der wirkenden Reibmomente enthalten sind, ist im Stand der Technik nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Drehmomentermittlung bei einer Antriebseinheit zu schaffen, die das übertragene Drehmoment auf Basis der relativen Verdrehung zweier federnd gekoppelter Schwungmassen ermittelt, wobei mit geringem Auswerteaufwand ein Drehmoment sehr genau ermittelt wird.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Mittel erreicht, wenn der Verbrennungsmotor über ein Zweimassen-Schwungrad mit zwischengeschalteten, federnden Elementen an den Abtriebsstrang der Antriebseinheit angekoppelt ist. Dabei werden in einem Kennfeld die Ein flüsse der übertragenden Federn und der wirkenden Reibmomente berücksichtigt. Zur Auswertung brauchen dabei an beiden Massen des Schwungrades nur Impulsmarken angeordnet werden, die im un- oder wenig belasteten Zustand – z. B. Leerlauf – des Antriebsstranges in konstantem Bezugswinkel zueinander stehen. Diesen Impulsmarken ist ein gemeinsamer oder je ein Impulsaufnehmer ortsfest zuzuordnen.

Die Erfindung nutzt in einfacher Weise die präzis abgestimmten Federn zwischen den zwei Massen des Zweimassen-Schwungrades zur Drehmomentermittlung. Damit entfallen zusätzliche mechanische Anordnungen zur Drehmomentermittlung. Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung gemäß der Unteransprüche sind in der Beschreibung im Zusammenhang erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigen: 1 ein schematisiert dargestelltes Zweimassen-Schwungrad bei zu übertragendem Drehmoment,
2 ein gleichartig dargestelltes Zweimassen-Schwungrad, jedoch im unbelasteten Zustand des Antriebsstranges mit einer Einrichtung zur Drehmomentermittlung.
In 1 ist schematisiert ein Zweimassen-Schwungrad bei zu übertragendem Drehmoment dargestellt, wie es vorzugsweise für Antriebseinheiten mit einem Verbrennungsmotor in Kraftfahrzeugen Anwendung findet.
Der Verbrennungsmotor ist an die motorseitige Masse 1 angekoppelt, die auch den Anlasserkranz 3 aufweist. Über Anlageflächen 4u und 4o an der Masse 1 wird jeweils, je nach Wirkrichtung des Drehmomentes, dieses über zwischengeschaltete Federn 5 tangential auf radiale Ansatzflächen 6u oder 6o einer Gegenlagerscheibe 6 übertragen.
Diese Gegenlagerscheibe 6 kann beispielsweise in ihrem ringförmigen Bereich als Tellerfeder ausgebildet sein und in einer nicht dargestellten Reibanordnung mit Federn und beschränktem Drehweg mit der abtriebsseitigen Masse 2 des Zweimassen-Schwungrades verbunden sein. Diese Reibanordnung wird nur bei Drehmomenten wirksam, die wesentlich höher als das maximale Motordrehmoment sind. Vorbeschriebene Reibverbindungen sollen die Übertragungsstege 7 zwischen der Gegenlagerscheibe 6 und der Masse 2 symbolisch andeuten.
An der Masse 2 erfolgt die Ankopplung des Getriebes z. B. über eine ein- und ausrückbare Reibkupplung üblicher Bauart.
Bei im Reibeingriff befindlicher Reibkupplung kann eine Drehmomentübertragung vom Getriebe zum dann bremsenden Motor hin erfolgen. Dieser Belastungsfall ist nicht speziell in einer Figur dargestellt. Er verursacht eine Anlage der Federn 5 an den nach oben zeigenden Anlageflächen 4o der Masse 1 und an den Ansatzflächen 6u der Gegenlagerscheibe 6.
Sowohl die motorseitige Masse 1 als auch die abtriebsseitige Masse 2 sind mit Impulsmarken M1; M2 oder mehreren Gruppen von diesen am Umfang verteilt versehen, die im un- oder wenig belasteten Zustand des Antriebsstranges, siehe 2, eine konstante Bezugslage BL zueinander aufweisen. Im dargestellten Falle stehen sie in einem konstanten Bezugswinkel 0° zueinander.
Den Impulsmarken M1; M2 auf den Massen 1 und 2 ist ein gemeinsamer (nicht dargestellt) oder je ein Impulsaufnehmer 11 bzw. 12 zugeordnet.
Aus den Impulsmarken M1; M2, die Impulsaufnehmer 11 bzw. 12 erfassen, werden Impulse gebildet, die einer Einheit 20 zum Ermitteln der Winkelabweichung a von der Bezugslage BL zugeführt werden.
Ausgehend von den Impulsmarken M1 und M2 werden die momentanen Drehgeschwindigkeiten von motorseitiger Masse 1 und abtriebsseitiger Masse 2 nachfolgend durch zeitliche Integration der Drehgeschwindigkeit dieser Massen 1 und 2 die zugehörigen Drehwinkel derselben ermittelt, siehe 1. Die Differenz dieser Drehwinkel ergibt die Winkelabweichung a von der Bezugslage, die einer Einheit 21 zum Wandeln der Winkelabweichung a in das verursachende Drehmoment zugeführt wird. Die Einheit 21 ist vorteilhaft ein Kennfeld, welches Kennlinie der übertragenden Federn 5 und der wirkenden Reibmomente in der Kopplung der beiden Massen (1; 2) des Schwungrades enthält.
Denkbar ist es, dass die die Drehstellung der motorseitigen Masse kennzeichnenden Impulsmarken an anderer Stelle, jedoch an der Kurbelwelle des Motors, abgenommen werden, z. B. für die Zündzeitpunktbestimmung o. ä. Dann ist es möglich, diese Impulsmarken zu nutzen, wobei der Impulsaufnehmer 11 an der motorseitigen Masse 1 des Schwungrades entfallen kann. Zweckmäßig werden dann in der Einheit 20 zum Wandeln der Winkelabweichung auch Korrekturgrößen entsprechend Masse 1 und Impulsaufnahmestelle liegende Kurbelwellenabschnittes eingespeichert und für die Bestimmung des Drehmomentes herangezogen.
Eine vorteilhafte Auswertung des Drehmomentes hinsichtlich seiner Drehrichtung ergibt sich, wenn eine der Massen 1 oder 2 des Schwungrades im gesamten Bereich der möglichen Verdrehung – also sowohl beim Antrieb durch den Motor als auch beim Bremsen mit dem Motor – eine Anzahl von Impulsmarken aufweist und die jeweils andere Masse dann nur eine Impulsmarke aufweist, die fehlendem oder nur gerin gem Drehmoment etwa mittig zu diesem Bereich angeordnet ist. Antrieb oder Schub des Motors sind jeweils durch geringe oder große Impulszahlen, die zwischen dem ersten Impuls der ersten Masse und dem Impuls der zweiten Masse erfasst werden, gekennzeichnet. Eine mittlere erfasste Impulszahl zeigt fehlendes oder nur geringes wirkendes Drehmoment an.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn eine der Massen 1 oder 2 des Schwungrades am Anfang und Ende des Bereiches der möglichen Verdrehung der beiden Massen zueinander jeweils eine Impulsmarke aufweist und eine weitere Impulsmarke an der anderen Schwungradmasse bei fehlendem oder nur geringem Drehmoment etwa mittig zu diesem Bereich angeordnet ist. Dann kennzeichnen die unterschiedlichen Durchlaufzeiten vom ersten und zweiten Teilbereich des möglichen Verdrehbereiches Drehrichtung und Größe der Winkelabweichung der Massen 1; 2 zueinander und damit Größe und Wirkrichtung des Drehmomentes.

1: motorseitige Masse des ZMS
2: abtriebsseitige Masse des ZMS
3: Anlasserzahnkranz an 1
4o: Anlageflächen an 2 für 5
4u: Anlageflächen an 2 für 5
5: Federn
6: Gegenlagerscheibe
6o: Ansatzflächen an 6 für 5
6u: Ansatzflächen an 6 für 5,
7: Übertragungsstege zu 2
11: Impulsaufnehmer, zugeordnet zu 1
12: Impulsaufnehmer, zugeordnet zu 2
20: Einheit zum Ermitteln der Winkelabweichung vom Bezugswinkel B1
21: Einheit zum Wandeln der Winkelabweichung a in das verursachende Dreh
: moment
M1: Impulsmarken an 1
M2: Impulsmarken an 2
BL: Bezugslage im un- oder wenig belasteten Zustand des Antriebsstranges,
: (im Beispiel: konstanter Bezugswinkel 0° zueinander)
a: Winkelabweichung (von der Bezugslage und Verdrehwinkel zwischen 1 und 2
: bei einem anliegenden Drehmoment)

Claims

Einrichtung zur Drehmomentermittlung, vorzugsweise für eine Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor mit einer drehelastischen Kopplung im Antriebsstrang mit folgendem Aufbau: – der Verbrennungsmotor ist über ein Zweimassen-Schwungrad (1; 2) mit zwischengeschalteten, federnden Elementen (5) an den Abtriebsstrang der Antriebseinheit angekoppelt, – beide Massen (1; 2) des Schwungrades weisen Impulsmarken (M1; M2) auf, die im un- oder unbedeutend belasteten Zustand des Antriebsstranges in konstanter Bezugslage (BL) zueinander stehen, – ein gemeinsamer oder je ein Impulsaufnehmer (11; 12) ist den Impulsmarken (M1; M2) beider Massen (1; 2) des Schwungrades zugeordnet, – den beiden Massen (1; 2) des Schwungrades zugeordneten Impulsaufnehmern (11; 12) ist eine Einheit zum Ermitteln der Winkelabweichung (a) von der Bezugslage (BL) und dieser eine Einheit (21) zum Wandeln der Winkelabweichung (a) in eine Größe des die Winkelabweichung (a) verursachenden Drehmomentes nachgeschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (21) zum Wandeln der Winkelabweichung in eine Größe des verursachenden Drehmomentes ein Kennfeld ist, welche die Kennlinie der übertragenden Federn (5) und der wirkenden Reibmomente in der Kopplung der beiden Massen (M1; M2) des Schwungrades enthält, wobei eine der Massen (M1 oder M2) des Schwungrades im gesamten Bereich der möglichen Verdrehung beider Massen (M1; M2) des Schwungrades zueinander Impulsmarken aufweist und nur eine weitere Impulsmarke an der anderen Masse (M2 oder M1) des Schwungrades im un- oder wenig belasteten Zustand etwa mittig zu diesem Bereich angeordnet ist.
Einrichtung zur Drehmomentermittlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Massen (M1 oder M2) des Schwungrades am Anfang und Ende des Bereiches der möglichen Verdrehung beider Massen (M1 oder M2) des Schwungrades zueinander jeweils eine Impulsmarke aufweist und eine weitere Impulsmarke an der (jeweils) anderen Masse (M2 oder M1) des Schwungrades im un- oder wenig belasteten Zustand etwa mittig zu diesem Bereich angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellung der motorseitigen Masse (M1) kennzeichnenden Impulsmarken sich an anderer Stelle an der Kurbelwelle des Motors als an der motorseitigen Masse (M1) befinden und die Einheit (21) zum Wandeln der Winkelabweichung auch Korrekturgrößen für die Drehelastizitäten des Bereiches der Kurbelwelle zwischen motorseitiger Masse (M1) und Impulsaufnahmestelle aufweist.