DE3738799C2

DE3738799C2 - Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE3738799C2
Application number: DE3738799A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl Ing Haack
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1987-11-14
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2007-11-15
Also published as: DE3738799A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung, insbesondere für Kraft fahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das von einer Hubkolben-Brennkraftmaschine erzeugte und von der Kurbelwelle abgegebene Antriebsmoment pulsiert bekanntlich stark über dem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine. Zumindest bei den heute vor allem üblichen Vierzylinder- Motoren können dabei zumindest kurzzeitig auch Bereiche mit negativen Dreh momenten auftreten. Unterschreitet während eines solchen Drehmomentenverlaufes die Eingangsdrehzahl des der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Zahnradwechsel getriebes die an dessen Ausgang vorliegende Getriebeausgangsdrehzahl, dann öffnen sich an den miteinander im Eingriff befindlichen Zahnradpaarungen des Getriebes die dort vorhandenen Zahnradlosen. Bei einem anschließenden, durch Drehmomenten anstieg bewirkten Anstieg der Getriebeeingangsdrehzahl schließen sich diese Zahn radlosen wieder und es entstehen Geräusche im Getriebe (das sogenannte Getriebe rasseln), die teilweise sehr deutlich und als komfortbeeinträchtigend zu verspüren sind.

Beispielsweise aus der DE-OS 33 30 332 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Anpreßkraft einer Reibungskupplung bekannt, die zur Unter drückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang vorgesehen sind. Dort wird die Reibungskupplung derart gesteuert, daß im kritischen Drehzahlbereich ein geringer Schlupf in der Reibungskupplung aufrechterhalten wird, der die Torsions schwingungen wirkungsvoll dämpft. Durch den auf diese Weise erreichten Dauerschlupf an der Kupplung wird die Amplitude der Momentenschwankung reduziert. Das Problem des Auftretens negativer Drehmomentenbereiche mit den dadurch ver ursachten Getriebegeräuschen wird jedoch dadurch nicht gelöst, zumal die Schlüpf drehzahlen wegen der im Betrieb auftretenden Verlustleistung an der Reibkupplung klein gehalten werden müssen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Antriebs anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe die durch die negativen Momentenanteile des Antriebsdrehmomenten verlaufes erzeugten Getriebegeräusche (Getrieberasseln) auf möglichst einfache Weise beseitigt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan spruchs 1. Erfindungsgemäß wird also durch frühzeitiges Öffnen der Reibkupp lung noch während des von einem Zylinder der Brennkraftmaschine kommenden positiven Drehmomentenanteils so viel Rotationsenergie durch Drehzahlüberhöhung in das Schwungrad eingespeichert, daß während der Zeit eines negativen Motor drehmoments aus dem Schwungrad wieder so viel Drehmoment entnommen werden kann, daß in das Getriebe stets ein positives Moment eingespeist werden kann. Dieses Moment ist dann zwar immer noch veränderlich, indem es zwischen dem von jedem Zylinder erzeugten maximalen Drehmoment und dem eingestellten niedrigeren Grenzwert schwankt; es treten jedoch keine Bereiche mit negativen Drehmomenten mehr auf, so daß auch die dadurch verursachten Getriebegeräusche vermieden werden. Auch ist die Amplitude der Drehmomentenschwankung redu ziert. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der Unteransprüche, die im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines in der Fig. 1 gezeigten schematischen Schaltbildes einer Fahrzeugantriebsanordnung sowie eines in der Fig. 2 gezeigten Diagramms des Drehmomentverlaufes über der Zeit dargestellt.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine herkömmliche, beispielsweise vierzylindrige Hub kolben-Brennkraftmaschine angedeutet, wie sie beispielsweise zum Antrieb von Personenkraftfahrzeugen dient. 2 stellt eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 dar, die über eine insgesamt mit 3 bezeichnete Kupplung mit einer Eingangswelle 6 eines nachgeschalteten Zahnrad-Wechselgetriebes 7 verbindbar ist. Eine aus dem Zahnrad-Wechselgetriebe 7 herausführende Getriebeausgangswelle 8 treibt über ein Ausgleichgetriebe Antriebsräder 9 des Fahrzeugs an.

Die zwischen der Kurbelwelle 2 des Antriebsmotors 1 und der Eingangswelle 6 des Zahnrad-Wechselgetriebes 7 angeordnete Kupplung 3 kann dabei als übliche Reibkupplung ausgebildet sein mit einer auf der Getriebeeingangswelle 6 drehfest gehaltenen Kupplungsscheibe 4c die mit Reibbelägen versehen ist und zwischen einer mit der Kurbelwelle starr verbundenen Schwungradscheibe 4a und einer von einer Tellerfeder 5 belasteten Druckplatte 4b gehalten ist. Dabei ist die Teller feder 5 so ausgebildet, daß sie die Kupplung eingerückt hält, solange nicht an ihrem Innenumfang ein als Servostellantrieb 10 ausgebildetes Kupplungsdrucklager betätigt ist.

Der Servostellantrieb 10, der beispielsweise als hydraulischer Stellmotor ausgebildet sein kann, wird dabei von einer Steuereinrichtung 11 angesteuert, die mit einer Reihe von Meßgliedern zur Erfassung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine verbunden sein kann. So ist beispielsweise ein mit 13 bezeichneter Winkelstellungs- oder Weggeber zur Erfassung der Winkelstellung bzw. des Verstellweges eines dem Fahrzeug zugeordneten Fahrpedales angegeben, wodurch der Steuereinrichtung 11 ein die Leistung der Brennkraftmaschine charakterisierender Meßwert zugeführt wird. Anstelle eines solchen Fahrpedalstellungsgebers könnte selbstverständlich auch ein anderes Meßglied, das beispielsweise die Stellung einer der Brennkraftma schine zugeordneten Drosselklappe oder eines Drehzahlverstellhebels erfaßt, vor gesehen sein.

Mit 14 ist ein die Stellung der Reibkupplung 3 erfassender Meßgeber und mit 15 und 16 sind jeweils Drehzahlsensoren bezeichnet, die die Drehzahl der Kurbel welle 2 und der Getriebeeingangswelle 6 erfassen.

Mit 17 ist schließlich ein Geber angedeutet, der ein der Zündung der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine synchrones Signal abgibt.

Aus den von den Meßwertgebern 13-17 gelieferten Meßwerten, die gegebenen falls durch weitere Meßwerte von Meßwertgebern, wie beispielsweise einem Geber zur Erfassung des Drehmomentes an der Kurbelwelle und/oder der Getriebeeingangswelle, ergänzt werden, ermittelt die Steuereinrichtung nun ein Signal zur Ansteuerung des Servostellantriebes 10, der durch entsprechende Be aufschlagung der Tellerfeder 5 den Einrückzustand der Reibungskupplung 3 be einflußt. Dabei wird der Einrückzustand der Kupplung 3 so gesteuert, daß in be stimmten Phasen des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine die Kupplung nur ein Teildrehmoment übertragen kann, das niedriger ist als das höchste auftretende Drehmoment. Dabei wird in den Zeiten, in denen das von der Brennkraftmaschine 1 gelieferte Drehmoment größer als dieses von der Kupplung übertragbare Drehmoment ist, das überschüssige Drehmoment in das Schwungrad 4a der Kupplung 3 einge speist und dort gespeichert. Die in dem Schwungrad gespeicherte Energie kann dann in den Zeiten, in denen das Motordrehmoment kleiner als das von der Kupplung übertragbare Drehmoment ist, abgerufen werden, so daß ein sonst in diesen Zei ten auftretendes negatives Drehmoment vermieden wird.

In der Fig. 2 ist in einem Diagramm des Drehmomentes über der Zeit der Drehmo mentenverlauf dargestellt. Dabei bezeichnet die mit 20 angegebene und mit ausge zogenen Linien angedeutete Kurve den Verlauf des von der Brennkraftmaschine 1 über die Kurbelwelle 2 abgegebenen Motormoments, das entsprechend den Arbeits takten der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert veränderlich ist. Bei einer vier Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine ergibt sich dabei eine Drehmomentenkurve mit vier einzelnen, jeweils im konstanten Abstand voneinander liegenden Drehmomentmaxima während einer Umdrehung der Brennkraftmaschine. Zwischen diesen einzelnen Drehmoment maxima ergeben sich dort, wo die Drehmomentenkurve 20 die Abszisse mit dem Wert Md = 0 unterschreitet, Bereiche mit negativem Drehmoment, die in der Fig. 2 mit 25 angedeutet sind. Bei vollständig eingerückter Kupplung würde dieser Drehmomentverlauf auch auf die Getriebeeingangswelle 6 übertragen werden und es entstehen dann in dem Zahnradwechselgetriebe 7 die oben erwähnten Geräusche (Getrieberasseln) durch Öffnen und Schließen der zwischen den im Eingriff miteinander befindlichen Zahnradpaaren vorhandenen Zahnradlosen. Diese Getriebegeräusche treten dabei vor allem bei niedrigen Drehzahlen und hohen Lasten auf.

Um diese Geräusche zu vermeiden soll gemäß der Erfindung die Kupplung 3 so gesteuert werden, daß sie nicht ständig voll eingerückt bleibt, sondern zu bestimmten Zeiten durch entsprechende Beaufschlagung der Tellerfeder so teileingerückt ist, daß nur ein auf niedrigem Niveau liegendes, aber positives Teilmoment übertragen werden kann. In anderen Bereichen des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine wird die Kupplung dagegen wieder voll, zumindest aber so weit eingerückt, daß ein wesentlich höheres Moment übertragen werden kann.

Der Verlauf des durch entsprechende Beaufschlagung des der Kupplung zugeord neten Servostellantriebes übertragbaren Drehmoments der Kupplung 3 ist in der Fig. 2 mit dem strichpunktierten Linienzug 21 angedeutet. Dabei zeigt sich, daß das von der Kupplung übertragbare Drehmoment zwischen zwei Grenzwerten, nämlich einem in dem Diagramm der Fig. 2 mit M_Kmin angegebenen niedrigen Kupplungsmoment und einem mit M_Kmax1 angegebenen höheren Kupplungsmoment veränderlich ist. Dabei wird das übertragbare Kupplungsmoment etwa zu dem Zeitpunkt, in dem das Motordrehmoment 20 den unteren Grenzwert des Kupplungs momentes M_Kmin erreicht, (Zeitpunkt t_A1), durch entsprechendes Ausrücken des Kupplungsdrucklagers 10 auf den oberen Grenzwert M_Kmax1 an gehoben. Das Kupplungsmoment wird dann bis etwa zum Zeitpunkt t_B1 auf diesem oberen Grenz wert gehalten und dann wieder auf den unteren Grenzwert M_Kmin reduziert. Das Kupplungsmoment wird dann so lange auf diesem Wert gehalten, bis die an steigende Motormomentenkurve 20 wieder diesen Drehmomentenwert zum Zeit punkt t_C1 = t_A2 erreicht. Der Zeitpunkt t_B1, an dem das Kupplungsmoment von dem oberen Grenzwert auf den unteren Grenzwert zurückgenommen wird, sollte nun so festgelegt sein, daß der von der Kupplung 3 nicht übertragene, in der Kurbel welle 2 verbleibende Momentenüberschuß, der in der Fig. 2 mit dem schraffierten Bereich 23 angegeben ist, etwa dem in der Fig. 2 schraffiert angegebenen Bereich 24 des Drehmomentenunterschusses entspricht, der so lange gegeben ist, wie das Motormoment unterhalb dieses Kupplungsmomentes liegt. Durch Verschiebung des Zeitpunktes t_B1, an dem durch Teilbeaufschlagung der Kupplungsfeder 5 die Kupplung 3 teilausgerückt wird, oder aber auch durch Veränderung des unteren Grenzwertes des Kupplungsmomentes M_Kmin kann erreicht werden, daß die beiden Bereiche 23 und 24 etwa gleichgroß werden. Es ergibt sich dann als Konsequenz ein von der Brennkraftmaschine 1 über die Kupplung 3 an das Getriebe 7 übertra genes Drehmoment, dessen Verlauf in der Fig. 2 mit dem unterbrochenen Linien zug 22 angedeutet ist. Dieses Drehmoment ist immer positiv und entspricht so lange, wie die Kupplung zur Übertragung des niedrigen Kupplungsdrehmomentes M_Kmin eingestellt ist, diesem Drehmoment, während in den Zeiten, in denen das übertragbare Kupplungsmoment größer als das Motormoment ist, nämlich zwischen den Zeiten t_A1 und t_B1 dem Motormoment.

Durch diese Steuerung des Kupplungsmoments wird, wie oben bereits ausgeführt wurde, infolge der Vermeidung negativer Motormomentenbereiche, das Auftreten von Getriebege räuschen (Getrieberasseln) vermieden. Mit Vorzug sollte dabei diese Kupplungssteuerung nur in solchen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eingesetzt werden, in denen niedrige, vorzugsweise leerlaufnahe Drehzahlen und relativ große Lasten herrschen, in an deren Betriebszuständen der Brennkraftmaschine treten dagegen Bereich mit negativem Moment und folglich das Getrieberasseln nicht auf.

Gegebenenfalls kann auch daran gedacht werden, den oberen Grenzwert des von der Kupplung übertragbaren Drehmoments niedriger als das größte auftretende Motormoment einzustellen, also auf einen Wert etwa entsprechend dem Wert M_Kmax2 gemäß dem Dia gramm nach Fig. 2. In diesen Fällen wird auch die Motormomentspitze abgeschnitten, was zur Erhöhung der in dem Schwungrad gespeicherten kinetischen Energie beitragen kann. Dadurch kann der untere Grenzwert des übertragbaren Kupplungsmoment M_Kmin angeho ben oder aber auch die Zeit, während der dieses niedrige Kupplungsmomentniveau einge halten wird, verringert werden.

Schließlich wäre es auch denkbar, durch entsprechende Ansteuerung des der Kupplung 3 zugeordneten Servostellantriebes 10 das von der Kupplung übertragbare Drehmoment auf einen solchen mittleren Wert einzustellen und auf diesem Wert zu halten, daß ein im we sentlichen konstant bleibendes Drehmoment von dem Motor über die Kupplung auf das Ge triebe übertragen wird. Entscheidend wäre dabei, daß die infolge der ständig teilausgerück ten Kupplung auftretende und sich als Wärme darstellende Verlustleistung ohne Beschädi gung der Kupplung aufgenommen werden kann.

Claims

1. Antriebsanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
mit einem durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine (1) gebildeten Antriebsmotor,
einem dem Antriebsmotor nachgeschalteten Schwungrad (4a),
einem Zahnrad-Wechselgetriebe (7) und einer zwischen dem Schwungrad (4a) und dem Zahnrad-Wechselgetriebe angeordneten Reibkupplung (3),
die durch einen von einer Steuereinrichtung (11) angesteuerten Servostellantrieb (10) in ihrem Drehmomentübertragungsverhalten gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerungseinrichtung (11) zumindest bei leerlaufnahen Drehzahlen und ho hen Lasten der Brennkraftmaschine abhängig von einem die Phasen des Arbeitsspiels der Hubkolben-Brennkraftmaschine messenden Signalgeber (17) mittels des Ser vostellantriebes (10) die Kupplung (3) derart ansteuert,
daß das von ihr übertragene Drehmoment (22) in allen Phasen des Motordrehmo mentverlaufes (20) immer einen positiven Wert annimmt,
wobei dieser Wert zwischen einem minimalen Drehmomentwert M_Kmin und einem maximalen Drehmomentwert M_Kmax1 liegt,
und daß beim Erreichen eines Zeitpunktes t_B1 im Motormomentverlauf (20) durch Betätigen des Servostellantriebes (10) die Momentenübertragungskapazität (21) der Kupplung (3) von einem dann anstehenden positiven Drehmomentenwert M_Kmax2 auf den positiven Wert M_Kmin abgesenkt wird, wobei dieser Zeitpunkt t_B1 so gewählt ist,
daß das von diesem Zeitpunkt t_B1 bis zum Erreichen eines negativen Motordrehmo mentenverlaufs (25) von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment (23) noch so groß ist,
um soviel Rotationsenergie durch Drehzahlüberhöhung in das Schwungrad (4a) einzu speichern,
daß während der Zeit des negativen Motordrehmomentverlaufs (25) aus dem Schwungrad (4a) derart viel Drehmoment (24) entnehmbar ist, daß in das Getriebe stets ein positives Drehmoment einspeisbar ist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servostellantrieb (10) in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine (1) ansteuerbar ist.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servostellantrieb (10) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) ansteuerbar ist.

4. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Reibkupplung (3) übertragene Drehmoment im wesentlichen synchron mit der Zündung der einzelnen Zylinder zwischen einem oberen Grenzwert M_Kmax1 und einem unteren Grenzwert M_Kmin veränderbar ist.