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Title:
ELECTRODYNAMIC DRIVE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/035420
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrodynamic drive system (2) for a vehicle. Said drive system comprises a manual gearbox (6) and a planetary gear (14) comprising three elements: a sun wheel (26), an internal-geared wheel (12) and a planet carrier (18). A first element thereof is connected to an input shaft (28) of the manual gearbox (6), a second element is connected to an output shaft (8) of a drive machine (4) of the vehicle by means of a flywheel (40), and a third element is connected to a rotor (22) of an electric motor (24). A shifting device (20) has a first shift position wherein two elements of the planetary gear (14) are interconnected in a rotationally fixed manner in order to bridge said planetary gear (14). Said shifting device (20) also has a second shift position wherein the connection between the two elements of the planetary gear (14) is interrupted. The output shaft (8) of the drive machine (4) and the flywheel (40) form a primary unit (42) of a torsional vibration damper comprising two units (42, 44) which can be counter-rotated in relation to each other. The secondary unit (44) consists of the bridged planetary gear (14), the manual gearbox (20) in the first shift position, and the rotor (22) of the electric motor (24). A vibration damper (10) is provided between the two units (42, 44).

Inventors:
ROSKE MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/011717
Publication Date:
May 01, 2003
Filing Date:
October 19, 2002
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
ROSKE MICHAEL (DE)
International Classes:
B60K6/365; B60K6/48; B60K6/547; B60W10/02; F16H3/72; F16H3/091; (IPC1-7): B60K6/02; F16H3/72
Domestic Patent References:
WO2001007278A12001-02-01
WO1998005882A11998-02-12
WO1998005882A11998-02-12
Foreign References:
DE19712246A11997-11-06
EP0941883A21999-09-15
EP0769404A11997-04-23
DE19951575A12001-05-10
US5095771A1992-03-17
EP0769404A11997-04-23
DE19951575A12001-05-10
DE19934696A12001-05-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 21 3 August 2001 (2001-08-03)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 09 13 October 2000 (2000-10-13)
Attorney, Agent or Firm:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (Frierichshafen, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr zeug mit einem Schaltgetriebe (6) und einem Planetengetrie be (14), das die drei Elemente Sonnenrad (26), Hohlrad (12) und Planetenträger (18) umfasst, von denen ein erstes Ele ment mit einer Eingangswelle (28) des Schaltgetriebes (6) verbunden ist, ein zweites Element über ein Schwungrad (40) mit einer Abtriebswelle (8) einer Antriebsmaschine (4) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element mit einem Rotor (22) eines Elektromotors (24) verbunden ist, und mit einer Schalteinrichtung (20), die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (14) zur Überbrückung des Planetengetriebes (14) besteht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (14) unterbrochen ist, mit einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung mit einer Primär und einer Sekundärmasse, die relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind, und mit einer Steuerung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Abtriebswelle (8) der Antriebsmaschine (4) und das Schwungrad (40) der Antriebs maschine (4) die Primärmasse (42) der Drehschwingungsdämp fungseinrichtung bilden, dass die Sekundärmasse (44) aus dem überbrückten Planetengetriebe (14), der sich in der ersten Schaltstellung befindlichen Schalteinrichtung (20) und dem Rotor (22) des Elektromotors (24) besteht und dass zwischen den beiden Massen (42,44) ein Schwingungsdämp fer (10) vorgesehen ist.
2. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach An spruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schwingungsdämpfer (10) mehrere auf einem Umfang ver teilte Torsionsdämpfer umfasst.
3. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach An spruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Massenträgheiten der beiden Massen (42,44) und die schwingungstechnische Auslegung von Steifigkeit und Dämpfung des Schwingungsdämpfers (10) zwischen den beiden Massen (42,44) angepasst ist an die Drehungleichförmigkei ten der Antriebsmaschine (4) des Fahrzeugs.
Description:
Elektrodynamisches Antriebssystem Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisches An- triebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aufgrund der diskontinuierlichen Arbeitsweise treten bei Verbrennungsmotoren eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungserscheinungen auf. Besonders bemerkbar machen sich die durch Drehmomentschwankungen des Verbrennungsmo- tors verursachten Drehschwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Diese pflanzen sich über die übrigen Fahr- zeugkomponenten fort und führen zu einem für die Fahrzeug- insassen störenden Geräusch-und Vibrationspegel. Bedeutsam sind auch die durch Massenkräfte des Verbrennungsmotors hervorgerufenen Linerschwingungen des ganzen Motorblocks, die sich ebenfalls über den Antriebsstrang ausbreiten kön- nen.

Im konventionellen Antriebsstrang wird das zwischen Antriebsmotor und Getriebe angeordnete und mit der Rei- bungskupplung zusammenwirkende Schwungrad üblicherweise als Zweimassen-Schwungrad ausgebildet, wodurch die Drehzahlen des Antriebsmotors im Leerlauf und bei Fahrbetrieb abge- senkt werden können. Daraus resultiert eine Einsparung an Betriebskosten als Folge eines reduzierten Kraftstoffver- brauchs und ein Komfortgewinn durch geringere Geräuschbela- stung, die sich als Getrieberasseln im Leerlauf und Brumm- geräusche im Fahrbetrieb darstellen,. Die Aufteilung der Primär-und Sekundärmasse des Zweimassen-Schwungrades ist entsprechend der schwingungstechnischen Abstimmung und Aus- legung des Antriebsstranges in Grenzen frei wählbar. Ein Torsionsdämpfer befindet sich zwischen Primär-und Sekun- därmasse. Die Reibungskupplung ist nachgeschaltet.

Ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Kraft- fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bei- spielsweise aus der EP 0 769 404 AI bekannt, wobei der Ge- genstand dieser Schrift insbesondere auf eine Vereinfachung der Verrohrung des hydraulischen Systems und des Schmiersy- stems abstellt.

In der DE 199 51 575 AI ist ein Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen beschrieben, welches den klassi- schen Aufbau eines Zweimassen-Schwungrads aufweist, nämlich einen antriebsseitigen und einen abtriebsseitigen Schwung- ring, welche konzentrisch zueinander gelagert und über eine drehmomentübertragende Drehfeder miteinander verbunden und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind. Erfindungsge- mäß ist der Rotor eines elektrischen Startergenerators di- rekt mit dem abtriebsseitigen Schwungring verbunden.

Zur Minderung der genannten Drehschwingungen schlägt die WO 98/05882 vor, im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeu- ges zwischen dessen Verbrennungsmotor und dessen Getriebe einen Drehschwingungsdämpfer anzuordnen, der ein vom Verbrennungsmotor angetriebenes Eingangsteil und ein mit einer Eingangswelle des Getriebes verbundenes Ausgangsteil aufweist, welches über eine Federung drehelastisch mit dem Eingangsteil verbunden ist. Der Drehschwingungsdämpfer ist in den Rotor der elektrischen Maschine integriert.

Der prinzipielle Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Primärmassen auf der Verbrennungsmotorseite rela- tiv zur Sekundärmassen auf der Getriebeseite sehr groß ist.

Dadurch ist es bis zu einem gewissen Grad durch Abstimmung und Auslegung des Torsionsdämpfers möglich, Rasselgeräusche des Getriebes im Leerlauf und Brummgeräusche des Antrieb- stranges im Fahrbetrieb zu vermeiden. Konsequenz daraus ist eine minimale Motordrehzahl, die im Leerlauf aber auch im Fahrbetrieb nicht unterschritten werden kann. Der Einsatz eines herkömmlichen Zweimassen-Schwungrades ist teuer und kann problematisch sein, da man bei der Festlegung der Schwungmasse am Verbrennungsmotor durch die Massenträgheit des Rotors der elektrischen Maschine begrenzt ist. Eine Aufteilung der Drehmassen auf eine Primär-und eine Sekun- därmasse kann nur begrenzt erfolgen. Die minimale Primär- masse wird bestimmt durch Massenträgheit des Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors und durch das minimal mögliche Mas- senträgheitsmoment der elektrischen Maschine, das durch die Momentanforderung und die Bauabmessungen, insbesondere die kurze Baulänge der elektrischen Maschine bestimmt ist.

Aus der DE 199 34 696 A1 ist ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug bekannt, das zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein Planetenge- triebe aufweist, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst. Der Planetenträger als erstes Element ist mit dem Schaltgetriebe verbunden, das Hohlrad als zweites Element ist mit der Antriebsmaschine verbunden und das Sonnenrad als drittes Element ist mit wenigstens einem Elektromotor verbunden. Mit dieser Anordnung lässt sich die Antriebsmaschine starten, elektrische Energie er- zeugen, elektrisch bremsen und das Fahrzeug auch aus dem Stand anfahren.

Bei bekannten elektrodynamischen Antriebssystemen wer- den somit bei bestimmten Betriebszuständen üblicherweise die Drehmassen der Verbrennungskraftmaschine des Zwei- massen-Schwungrads sowie der elektrischen Antriebsmaschine und des nachgeschalteten Planetengetriebes summiert. Da- durch wird die Schwungmasse des Antriebssystems insgesamt erhöht, was einerseits zu einer Erhöhung des Gewichts des Antriebsstrangs und damit zu einer unerwünschten Erhöhung des Fahrzeuggesamtgewichts, andererseits aber auch zu einer Erhöhung der Drehmasse des Antriebsstrangs führt, wodurch sich auch eine größere Trägheit gegen schnelle Drehzahl- wechsel ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektro- dynamisches Antriebssystem in Verbrauch, Komfort und Emis- sionsverhalten zu verbessern und insbesondere ein elektro- dynamisches Antriebssystem so auszubilden, dass eine Erhö- hung der Drehmassen durch den Einsatz eines Elektromotors und eines Planetengetriebes vermieden wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrodynamisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausge- staltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug weist ein Schaltgetriebe und ein Planetengetriebe auf, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträ- ger umfasst. Davon ist ein erstes Element mit einer Ein- gangswelle des Schaltgetriebes verbunden, ein zweites Ele- ment über ein Schwungrad mit einer Abtriebswelle einer An- triebsmaschine des Fahrzeugs verbunden und ein drittes Ele- ment mit einem Rotor eines Elektromotors verbunden. Eine Schalteinrichtung weist eine erste Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes zur Überbrückung des Planetengetriebes besteht. Die Schalteinrichtung weist eine zweite Schalt- stellung auf, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes unterbrochen ist. Eine Steuerung zum Betrieb des Antriebsystems ist vorhanden. Zur Bildung einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung im An- triebsstrang des Fahrzeugs, das zwei gegeneinander verdreh- bar angeordnete Massen umfasst, wie dies auch in ähnlicher Weise bei einem bislang üblichen Zweimassen-Schwungrad der Fall ist, werden statt dessen die Drehmasse der Abtriebs- welle der Antriebsmaschine und die Drehmasse des Schwungra- des nun zu einer Primärmasse als einer der beiden gegenein- ander verdrehbaren Massen zusammengefasst. Der Leerlaufan- teil des Fahrbetriebs ist unbedeutend, da ein entsprechen- des System im Stillstand den Verbrennungsmotor abschaltet.

Im bedeutenden und überwiegenden Fahranteil ist die zum Anfahren und Fahren des Fahrzeugs erforderliche Schaltkupp- lung in der ersten Schaltstellung, in der das Planetenge- triebe überbrückt ist. In dieser Schaltstellung wird die zweite der beiden Massen erfindungsgemäß als Sekundärmasse aus dem überbrückten Planetengetriebe, der sich in der er- sten Schaltstellung befindlichen Schalteinrichtung und dem Rotor des Elektromotors gebildet. Zwischen den beiden ge- geneinander verdrehbaren Massen ist ein Schwingungsdämpfer vorgesehen, der in einer bevorzugten Ausgestaltung aus meh- reren, auf einem Umfang verteilten Torsionsdämpfern be- steht. Die Torsionsdämpfer können ein-oder mehrstufig sein. Vorteilhafterweise werden somit die Primär-und die Senkundärmasse der Drehschwingungsdämpfungseinrichtung durch zwingend vorhandene Komponenten des elektrodynami- schen Antriebssystems gebildet und der Einbau eines nach dem Stand der Technik üblichen Zweimassen-Schwungrads ist nicht erforderlich. Eine zusätzliche Erhöhung der Dreh- massen durch ein bisher übliches Zweimassen-Schwungrad wird vermieden und das elektrodynamische Antriebssystem in Ver- brauch, Komfort und Emission verbessert.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist die Massenträgheit der beiden gegeneinander verdrehbaren Massen und die schwingungstechnische Auslegung von Steifigkeit und Dämpfung der Dämpfungseinrichtung zwischen den beiden Massen angepasst an die Drehungleichförmigkeiten der An- triebsmaschine des Fahrzeugs. Hierdurch können die Vorteile eines Zweimassen-Schwungrades ohne Hinzunahme von Bauteilen erzielt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläu- tert.

Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektrodynamisches Antriebssystem 2, das zwischen einer Antriebsmaschine 4 und einem Schaltgetriebe 6 angeordnet ist. Von der Abtriebswelle 8 der Antriebsmaschine 4 wird über ein Schwungrad 40, ein Schwingungsdämpfer 10 und eine Hohlradwelle 38 das Hohlrad 12 eines Planetengetriebes 14 angetrieben. Mit dem Hohlrad 12 kämmen Planetenräder 16, die auf einem Planetenträger 18 drehbar angeordnet sind.

Der Planetenträger 18 ist mit einer Reibungskupplung als einer Schalteinrichtung 20 verbunden, über die der Rotor 22 eines Elektromotors 24 drehfest mit dem Planetenträger 18 verbunden werden kann. Mit dem Rotor 22 ist auch das Son- nenrad 26 des Planetengetriebes 14 drehfest verbunden. Der Planetenträger 18 ist drehfest mit der Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 6 verbunden, deren Verzahnung mit einer Verzahnung an der Vorgelegewelle 30 im Schaltgetriebe 6 kämmt. Andere Verzahnungen der Vorgelegewelle 30 kämmen mit Verzahnungen einer Abtriebswelle 36. Die Eingangswelle 28 weist einen Freilauf 32 auf, der die Eingangswelle 28 gegen ein Rückwärtsdrehen abstützt, wenn im Fahrzeugstillstand die Antriebsmaschine 4 gestartet wird. Die Abtriebswelle 8 der Antriebsmaschine 4 und das Schwungrad 40 bilden zusam- men die Primärmasse 42 der Drehschwingungsdämpfungseinrich- tung. Der Rotor 22 des Elektromotors 24, die Schalteinrich- tung 20 und das Planetengetriebe 14 bilden zusammen die Sekundärmasse 44. Zwischen der Primärmasse 42 und der Se- kundärmasse 44, die gegeneinander verdrehbar sind, ist der Schwingungsdämpfer 10 angeordnet.

Bezugszeichen 2 elektrodynamisches Antriebssystem 4 Antriebsmaschine 6 Schaltgetriebe 8 Abtriebswelle 10 Schwingungsdämpfer 12 Hohlrad 14 Planetengetriebe 16 Planetenrad 18 Planetenträger 20 Schalteinrichtung 22 Rotor 24 Elektromotor 26 Sonnenrad 28 Eingangswelle 30 Vorgelegewelle 32 Freilauf 34 Gehäuse 36 Abtriebswelle 38 Hohlradwelle 40 Schwungrad 42 Primärmasse 44 Sekundärmasse