DE102005034678A1 - System und Verfahren für die Steuerung der Trägheitsmomentreaktion - Google Patents

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Al Henry Berger
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Abstract

Ein System und Verfahren für das Steuern von Trägheitsmomentreaktionen an einem feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau drehen mindestens eine ausgewählte Motorkomponente und mindestens eine ausgewählte Antriebstrangkomponente in entgegengesetzte Richtungen, so dass die Drehträgheit der ausgewählten Antriebstrangkomponente in eine Richtung entgegengesetzt zu der der Drehträgheit der ausgewählten Motorkomponente wirkt, um die Trägheitsmomentreaktionen an einem feststehenden Motor-/Antriebstrang zu reduzieren oder beseitigen, die durch Drehbeschleunigung und -verzögerung von Motor-/Antriebstrangkomponenten verursacht werden, und verbessert die Leistung bezüglich Geräuschbildung, Schwingung und Rauheit (NVH).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren für das Steuern der Trägheitsdrehmomentreaktion von rotierenden Maschinen.
  • Ein herkömmlicher Motor-/Antriebstrang weist einen „feststehenden" Aufbau auf, der an dem Fahrzeugfahrwerk mit elastischen Halterungen angebracht ist. Bei herkömmlichen Motor-/Antriebsträngen wird die Drehträgheit verschiedener Motor- und Getriebebauteile einschließlich beispielsweise Kurbelwelle, Schwungscheibe und Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes in gleicher Richtung gedreht, was eine verstärkende Wirkung hat. Wenn ein Verdichtungs- oder Verbrennungsereignis des Motors eine Beschleunigung der Drehträgheit bewirkt, wird auf den feststehenden Aufbau im Allgemeinen eine gleiche, aber entgegengesetzte Trägheitsdrehmomentreaktion ausgeübt. Daher ist der feststehende Aufbau nicht wirklich feststehend, sondern schwingt stattdessen entgegengesetzt zu den Beschleunigungen der Drehträgheit. Dieses Schwingen des feststehenden Aufbaus leitet die Schwingung durch die elastischen Halterungen in das Fahrzeugfahrwerk ein und kann zu unerwünschter Geräuschbildung und Schwingung im Fahrgastraum des Fahrzeugs führen.
  • Herkömmliche Lösungen dieses Schwingungsproblems umfassen das Steuern der Motorbetriebsbedingungen, um die Größenordnung und den Frequenzbereich der Trägheitstorsionsschwingungen zu minimieren, sowie Einstellen der Motor-/Antriebstranghalterungen, um die Übertragung von Schwingungen zu minimieren. Die Beschränkungen, die auf den Motor-/Antriebstrangbetrieb ausgeübt werden, können sich aber auf die Verwirklichbarkeit anderer erwünschter Betriebseigenschaften zum Beispiel in Bezug auf Ansprechverhalten, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Emissionen auswirken.
  • Andere bekannte Lösungen steuern ein oder mehrere entgegengesetzt drehende Elemente, um die Trägheitsdrehmomentreaktion zu reduzieren oder zu beseitigen, wie zum Beispiel in den U.S. Patenten Nr. 5,551,928 und 5,570,615 offenbart wird. Diese Vorgehen können zwar die Drehmomentreaktion an dem Motor-/Antriebstrangaufbau reduzieren, die größere Masse lässt aber auch das Gewicht größer werden und vermindert das Ansprechverhalten des Systems.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren für das Steuern von Trägheitsmomentreaktion durch Drehen der Trägheitskomponenten des Motor-/Antriebstrangs oder des Antriebstrangs in eine Richtung gegenläufig zur Drehung der Trägheitskomponenten von Fahrzeugmotor/Motor, um eine Drehmomentreaktion auf feststehende Komponenten des Motor-/Antriebstrangs zu reduzieren oder beseitigen.
  • In einer Ausführung nutzt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, um eine Gegendrehung einer oder mehrerer Komponenten des Fahrzeugmotors/Motors im Verhältnis zu den drehenden Komponenten von Getriebe oder/Getriebe-/Differentialeinheit zu erzeugen, um die Trägheitsmomentreaktion zu reduzieren oder beseitigen, die ansonsten mit Winkelbeschleunigung/Winkelverzögerung einer sich drehenden Masse an einem feststehenden Aufbau oder Halterungskomponenten einhergeht. Die Vorrichtung kann durch mehrere Antriebselemente wie Zahnräder, Riemen, Ketten und Kettenräder oder eine ähnliche zur Kupplung eines Abtriebelements einer Brennkraftmaschine mit einer oder mit mehreren Komponenten des Motor-/Antriebstrangs, beispielsweise Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes oder Generator eines Hybrid-Motor-/Antriebstrangs, verwendete Vorrichtung implementiert werden. Die Vorrichtung bewirkt, dass eine oder mehrere Trägheitskomponenten des Motor-/Antriebstrangs in eine Richtung entgegen der von verschiedenen Motorträgheitselementen, beispielsweise einer Kurbelwelle, drehen. Die wirksame Trägheit der entgegengesetzt drehenden Komponenten kann unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem geeigneten Antriebs-/Abtriebsverhältnis, um ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen den gegenläufig drehenden Komponenten des Fahrzeugmotors/Motors und den vorwärts drehenden Komponenten des Motor-/Antriebstrangs zu erzeugen, oder zum Beispiel durch Anpassen der Masse oder Komponentengeometrie der Komponenten des Fahrzeugmotors oder des Motor-/Antriebstrangs im Wesentlichen der wirksamen Trägheit der vorwärts drehenden Komponenten angepasst werden.
  • Bei einer quer eingebauten Brennkraftmaschine und Getriebe-/Differentialeinheit, wie sie im Allgemeinen zum Beispiel in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb verwendet werden, wobei sie aber nicht hierauf beschränkt sind, können die Kurbelwelle und der Drehmomentwandler mit Hilfe von Zahnrädern verbunden werden, welche den Drehmomentwandler und die Kurbelwelle in entgegengesetzte Richtungen drehen lassen. Es kann eine separate oder integrierte Vorrichtung zum Reduzieren oder Beseitigen von Spiel und damit einhergehender Geräuschbildung verwendet werden, beispielsweise ein Scherenrad. Die gegenläufige Drehrichtung der Kurbelwelle und des Drehmomentwandlers reduziert oder beseitigt die Trägheitsmomentreaktion an dem feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau, um unerwünschte Schwingung und Geräuschbildung zu reduzieren oder zu beseitigen.
  • Eine in Längsrichtung eingebaute Brennkraftmaschinen- und Getriebeanwendung, wie sie im Allgemeinen zum Beispiel in Fahrzeugen mit Hinterradantrieb verwendet wird, wobei sie aber nicht hierauf beschränkt ist, kann einen einfachen Planetenradsatz zur Verbindung der Kurbelwelle mit dem Drehmomentwandler enthalten. Ein solcher Planetenradsatz umfasst typischerweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger mit mehreren Planetenrädern, die ständig mit den Sonnen- und Hohlrädern in Eingriff stehen. Bei einer solchen Anordnung kann zum Beispiel der Träger durch Verwenden mehrerer Befestigungselemente zu dessen Verbinden mit dem Fahrzeugmotorblock/Motorblock feststehend sein. Das Sonnenrad des Planetenradsatzes kann durch Verwenden eines einer Vielzahl von Verfahren, darunter das Verwenden herkömmlicher Befestigungselemente oder alternativ von Verzahnungen mit mindestens einem Haltering, mit der Kurbelwelle verbunden werden. Analog kann das Hohlrad oder Außenrad des Planetenradsatzes mittels mehrerer Befestigungselemente mit der Flexplatte des Fahrzeugmotors/Motors verbunden werden. Eine solche Anordnung lässt das Hohlrad in eine Richtung gegenläufig zu der des Sonnenrads drehen, wenn der Träger nicht dreht. Dadurch dreht mindestens eine Antriebstrangkomponente, beispielsweise der Drehmomentwandler, in eine Richtung gegenläufig zu der der Kurbelwelle und erzeugt eine entsprechende Drehträgheit, um die Trägheitsmomentreaktion zu reduzieren oder zu beseitigen, die ansonsten mit einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit/-verzögerung der sich drehenden Komponenten des Motors an dem feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau einhergeht, was die damit verbundene Geräuschentwicklung und Schwingung reduziert oder beseitigt.
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Die vorliegende Erfindung gibt zum Beispiele Systeme und Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion durch Vorsehen einer durch herkömmliche Komponenten des Motor-/Antriebstrangs erzeugte entgegengesetzt drehenden Trägheit zum Reduzieren oder Beseitigen der Drehmomentreaktion an dem Motor-/Antriebstrangaufbau und zur Verbesserung der Leistung bezüglich Geräuschbildung, Schwingung und Rauheit (NVH) an die Hand. Das Umkehren der Drehung herkömmlicher Motor-/Antriebstrangkomponenten umgeht die Notwendigkeit weiterer Komponenten oder Masse zum Erzeugen von ausgleichender Trägheit. Dies reduziert eine nachteilige Auswirkung auf das Gewicht, das Ansprechverhalten und die Gesamtleistung des Motor-/Antriebstrangs im Verhältnis zu herkömmlichen Lösungen, die Komponenten allein für das Ausgleichen oder Aufheben von Drehmomentreaktionen in Verbindung mit Drehträgheit hinzufügen.
  • Die vorliegende Erfindung kann es ermöglichen, dass stufenlos verstellbare Motoren ohne unakzeptables NVH leer laufen und bei niedrigen Motordrehzahlen laufen, während weniger als alle Zylinder Zündung auslösen. Ferner sollte die reduzierte oder eingeschränkte Trägheitsmomentreaktion am feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau Geräuschbildung, Schwingung und Rauheit (NVH) bei den ungleichmäßigen Zündintervallen reduzieren, die eintreten, wenn ein 8-Zylinder-Motor in einem reduzierten oder stufenlos verstellbaren Modus mit zum Beispiel 3, 5, 6 oder 7 zündenden Zylindern arbeitet.
  • Der obige Vorteil und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen klar hervor.
    •
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm in Draufsicht, welches ein System oder Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion eines quer eingebauten Motor-/Antriebstrangs gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.
  • 2 ist ein Blockdiagramm in Draufsicht, welches eine andere Vorrichtung für das Kuppeln eines Drehmomentwandlers mit einem Fahrzeugmotor oder Motor in einem System oder Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Seitenansicht-Blockdiagramm des in 2 gezeigten Systems.
  • 4 ist ein Blockdiagramm in Draufsicht, welches ein System oder Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion eines längs eingebauten Motor-/Antriebstrangs gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.
  • 5 ist ein Querschnitt einer Vorrichtung für das Kuppeln eines Antriebstrangs mit einem Motor in einem System oder Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion nach einer erfindungsgemäßen Ausführung, und
  • 6 ist ein Blockdiagramm, welches ein System oder Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion in einem Motor-/Antriebstrang eines Hybridfahrzeugmotors/Hybridmotors gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
  • Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, können verschiedene erfindungsgemäße Merkmale, wie sie in Bezug auf eine der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit in einer oder in mehreren anderen Figuren gezeigten Merkmalen kombiniert werden, um erfindungsgemäße Ausführungen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Merkmalskombinationen stellen repräsentative Ausführungen für typische Anwendungen dar. Es können aber verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale, die mit der Lehre der vorliegenden Erfindung konform sind, für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
  • Unter Bezug nun auf 1 wird ein Blockdiagramm gezeigt, welches eine repräsentative erfindungsgemäße Ausführung in einer quer eingebauten Motor-/Antriebstranganwendung veranschaulicht. Wie der Fachmann auf dem Gebiet weiß, werden quer eingebaute Motor-/Antriebstränge typischerweise in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb verwendet. Wie aber hier beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf herkömmliche Fahrzeuganwendungen beschränkt und kann bei verschiedenen Arten von Motor-/Antriebsträngen mit einer Brennkraftmaschine oder in einer anderen Torsionsschwingung induzierenden Antriebsmaschine, die mit einem Antriebstrang gekuppelt ist, der ein Fest- oder Wählgetriebe, Schaltung und/oder eine Getriebe/Differentialeinheit zum Antreiben einer Maschine oder eines Fahrzeugs enthalten kann, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist unabhängig von der jeweiligen Getriebetechnologie und kann mit Getrieben mit manuellem oder automatischen Gangwechsel oder Schalten, stufenlos verstellbaren Getrieben (CVT) und/oder jeder Kombination oder jedem Hybrid verwendet werden. Der in 1 dargestellte repräsentative quer eingebaute Motor-/Antriebstrang umfasst eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 10 mit mehreren Komponenten, die während des Betriebs drehen und Drehträgheit mit einem entsprechenden Drehmoment oder Moment erzeugen, das auf den feststehenden Aufbau eines (nicht dargestellten) zugehörigen Fahrzeugs wirkt. Motor 10 stellt im Allgemeinen einen einer Vielzahl von Brennkraftmaschinen/Motoren dar, was fremdgezündete Motoren und selbstzündende Motoren und andere Antriebsmaschinen, die besonders für Fahrzeuganwendungen geeignet sind, einschließt. Wie zuvor beschrieben kann die vorliegende Erfindung bei verschiedenen anderen Motorarten und anderen Antriebsmaschinen verwendet werden, die ein Schwingungsreaktionsmoment oder ein Moment in Verbindung mit Drehbeschleunigung oder -verzögerung verschiedener Fahrzeugmotor-, Motor- und/oder Getriebe-/Motor-/Antriebstrangkomponenten erzeugen, und ist nicht auf Fahrzeuganwendungen oder Brennkraftmaschinen beschränkt. Der Motor 10 umfasst typischerweise eine oder mehrere sich drehende Komponenten, die als hauptsächlich beitragende Elemente für das Reaktionsmoment gelten, das durch die Motorhalterungen auf ein Fahrzeugfahrwerk oder auf einen anderen feststehenden Aufbau aufgrund der Größe der Drehträgheit der Komponenten übertragen wird. Bei einer typischen Brennkraftmaschinenanwendung ist eine Kurbelwelle 16 ein primärer Bestandteil von Motordrehträgheit und dem sich ergebenden Reaktionsmoment. Andere (nicht dargestellte) Komponenten, deren Winkelbeschleunigung zu dem Reaktionsmoment beitragen kann, umfassen zum Beispiel eine Schwungscheibe, Pleuel, einen Schwingungsdämpfer und eine bzw. mehrere Nockenwellen.
  • Eine Vorrichtung 20 kuppelt die Kurbelwelle 16 des Motors 10 mit einer sich drehenden Komponente einer Getriebe-/Differentialeinheit bzw. eines Getriebes 70, beispielsweise mit einem Drehmomentwandler 30 oder einer Schwungscheibe. Wie nachstehend eingehender gezeigt und beschrieben wird, kann die Vorrichtung 20 durch ein oder mehrere Ritzel, Zahnräder, Zahnradsätze, Riemen oder andere zusammenwirkende Komponenten zum Umkehren der Drehrichtung des Drehmomentwandlers 30 im Verhältnis zur Kurbelwelle 16 implementiert werden. Die tatsächliche Implementierung und Positionierung der Vorrichtung 20 kann von verschiedenen anwendungsspezifischen Gesichtspunkten abhängen. Bei quer eingebauten Motor-/Antriebstranganwendungen zum Beispiel kann die Implementierung der Vorrichtung 20 durch Platzbeschränkungen vorgegeben werden, so dass die jeweilige Implementierung nicht die Querlänge des Motors/Antriebstrangs erheblich größer werden lässt. Bei verschiedenen Ausführungen kann die Vorrichtung 20 auch die Drehgeschwindigkeit des Drehmomentwandlers 30 in Bezug auf die Kurbelwelle 16 erhöhen oder senken, um die wirksame Größe der durch sich drehende Komponenten des Getriebes/der Getriebe-/Differentialeinheit 70 erzeugten Drehträgheit der des Motors 10 anzupassen. Die Vorrichtung kann zum Beispiel durch ein Schaltgetriebe, ein Gangwechselgetriebe oder ein stufenlos verstellbares Getriebe implementiert werden. Anwendungen, die ein wählbares oder steuerbares Geschwindigkeitsdifferential verwenden, können entweder ein mechanisches, elektrisches oder ein auf Mikroprozessor beruhendes Steuergerät zur Ermittlung eines geeigneten Geschwindigkeitsdifferentials für die vorliegenden Betriebsbedingungen oder für einen gewählten Betriebsmodus enthalten.
  • Wie auch in 1 gezeigt wird, ist der Drehmomentwandler 30 mit einer Turbinenwelle 40 verbunden, welche über einen Kettenantrieb 50 mit der Eingangswelle 60 des Getriebes bzw. der Getriebe-/Differentialeinheit 70 verbunden ist. Die linke Achse 80 und die rechte Achse 90 sind mit entsprechenden (nicht dargestellten) linken und rechten Fahrzeugrädern oder verschiedenen Hilfseinrichtungen für fahrzeugfremde Anwendungen verbunden.
  • Bei Betrieb wird Drehmoment vom Motor 10 von der Kurbelwelle 16 durch die Kupplungsvorrichtung 20 hindurch zu dem Drehmomentwandler 30 getragen, was unter verschiedenen Betriebsbedingungen eine selektive Fluidkupplung und Drehmomentmultiplikation zur Turbinenwelle 40 erzeugt. Der Kettenantrieb 50 überträgt Drehmoment von der Turbinenwelle 40 und dem Drehmomentwandler 30 durch die Eingangswelle 60 zur Getriebe-/Differentialeinheit 70. Die linke Achse 80 und die rechte Achse 90 nehmen von dem Getriebe 70 Kraft auf. Änderungen der Drehgeschwindigkeit verschiedener sich drehender Komponenten des Motors 10, beispielsweise der Kurbelwelle 16, führen zu einer entsprechenden Beschleunigung der Drehträgheit und des begleitenden Drehmoments oder Moments. Nach der vorliegenden Erfindung führt aber die Gegendrehung verschiedener eng gekuppelter Komponenten des Getriebes/der Getriebe-/Differentialeinheit oder des Antriebstrangs, beispielsweise des Drehmomentwandlers 30, zu einer entsprechenden gegenläufigen oder entgegengesetzten Drehbeschleunigung, was ein Drehmoment oder Moment entgegengesetzter Richtung erzeugt, das dazu neigt, das von den Motorkomponenten erzeugte Drehmoment oder Moment zu reduzieren oder aufzuheben. Daher wird die auf die Motorhalterungen oder anderen feststehenden Motor-/Antriebstrangkomponenten, wie Fahrzeugfahrwerk, übertragene Nettoschwingungsdrehmomentreaktion reduziert oder beseitigt. Die wirksamen Größen der durch die zum Motor 10 gehörigen Komponenten und durch die zum Getriebe oder der Getriebe-/Differentialeinheit 70 gehörigen Komponenten erzeugten Drehträgheiten können über Komponentenmasse sowie -geometrie ebenso wie die relative Drehgeschwindigkeit eingestellt werden, die durch die hier beschriebene Kupplungsvorrichtung 20 gewählt oder bestimmt werden kann.
  • In 2 wird ein Blockdiagramm in Draufsicht, welches ein System oder Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion nach einer erfindungsgemäßen Ausführung veranschaulicht, gezeigt. In dieser Ausführung ist die Kupplungsvorrichtung 20 durch ein Stirnrad oder ein anderes Zahnrad 220 implementiert, das mit einer Motorkurbelwelle 16 verbunden ist und in kämmendem Eingriff mit einem oder mit mehreren zugehörigen Rädern 210 steht, das in diesem Beispiel durch ein Scherenrad implementiert wird, um Spiel und damit einhergehendes Getriebeklappern oder Geräuschbildung zu reduzieren bzw. zu beseitigen. Wie am Besten unter Bezug auf 3 gezeigt und beschrieben wird, kehrt die Kupplungsvorrichtung 20 die Drehrichtung des Drehmomentwandlers 30 im Verhältnis zur Motorkurbelwelle um. Abhängig von der jeweiligen Anwendung und Implementierung kann eine andere Vorrichtung oder ein anderer Zahnradsatz an Stelle des Scherenrads 210 zum Erzeugen einer Gegendrehung einer oder mehrerer Komponenten von Getriebe oder Antriebstrang und zur Reduzierung oder Beseitigung von Spiel und damit einhergehenden Getriebegeräusch verwendet werden.
  • Wie in 2 gezeigt wird, ist das Scherenrad 210 mit dem Drehmomentwandler 30 verbunden, welcher wiederum über den Betrieb des Drehmomentwandlers 30 mit der Turbinenwelle oder der Eingangswelle des Getriebes 70 fluidverbunden ist. Die relative Geschwindigkeit zwischen der Motorkurbelwelle und dem Drehmomentwandler 30 kann optional durch das gewählte Eingangs-/Ausgangsverhältnis bzw. die Übersetzung der Kupplungsvorrichtung 20 gesteuert oder ermittelt werden. In einer Ausführung wird die Übersetzung der Vorrichtung 20 so gewählt, dass der Drehmomentwandler 30 bei einer auf der Drehgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle basierenden Geschwindigkeit dreht, um die wirksamen Größen der Drehträgheit der vorwärts drehenden Getriebekomponenten an die rückwärts drehenden Motorkomponenten anzupassen. Das im Wesentlichen Anpassen der wirksamen Größen der Drehträgheit, die mit dem Getriebe verbunden ist, mit der gegenläufig drehenden Trägheit, die mit dem Motor verbunden ist, reduziert oder beseitigt aufgrund von Schwingungsänderungen der Drehgeschwindigkeit (Beschleunigung/Verzögerung) der Motor- und Getriebekomponenten eine auf die Halterungen oder Verbindungen des feststehenden Motor/Antriebstrangs mit der umgebenden Struktur übertragene Netto-Drehmomentreaktion, beispielsweise ein Fahrzeugfahrwerk. Bei Brennkraftmaschinenanwendungen führt jedes Zylinderzünden zu einer kleinen Beschleunigung der Kurbelwelle und einer damit verbundenen Drehmomentreaktion, die ansonsten auf die Halterungen des Motor-/Antriebstrangs übertragen würden, wenn sie nicht erfindungsgemäß durch eine entsprechende Beschleunigung in der gegenläufig drehenden Trägheit und der damit verbundenen Drehmomentreaktion ausgeglichen würden.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm in Seitenansicht, welches einen quer eingebauten Motor-/Antriebstrang für ein in Draufsicht in 2 gezeigtes Vorderradantriebfahrzeug zeigt. In dieser Ausführung ist das Zahnrad 220 konzentrisch an der Kurbelwellenachse 215 angebracht, wobei seine Zähne mit dem Scherenrad 210 greifen, das konzentrisch an der Mittelachse des Drehmomentwandlers 30 angebracht ist. Das Zahnrad 220 und das Scherenrad 210 greifen so ineinander ein, dass sie immer in die entgegengesetzte Richtung zueinander drehen. Wie in 3 gezeigt wird, dreht das an der Kurbelwelle angebrachte Zahnrad 220 gegen den Uhrzeigersinn um die Kurbelwellenachse 215 in gleicher Richtung wie die Kurbelwelle. Das Scherenrad 210 ist so ausgelegt, dass es in eine Richtung entgegengesetzt zu der des Zahnrads 220 dreht. Daher dreht das Scherenrad 210 im Uhrzeigersinn, wie in 3 gezeigt ist. Da das Scherenrad 210 an dem Drehmomentwandler 30 angebracht ist, dreht der Drehmomentwandler 30 ebenfalls in gleicher Richtung wie das Scherenrad 210. Dadurch lässt der kämmende Eingriff des Zahnrads 220 und des Scherenrads 210 den Drehmomentwandler 30 im Uhrzeigersinn drehen, wenn die Kurbelwelle gegen den Uhrzeigersinn dreht. Mit dieser Umkehrung der Drehrichtung wirken die Drehbeschleunigungen der Trägheit des Drehmomentwandlers 30 und der zugehörigen Getriebekomponenten in gegenläufige Richtung zu den Drehbeschleunigungen der Trägheit der Kurbelwelle 16 und der zugehörigen Motorkomponenten. Die Drehbeschleunigung des Drehmomentwandlers 30, die in eine Gegenrichtung zur Kurbelwelle 16 wirkt, reduziert oder beseitigt die sich ergebende Nettodrehmomentreaktion an dem feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau und verbessert somit die Leistung bezüglich Geräuschbildung, Schwingung und Rauheit (NVH).
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm in Draufsicht, das eine andere erfindungsgemäße Ausführung für einen längs eingebauten Motor-/Antriebstrang zeigt, wie er beispielsweise in einem typischen Hinterradfahrzeug verwendet wird. In dieser Ausführung umfasst der Fahrzeugmotor/Motor 250 eine Kurbelwelle oder Ausgangswelle, welche über eine Vorrichtung 255 mit einem Drehmomentwandler 260 eines Getriebes 265 gekuppelt ist, wobei die Ausgangswelle 270 abhängig von der jeweiligen Anwendung mit einer (nicht dargestellten) Fahrzeugantriebswelle oder anderen Maschinen verbunden ist. Drehmoment von dem Fahrzeugmotor/Motor 250 wird von der Kurbelwelle 254 durch die Kupplungsvorrichtung 255 zu dem Drehmomentwandler 260 getragen. Die Kupplungsvorrichtung 255 kehrt die Drehrichtung des Drehmomentwandlers 260 im Verhältnis zur Kurbelwelle oder der Fahrzeugmotor-/Motorausgangswelle 254 um, so dass eine oder mehrere Komponenten des Getriebes 265, beispielsweise der Drehmomentwandler 260, eine gegenläufig drehende Trägheit erzeugen, um jede Nettodrehmomentreaktion zu reduzieren oder zu beseitigen, die mit der Drehträgheit verschiedener Komponenten des Fahrzeugmotors/Motors 250 an oder durch den feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau verbunden ist. Die Kupplungsvorrichtung 255 kann durch eine beliebige Vorrichtung aus einer Reihe von Vorrichtungen implementiert werden, beispielsweise durch zwei oder mehr eingreifende Räder, einen Planetenradsatz oder ähnliche Vorrichtungen zur Umkehr der Drehrichtung. Die Kupplungsvorrichtung 255 kann eine oder mehrere Komponenten umfassen, um Spiel und damit einhergehendes Getriebeklappern oder -rasseln zu reduzieren oder zu beseitigen, beispielsweise ein Scherenrad. Die Drehung des Drehmomentwandlers 260 erzeugt eine wahlweise Fluidkupplung und Drehmomentmultiplikation, so dass Kraft vom Drehmomentwandler 260 durch das Getriebe 265 auf die Getriebeausgangswelle 270 übertragen wird.
  • Zusätzlich zur Umkehrung der Drehrichtung der verschiedenen Getriebekomponenten im Verhältnis zu den sich drehenden Motorkomponenten kann die Kupplungsvorrichtung 255 auch ein gewähltes oder wählbares Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Ausgangswelle/Kurbelwelle 254 des Motors/Fahrzeugmotors und einer Eingangswelle oder einem Drehmomentwandler 260 eines Getriebes vorsehen, um im Wesentlichen die wirksamen Größen der Drehträgheit der sich drehenden Antriebstrang- und Motorkomponenten anzupassen. Bei Anwendungen, die eine Vorrichtung 255 mit einem wählbaren Geschwindigkeitsdifferential nutzen, kann ein entsprechender mechanischer, elektrischer oder auf Mikroprozessor beruhender Aktor/Steuergerät vorgesehen werden, um eines der verfügbaren Eingangs-/Ausgangsverhältnisse beruhend zum Beispiel auf einem Betriebsmodus oder vorliegenden Betriebsbedingungen zu wählen. Abhängig von der Masse und Geometrie der Komponenten kann die Kupplungsvorrichtung 255 die Drehgeschwindigkeit einer oder mehrerer Antriebstrangkomponenten im Verhältnis zu einer oder mehreren Motorkomponenten anheben oder senken. In einer Ausführung reduziert die Kupplungsvorrichtung 255 die Drehgeschwindigkeit des Drehmomentwandlers 260 im Verhältnis zur Kurbelwelle 254, um die wirksamen Drehträgheitsgrößen besser anzupassen. Die tatsächliche Eingangs-/Ausgangsgeschwindigkeit der Kupplungsvorrichtung 255 hängt aber von verschiedenen anwendungs- und implementierungsspezifischen Parametern ab, darunter zum Beispiel Geometrie von Motor- und Antriebstrangkomponenten, relative Masse der Komponenten und relative Position der sich drehenden Komponenten.
  • Ein Querschnitt einer Ausführung einer Vorrichtung für das Kuppeln einer Antriebsmaschine mit einem Antriebstrang in einem erfindungsgemäßen System oder Verfahren für das Steuern von Trägheitsmomentreaktion eines Motor-/Antriebstrangs wird in 5 gezeigt. In dieser Ausführung umfasst die Kupplungsvorrichtung einen Planetenradsatz zum Umkehren der Drehrichtung und zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsdifferentials für einen Drehmomentwandler des Getriebes/der Getriebe-Differentialeinheit im Verhältnis zu einer Motorkurbelwelle. Eine geeignete Auslegung des Planetenradsatzes erzeugt ein erwünschtes Geschwindigkeitsdifferential, um die wirksamen Größen der Drehträgheit der Motor- und der Antriebstrangkomponenten wie hier beschrieben im Wesentlichen anzupassen.
  • Wie in 5 gezeigt, wird eine Motorabtriebswelle bzw. Kurbelwelle 254 an dem Sonnenrad 320 unter Verwendung mehrerer Befestigungselemente 460 befestigt. Mehrere Befestigungselemente 410 befestigen den Planetenträger 330 an einem festen, nicht drehenden Teil von Motor 110 (nicht dargestellt), zum Beispiel dem Motorblock. An dem Hohlrad 350 ist eine Flexplatte 310 mit Hilfe mehrerer Befestigungselemente 450 angebracht. Der Drehmomentwandler 260 ist an der Flexplatte 310 mit Hilfe mehrerer Befestigungselemente 440 angebracht. Mehrere Planetenräder 340 greifen ständig mit dem Hohlrad 350 und dem Sonnenrad 320. Mehrere Nadellager 370 lagern jedes Planetenrad 340. Die Planetenräder 340 und die lagernden Nadellager 370 sind in dem Planetenträger 330 positioniert. Die Nadellager 375 lagern das Hohlrad 350 in der Kurbelwelle 254, so dass eine relative Drehbewegung zwischen dem Hohlrad 350 und der Kurbelwelle 254 zugelassen wird. Das Führungslager 380 und die Führungsbuchse 390 steuern die axiale Position des Hohlrads 350 zwischen dem hinteren Dichtungsträger 430 und dem Planetenträger 330. Ein Ölkanal 360 liefert Öl von dem hinteren Kurbelwellen-Hauptlager des Motors 110, um den Planetenradsatz zu schmieren. Die Ölstrecke 400 lässt Öl aus den Komponenten des Planetenradsatzes ablaufen und zum Motorölsumpf zurückkehren. Die Öldichtung 420 verhindert Ölverlust.
  • Bei Betrieb dreht die Kurbelwelle 254 in einer ersten Richtung, die im Allgemeinen durch Pfeile 480 angezeigt wird. (Pfeile 480 und 490 zeigen die Drehrichtung durch Verwendung der Rechte-Hand-Regel, wobei die Drehrichtung durch Zeigen des Daumens der rechten Hand in Richtung des geraden Pfeils und Schließen der Hand zur Faust, so dass die Bewegung der Finger die Drehrichtung zeigt, gezeigt wird.) Da das Sonnenrad 320 an der Kurbelwelle 254 mit Hilfe mehrerer Befestigungselemente 460 angebracht ist, dreht das Sonnenrad 320 in gleicher Richtung wie die Kurbelwelle 254. Der Planetenträger 330 wird durch mehrere Befestigungselemente 410, die ihn an einem festen, nicht drehenden Teil des Motors 110 anbringen, ortsfest gehalten. Die Planetenräder 340 greifen mit dem Sonnenrad 320 und drehen in eine Richtung, entgegengesetzt zu der des Sonnenrads 320 um ihre Achsen. Daher ist die Drehrichtung der Planetenräder 340, wie allgemein durch den Pfeil 490 gezeigt, entgegengesetzt zu der der Kurbelwelle 254. Die Planetenräder 340 sind ebenfalls in Eingriff mit dem Hohlrad 350. Die Drehung der Planetenräder 340 zwingt das Hohlrad 350 in gleicher Richtung entgegengesetzt zur Kurbelwelle zu drehen. Das Hohlrad 350 ist mit der Flexplatte 310 unter Verwendung von mehreren Befestigungselementen 450 verbunden. Daher dreht die Flexplatte 310 auch in der gleichen Richtung wie das Hohlrad 350. Die Flexplatte 310 ist mit dem Drehmomentwandler 260 mit Hilfe mehrerer Befestigungselemente 440 verbunden, wodurch der Drehmomentwandler 260 gezwungen wird, ebenfalls in gleicher Richtung zu drehen. Dadurch dreht der Drehmomentwandlers 260 in eine Gegenrichtung zur Kurbelwelle 254. Die Drehträgheit des Drehmomentwandlers 260, der sich in eine Richtung entgegengesetzt zu der der Kurbelwelle 254 bewegt, reduziert oder beseitigt die sich ergebende Drehmomentreaktion, die durch eine Beschleunigung der Drehträgheit der Kurbelwelle 254 am feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau induziert wird, und verbessert somit die Leistung bezüglich Geräuschbildung, Schwingung und Rauheit (NVH).
  • Ein Blockdiagramm, welches ein System und Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion nach einer erfindungsgemäßen Ausführung bei einem Hybrid-Motor-/Antriebstrang zeigt, wird in 6 dargestellt. Der Hybrid-Motor-/Antriebstrang 500 umfasst eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 502 mit einer Abtriebswelle oder Kurbelwelle 504, die mit einem Antriebstrang 506 gekuppelt ist. Eine Freilaufkupplung 560 verhindert, dass sich die Drehrichtung der Kurbelwelle/Abtriebswelle 540 umkehrt. Während ausgewählter Betriebsmodi des Hybridsystems kehrt die Vorrichtung 508, wenn der Motor 502 zum Antreiben des Generators 510 läuft, die Drehrichtung um und erzeugt ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Abtriebswelle 504 und dem Generator 510, welcher einer der wesentlicheren Verursacher der Drehträgheit des Antriebstrangs 506 ist. Daher reduziert oder beseitigt die Gegendrehung des Generators 510 im Verhältnis zur Kurbelwelle 504 jede damit verbundene Nettodrehmomentreaktion am feststehenden Motor-/Antriebstrangaufbau, wie hier beschrieben wurde. In der in 6 gezeigten repräsentativen Ausführung wird die Vorrichtung 508 durch einen Planetenradsatz implementiert, wobei eine Motorkurbelwelle 504 das Hohlrad 520 antreibt. Das Sonnenrad 522 steht in ständigem kämmenden Eingriff mit mehreren Planetenrädern 524, die von einem Träger 526 getragen werden. Die Planetenräder 524 stehen auch mit dem Hohlrad 520 in kämmendem Eingriff.
  • Der Träger 526 der Vorrichtung 508 ist über den kämmenden Eingriff der Räder 530, 532 und 534 mit der Motorwelle 536 eines Elektromotors 539 gekuppelt. Das Zahnrad 532 ist mit der Zwischenwelle 540 gekuppelt, welche wiederum mit dem Zahnrad 542 gekuppelt ist, das sich in kämmendem Eingriff mit dem Abtriebsrad 544 befindet, das mit der Ausgangswelle 546 gekuppelt ist. Eine Batterie 550 oder eine andere Energiespeichervorrichtung ist über eine elektrische Verbindung 552 mit dem Motor 538 und dem Generator 510 gekuppelt.
  • Nach der vorliegenden Erfindung umfasst der Hybrid-Motor-/Antriebstrang 500 eine oder mehrere Betriebsarten, wobei eine oder mehrere Trägheitskomponenten des Motors 502 und des Motor-/Antriebstrangs 506 gegenläufig drehen, um eine entgegengesetzt drehende Trägheit zu erzeugen, um ein mit Beschleunigung/Verzögerung sich drehender Komponenten verbundenes Reaktionsmoment zu reduzieren oder zu beseitigen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, so dass die Drehgeschwindigkeit des Planetenträgers 526 wesentlich geringer als die der Kurbelwelle 504 ist, werden das Sonnenrad 522 und der Generator 510 gezwungen, in die Richtung entgegengesetzt zu der der Kurbelwelle zu drehen. Abhängig von der wirksamen Größe der Drehträgheiten der Motorkomponenten und der Antriebstrangkomponenten kann die vorliegende Erfindung auch ein vorbestimmtes oder wählbares Geschwindigkeitsdifferential erzeugen, um die wirksame Größe der Trägheiten wie vorstehend beschrieben im Wesentlichen anzupassen.
  • Zwar wurde eingehend die beste Art der Ausführung der Erfindung beschrieben, doch der mit dem diese Erfindung betreffenden Gebiet vertraute Fachmann wird verschiedene alternative Entwicklungen und Ausführungen für das Ausüben der in den folgenden Patentansprüchen definierten Erfindung erkennen.

Claims (26)

  1. Verfahren für das Steuern einer Trägheitsmomentreaktion in einem Fahrzeug mit einem Motor und einem Antriebstrang, wobei das Verfahren umfasst: Betreiben des Antriebstrangs, um die Trägheit in eine Richtung entgegengesetzt zu der durch den Motorbetrieb erzeugten Drehträgheit zu drehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor eine Kurbelwelle umfasst und der Antriebstrang ein Getriebe umfasst, welches mindestens eine Trägheitskomponente aufweist, die eines von Drehmomentwandler und Schwungscheibe einschließt, und dass der Schritt des Betreibens des Antriebstrangs das Drehen der mindestens einen Trägheitskomponente in eine Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung der Kurbelwelle umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Kuppeln des Antriebstrangs mit der Motor unter Verwendung einer Vorrichtung zur Umkehrung der Drehrichtung eines Antriebstrang-Drehmomentwandlers im Verhältnis zu einer Motorkurbelwelle umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kuppelns das Kuppeln des Drehmomentwandlers und der Kurbelwelle unter Verwendung eines Planetenradsatzes umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kuppelns das Verbinden des Drehmomentwandlers mit der Kurbelwelle unter Verwendung mehrerer Zahnräder umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Zahnräder ein Scherenrad umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Betreiben des Antriebstrangs zum Erzeugen einer Drehträgheit mit einer Größe im Wesentlichen gleich der Drehträgheit des Motors umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Betreiben mindestens einer Antriebstrangkomponente bei einem Geschwindigkeitsdifferential im Verhältnis zur Motordrehzahl umfasst, wobei das Geschwindigkeitsdifferential auf der Größe der Drehträgheit des Motors im Verhältnis zur Größe der Drehträgheit des Antriebstrangs beruht.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Betreibens des Antriebstrangs das Reduzieren der Geschwindigkeit eines Getriebe-Drehmomentwandlers im Verhältnis zu einer Motorkurbelwelle umfasst.
  10. Verfahren für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion in einem Motor-/Antriebstrang mit einem Antriebsmotor und einem Antriebstrang, wobei das Verfahren das Kuppeln des Antriebsmotors mit dem Antriebstrang unter Verwenden einer Vorrichtung umfasst, die die Drehrichtung einer Trägheitskomponente des Antriebstrangs im Verhältnis zur Drehrichtung einer Abtriebskomponente des Antriebsmotors umkehrt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin das Betreiben der Trägheitskomponente des Antriebstrangs bei einem Geschwindigkeitsdifferential im Verhältnis zu der Abtriebskomponente des Antriebsmotors umfasst, wobei das Geschwindigkeitsdifferential auf der mit den gewählten Komponenten des Antriebsmotors verbundenen Drehträgheit im Verhältnis zu der mit den gewählten Komponenten des Antriebstrangs verbundenen Drehträgheit beruht.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kuppelns das Kuppeln eines Drehmomentwandlers des Antriebstrangs mit einer Kurbelwelle des Antriebsmotors unter Verwendung eines Planetenradsatzes umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kuppelns das Kuppeln eines Drehmomentwandlers des Antriebstrangs mit einer Kurbelwelle des Antriebsmotors unter Verwendung eines ersten an der Kurbelwelle befestigten Zahnrads, das in kämmendem Eingriff mit einem zweiten an dem Drehmomentwandler befestigten Zahnrad steht, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kuppelns das Kuppeln eines Generators des Antriebstrangs mit einer Kurbelwelle des Antriebsmotors unter Verwendung eines Planetenradsatzes umfasst.
  15. System für das Steuern der Trägheitsmomentreaktion in einem Fahrzeug mit einem Motor-/Antriebstrang mit einem Antriebsmotor und einem Antriebstrang, wobei das System eine Vorrichtung für das so geartete Kuppeln des Antriebsmotors mit dem Antriebstrang umfasst, dass der Antriebstrang ein Drehträgheitsreaktionsmoment in eine Richtung entgegengesetzt zu dem vom Antriebsmotor erzeugten Drehträgheitsreaktionsmoment erzeugt.
  16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst: ein erstes Zahnrad, das zur Drehung mit einer Abtriebskomponente des Antriebsmotors befestigt ist, und ein zweites Zahnrad, das in kämmendem Eingriff mit dem ersten Zahnrad steht und zur Drehung mit einer Antriebskomponente des Antriebstrangs befestigt ist, so dass die Antriebskomponente des Antriebstrangs in eine entgegengesetzte Richtung im Verhältnis zur Drehung der Abtriebskomponente des Antriebsmotors dreht.
  17. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Planetenradsatz umfasst.
  18. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Drehgeschwindigkeit einer Abtriebskomponente des Antriebsmotors und einer Antriebskomponente des Antriebstrangs erzeugt.
  19. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor eine Kurbelwelle umfasst, der Antriebstrang ein Getriebe mit einem Drehmomentwandler umfasst und dass die Vorrichtung einen die Kurbelwelle mit dem Drehmomentwandler kuppelnden Zahnradsatz umfasst.
  20. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor eine Kurbelwelle umfasst, der Antriebstrang ein Getriebe mit einem Drehmomentwandler umfasst und dass die Vorrichtung die Drehrichtung des Drehmomentwandlers im Verhältnis zur Drehrichtung der Kurbelwelle umkehrt.
  21. System für das Reduzieren von mit dem Betrieb eines Fahrzeugs verbundener Schwingung, wobei das System umfasst: einen Antriebsmotor mit einer Abtriebskomponente, die während des Betriebs dreht; ein Getriebe mit einer Antriebskomponente; und eine Vorrichtung für das Kuppeln der Abtriebskomponente des Antriebsmotors mit der Antriebskomponente des Getriebes, so dass die Antriebskomponente in eine Richtung entgegengesetzt zur der der Abtriebskomponente des Antriebsmotors dreht.
  22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Räder umfasst.
  23. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein quer in das Fahrzeug eingebautes Automatikgetriebe umfasst und dass die Antriebskomponente einen Drehmomentwandler umfasst.
  24. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein längs in das Fahrzeug eingebautes Automatikgetriebe umfasst und dass die Antriebskomponente einen Drehmomentwandler umfasst.
  25. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Drehgeschwindigkeit der Abtriebskomponente des Antriebsmotors und der Antriebskomponente des Getriebes erzeugt.
  26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsdifferential auf der Drehträgheit des Antriebsmotors im Verhältnis zur Drehträgheit des Getriebes beruht.
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