DE102011084141A1

DE102011084141A1 - Propulsion system for motor car, has high rigidity spring element that provides torsional degree to reduce torque fluctuations in rotary movement

Info

Publication number: DE102011084141A1
Application number: DE102011084141A
Authority: DE
Inventors: Patrick Kuhl; Johann Kartal; Oliver Krieg; Carlos Ludwig
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: DE102011084141B4

Abstract

The propulsion system (20) has an axle gear box (21) that is operatively coupled with a drive shaft (23) and a driven shaft (24a) for transmitting a rotational movement. A high rigidity spring element (25) provides a torsional degree to reduce torque fluctuations in the rotary movement. The torsional rigidity of the spring element is set less than the torsional rigidity of the driven shaft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a drive system for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Bekannte Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise 4-Takt-Verbrennungsmotoren, weisen üblicherweise eine zyklische Verbrennung auf. Diese bewirkt eine ungleichförmige und teilweise stark schwankende Abgabe des von dem Motor erzeugten Drehmoments, wodurch Schwankungen des Drehmoments in einem Antriebsstrang entstehen. Diese Drehmomentschwankungen lassen sich in Drehungleichförmigkeiten und ein Ruckel-Verhalten (im Folgenden auch: „Ruckeln”) unterteilen und entstehen insbesondere aufgrund von Gas- und Massenkräften im Motor sowie in einem Zusammenspiel mit den Komponenten des Antriebsstrangs. Hierdurch werden spürbare Vibrationen und akustische Effekte verursacht, welche von einem Fahrer des Fahrzeugs als störend wahrgenommen werden. Darüber hinaus ergeben sich aufgrund der Drehmomentschwankungen festigkeitsrelevante Schwierigkeiten in dem mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Antriebsstrang aufgrund wechselnder Belastungen und resultierender Belastungsspitzen.Known internal combustion engines, such as 4-stroke internal combustion engines, usually have a cyclic combustion. This causes a non-uniform and sometimes highly fluctuating output of the torque generated by the engine, whereby fluctuations of the torque in a drive train arise. These torque fluctuations can be subdivided into rotational nonuniformities and a jerky behavior (hereinafter also referred to as "bucking") and arise in particular due to gas and mass forces in the engine and in interaction with the components of the drive train. As a result, noticeable vibrations and acoustic effects are caused, which are perceived by a driver of the vehicle as disturbing. In addition, due to the torque fluctuations arise strength-related difficulties in the associated with the internal combustion engine drive train due to changing loads and resulting load peaks.

Es ist daher bekannt, Systeme zur Reduzierung der Drehungleichförmigkeiten in räumlicher Nähe zu dem Verbrennungsmotor bzw. zwischen dem Verbrennungsmotor und einem nachfolgend angeordneten Fahrzeuggetriebe vorzusehen, um insbesondere die Drehungleichförmigkeiten und die damit verbundenen, voranstehend beschriebenen Effekte möglichst frühzeitig zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist insbesondere das Zwei-Massen-Schwungrad (ZMS) bekannt. Daneben sind weitere physikalische Wirkungen bekannt, mit welchen die Drehungleichförmigkeiten reduziert werden können. Hierzu zählt die Nutzung großer Drehträgheiten, die beispielsweise bei einem Einsatz eines Ein-Massen-Schwungrades genutzt werden. Darüber hinaus ist die Kompensation mittels eines Gegenmoments, beispielsweise bei einem Kurbelwellen-Starter-Generator, der Einsatz eines Tilgers sowie eines Schlupfes, beispielsweise bei einer Kupplung, bekannt. Auch Kombinationen verschiedener Wirkprinzipien finden momentan in Kraftfahrzeugen Anwendung. Die beschriebene Positionierung bietet zusätzlich den Nachteil, dass eine Abstimmung des Systems erschwert ist. Es müssen an dieser Position zusätzliche Randeffekte aufgrund eines Motorstarts, eines Kuppel- oder Schaltvorgangs berücksichtigt und abgestimmt werden. Auch führt eine Anordnung vor dem Getriebe dazu, dass die anliegende Drehzahl nicht durch die Getriebeübersetzung variierbar sondern synchron mit dem Motor ist.It is therefore known to provide systems for reducing the rotational irregularities in spatial proximity to the internal combustion engine or between the internal combustion engine and a subsequently arranged vehicle transmission in order to reduce in particular the rotational irregularities and the associated effects described above as early as possible. For this purpose, in particular the two-mass flywheel (DMF) is known. In addition, other physical effects are known with which the rotational irregularities can be reduced. This includes the use of large rotational inertia, which are used, for example, when using a single-mass flywheel. In addition, the compensation by means of a counter-torque, for example in a crankshaft starter generator, the use of a damper and a slip, for example in a clutch known. Combinations of different principles of action are currently used in motor vehicles. The positioning described additionally has the disadvantage that a tuning of the system is difficult. Additional edge effects due to an engine start, a clutch or shift must be taken into account and coordinated at this position. Also, an arrangement in front of the transmission means that the applied speed is not variable by the gear ratio but is synchronous with the engine.

Aufgrund steigender Anforderungen zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes von Verbrennungsmotoren werden Motoren mit geringeren Betriebsdrehzahlen (bekannt als sogenanntes „Downspeeding”), kleinerem Hubraum und geringerer Zylinderanzahl in Verbindung mit einer Aufladung („Downsizing”) entwickelt. Diese Maßnahmen wirken sich ebenfalls auf die wirkenden Motorkräfte aus und verursachen zusätzlich stark ansteigende Drehmomentschwankungen, insbesondere in Form der Drehungleichförmigkeiten, im Vergleich zu den bisher eingesetzten Verbrennungsmotoren, welche eine Zylinderanzahl von vier, sechs oder mehr Zylindern sowie große Hubräume und hohe Drehzahlen aufweisen.Due to increasing requirements for reducing the CO ₂ emission of internal combustion engines, engines with lower operating speeds (known as "downspeeding"), smaller displacement and lower number of cylinders are being developed in conjunction with a downsizing. These measures also have an effect on the effective engine forces and additionally cause sharply increasing torque fluctuations, in particular in the form of rotational irregularities, in comparison with the previously used internal combustion engines, which have a number of cylinders of four, six or more cylinders and large displacement and high speeds.

Es besteht daher die Schwierigkeit diese verstärkten Drehmomentschwankungen wirkungsvoll auf ein für den Fahrer komfortables Maß zu reduzieren. Die voranstehend beschriebenen Systeme sind hierzu jedoch nicht geeignet, da insbesondere im Bereich von auftretenden systemspezifischen Eigenfrequenzen besonders hohe Drehmomentschwankungen auftreten, die beispielsweise von einem üblichen Zwei-Massen-Schwungrad nicht kompensiert werden können und folglich als unkomfortable Schwingungen für den Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen störend spür- und hörbar sind.There is therefore the difficulty of effectively reducing these amplified torque fluctuations to a level comfortable for the driver. However, the systems described above are not suitable for this purpose, since especially in the range of inherent system specific natural frequencies particularly high torque fluctuations occur, which can not be compensated for example by a conventional two-mass flywheel and thus disturbing as uncomfortable vibrations for the driver or vehicle occupants are noticeable and audible.

Insbesondere treten die Drehmomentschwankungen in Form der Drehungleichförmigkeiten in einem Frequenzband von 20 bis 30 Hz sowie als „Ruckeln” im Bereich unter 10 Hz aufgrund von Eigenfrequenzen mit besonders starker und somit als besonders störend wahrnehmbarer Amplitude hervor. Als Ursache für die Drehungleichförmigkeiten im Bereich von 20 Hz und 30 Hz werden unter Anderem Antriebsstrang-spezifische Eigenfrequenzen, insbesondere Eigenfrequenzen der Abtriebswellen angesehen.In particular, the torque fluctuations in the form of rotational irregularities occur in a frequency band of 20 to 30 Hz and as "bucking" in the range below 10 Hz due to natural frequencies with particularly strong and thus perceived as particularly disturbing amplitude. As a cause for the rotational irregularities in the range of 20 Hz and 30 Hz, among other powertrain-specific natural frequencies, in particular natural frequencies of the output shafts are considered.

Üblicherweise werden daher vergleichsweise weiche Abtriebswellen verwendet, die eine gewisse Dämpfungswirkung aufgrund einer bewusst zulässigen Torsionsbewegung bereitstellen und die auftretenden Drehungleichförmigkeiten reduzieren. Typische Steifigkeitswerte weicher Abtriebswellen betragen für Personenkraftwagen je nach Leistungsklasse ca. 100 bis 150 Nm/°. Dies bedeutet, dass ein Drehmoment von 100 Nm bis 150 Nm eine Verdrehung bzw. Verdrillung um 1° um die Längsachse der Abtriebswelle bewirkt. Es wird somit mit Hilfe der bekannten weichen Abtriebswellen ein Torsionsfreiheitsgrad bereitgestellt, der eine Dämpfung besonders der Drehungleichförmigkeiten bereitstellt.Usually comparatively soft output shafts are therefore used which provide a certain damping effect due to a deliberately permissible torsional movement and reduce the rotational irregularities occurring. Depending on the power class, typical stiffness values of soft output shafts amount to approx. 100 to 150 Nm / ° for passenger cars. This means that a torque of 100 Nm to 150 Nm causes a twist or twist by 1 ° about the longitudinal axis of the output shaft. Thus, with the aid of the known soft output shafts, a degree of torsional freedom is provided which provides damping particularly of the rotational irregularities.

Nachteilig wirkt sich hierbei jedoch aus, dass das durch ruckartige Belastungen des Antriebssystems verursachte „Ruckeln” aufgrund der weichen Wellen nur langsam abklingt und somit ebenfalls zu deutlich spürbaren Vibrationen führt. Eine höhere Steifigkeit der Abtriebswellen wird dennoch bewusst vermieden, da diese zwar einerseits eine Verbesserung des Ruckelverhaltens und ein schnelleres Abklingen bewirken würden, andererseits jedoch den Torsionsfreiheitsgrad der weichen Abtriebswellen derart einschränken würde, dass im Gegenzug dazu die Drehungleichförmigkeiten verstärkt hervortreten würden.The disadvantage here, however, is that the "jerking" caused by jerky loads on the drive system only fades away slowly due to the soft waves and thus also leads to clearly noticeable vibrations. A higher stiffness of the output shafts is still deliberately avoided, since these would cause an improvement in jerky behavior and a faster decay, on the one hand, but would limit the Torsionsfreiheitsgrad the soft output shafts so that in turn would increase the rotational irregularities emerge.

Dies führt bisher zu einem notwendigen Kompromiss bei der Auslegung der Steifigkeiten der Abtriebswellen zwischen einem schnell abklingenden Ruckeln mittels relativ steifer Abtriebswellen und einer wünschenswerten Dämpfung der Drehmomentschwankungen bzw. der Drehungleichförmigkeiten mittels weicher Abtriebswellen.So far, this leads to a necessary compromise in the design of the stiffnesses of the output shafts between a rapidly decaying jerking by means of relatively stiff output shafts and a desirable damping of torque fluctuations or rotational irregularities by means of soft output shafts.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteile zu kompensieren bzw. mindestens zu reduzieren und insbesondere auftretende Drehungleichförmigkeiten und gleichzeitig ein Ruckeln im Bereich auftretender Eigenfrequenzen zu reduzieren.It is therefore an object of the present invention to compensate for the disadvantages mentioned or at least reduce and in particular occurring rotational irregularities and at the same time to reduce jerking in the range occurring natural frequencies.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with a drive system for a motor vehicle according to claim 1. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

Demnach wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit

– einer antreibbaren Antriebswelle
– einem mit der Antriebswelle wirkgekoppelten Achsgetriebe und
– mindestens einer mit dem Achsgetriebe wirkgekoppelten Abtriebswelle

zum Übertragen einer Drehbewegung mittels des Achsgetriebes von der Antriebswelle auf die mindestens eine Abtriebswelle. Die mindestens eine Abtriebswelle ist hochsteif ausgebildet und das Antriebssystem umfasst ein Federelement, welches dazu ausgestaltet ist, einen definierten Torsionsfreiheitsgrad in dem Antriebssystem bereitzustellen zum Reduzieren von Drehmomentschwankungen der Drehbewegung.Accordingly, a drive system for a motor vehicle is provided with

- A drivable drive shaft
- Actuated with the drive shaft axle and
- At least one operatively coupled to the axle drive output shaft

for transmitting a rotational movement by means of the axle drive from the drive shaft to the at least one output shaft. The at least one output shaft is highly rigid and the drive system comprises a spring element which is designed to provide a defined degree of torsional freedom in the drive system for reducing torque fluctuations of the rotary movement.

Das Antriebsystem umfasst also einen Antriebsstrang, der im Wesentlichen einem bekannten Antriebsstrang mit einer Antriebswelle und einer mittels des Achsgetriebes verbundenen Abtriebswelle entspricht. Selbstverständlich können über das Achsgetriebe mehr als eine Abtriebswelle, insbesondere zwei Abtriebswellen, vorgesehen sein, welche jeweils ein Rad des Fahrzeugs antreiben. Auf die bekannte Funktionsweise wird daher nicht weiter eingegangen.The drive system thus comprises a drive train which essentially corresponds to a known drive train with a drive shaft and an output shaft connected by means of the axle drive. Of course, more than one output shaft, in particular two output shafts, may be provided via the axle drive, which each drive a wheel of the vehicle. On the known operation is therefore not discussed further.

Entgegen der vorherrschenden Meinung wird im Gegensatz zu bekannten Antriebssystemen für das beschriebene Antriebssystem eine oder mehrere hochsteife Abtriebswellen vorgesehen.Contrary to the prevailing opinion, in contrast to known drive systems for the described drive system, one or more highly rigid output shafts are provided.

Als hochsteife Abtriebswellen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Abtriebswellen verstanden, welche eine Steifigkeit aufweisen, die über den Steifigkeitswerten üblicherweise eingesetzter weicher Abtriebswellen für die jeweiligen Kraftfahrzeuge liegen. Die hochsteifen Abtriebswellen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie im Rahmen der für den Betrieb des jeweiligen Fahrzeugs vorgesehenen Belastungen, also in einem regulären Betrieb, keinen bzw. lediglich einen vernachlässigbaren Torsionsfreiheitsgrad bereitstellen und somit lediglich in vernachlässigbarem Umfang verdrillt bzw. tordiert werden. Dies ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Reduktion des Ruckelverhaltens, da die hochsteifen Abtriebswellen aufgrund ihrer erhöhten Steifigkeit lediglich in geringerem Maße tordiert werden und außerdem eine Anregung einer Torsionsschwingung schnell abklingt.For the purposes of the present invention, highly rigid output shafts are understood to mean output shafts which have a rigidity which lies above the stiffness values of customarily used soft output shafts for the respective motor vehicles. The highly rigid output shafts are characterized in particular by the fact that they provide no or only a negligible Torsionsfreiheitsgrad within the limits provided for the operation of the respective vehicle loads, ie in a regular operation and thus only twisted or twisted to a negligible extent. This allows a particularly effective reduction of the jerky behavior, since the highly rigid output shafts are only twisted to a lesser extent due to their increased rigidity and, moreover, an excitation of a torsional vibration quickly fades away.

Mit anderen Worten kann mit Hilfe der hochsteifen Abtriebswellen ein Nachschwingen der Abtriebswellen nach Anregung durch einen das Ruckeln auslösenden Impuls besonders schnell abklingen, so dass dieses für den Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen kaum wahrnehmbar wird.In other words, with the help of the highly rigid output shafts, a ringing of the output shafts after excitation by a jolting pulse trigger decay very quickly, so that this is barely perceptible to the driver or vehicle occupants.

Um einen hiermit einhergehenden extremen Anstieg der Drehungleichförmigkeiten zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgesehen, den definierten Torsionsfreiheitsgrad mittels des Federelements bereitzustellen. Das Federelement ist derart ausgestaltet, dass dieses verdrehbar in dem Antriebsstrang angeordnet ist. Es wird also ein undefinierter Torsionsfreiheitsgrad aus den weichen Abtriebswellen mittels der hochsteifen Abtriebswellen entfernt und zentral an einer vorgesehenen Stelle in definiertem Maße und in definierter und ggf. regelbarer Wirkungsweise positioniert mit der hieraus vorteilhaften Wirkung auf das gesamte Antriebssystem.In order to prevent a concomitant extreme increase in rotational irregularities, the invention provides for providing the defined degree of torsional freedom by means of the spring element. The spring element is designed such that it is rotatably arranged in the drive train. Thus, an undefined degree of torsional freedom is removed from the soft output shafts by means of the highly rigid output shafts and positioned centrally at a designated position in a defined extent and in a defined and possibly controllable mode of action with the advantageous effect on the entire drive system.

Dies ermöglicht eine gezielte, örtlich bestimmbare Anordnung sowie eine leichte und kontrollierte Beeinflussung bzw. Einstellbarkeit des Torsionsfreiheitsgrades und somit der Torsionssteifigkeit.This allows a targeted, locally determinable arrangement and an easy and controlled influencing or adjustability of Torsionsfreiheitsgrades and thus the torsional rigidity.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist also eine Reduktion einer Drehmomentschwankung derart zu verstehen, dass insbesondere im Bereich von bisher auftretenden störenden Eigenfrequenzen eine Reduzierung von Schwingungsamplituden erzielt wird. Auf diese Weise lassen sich einzelne, besonders stark hervortretende Schwingungsamplituden bzw. Schwingungsspitzen, kompensieren, so dass zumindest in bestimmten Frequenzbereichen eine Reduktion bewirkt wird. Dieser bereichsweisen reduzierenden Wirkung kann gegebenenfalls eine breitbandige Anhebung von Schwingungsamplituden in einem anderen, im Vergleich zu den Eigenfrequenzbereichen relativ breiten Frequenzbereich gegenüberstehen. Da jedoch eine derartige breitbandige Anhebung in einem relativ breiten Frequenzspektrums von einem Fahrzeuginsassen weit weniger störend wahrgenommen wird als eine Erhöhung einzelner bestimmter Frequenzen, soll diese Wirkung nicht im Widerspruch zu der erfindungsgemäßen Reduzierung von Drehmomentschwankungen insbesondere im Bereich der Eigenfrequenzen stehen. Auf diese Weise kann ein Reduzieren von Drehungleichförmigkeiten bei gleichzeitigem Reduzieren eines Ruckelverhaltens des Antriebssystems erzielt werden, so dass sich mittels der erfindungsgemäßen Kombination der hochsteifen Abtriebswellen mit dem gleichzeitig vorgesehenen Federelement die voranstehend beschriebene Kompromissfindung erübrigt.In the context of the present invention, therefore, a reduction in a torque fluctuation is to be understood in such a way that a reduction in oscillation amplitudes is achieved, in particular in the region of interfering natural frequencies which have hitherto occurred. In this way, individual, particularly pronounced oscillation amplitudes or oscillation peaks can be compensated so that a reduction is effected at least in certain frequency ranges. This area-wise reducing effect may optionally be a broadband increase of vibration amplitudes in another, relatively wide compared to the natural frequency ranges frequency range. However, since such a broadband increase in a relatively wide frequency spectrum of a vehicle occupant is perceived much less disturbing than an increase of individual specific frequencies, this effect should not be in contradiction to the inventive reduction of torque fluctuations, especially in the range of natural frequencies. In this way, a reduction of rotational irregularities can be achieved while reducing jerky behavior of the drive system, so that the above-described compromise finding is unnecessary by means of the combination according to the invention of the highly rigid output shafts with the simultaneously provided spring element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Federelement und eine Steifigkeit der hochsteifen Abtriebswelle derart aufeinander abgestimmt, dass das Federelement eine geringere effektive Torsionssteifigkeit aufweist als die hochsteife Abtriebswelle, um den definierten Torsionsfreiheitsgrad bereitzustellen.According to a further embodiment, the spring element and a stiffness of the highly rigid output shaft are matched to one another such that the spring element has a lower effective torsional rigidity than the highly rigid output shaft in order to provide the defined Torsionsfreiheitsgrad.

Unter der effektiven Torsionssteifigkeit ist eine Torsionssteifigkeit zu verstehen, die je nach Anordnung der hochsteifen Abtriebswelle zu dem Federelement ein gegebenenfalls zwischengeschaltetes Getriebe und das hiermit beinhaltete Übersetzungsverhältnis berücksichtigt. Die effektive Torsionssteifigkeit ist daher als übersetzungsbereinigte Torsionssteifigkeit zu verstehen, d. h. es wurden die Einflüsse der Getriebeübersetzung rechnerisch bereinigt bzw. entfernt. Die Berechnung der effektiven Torsionssteifigkeiten ermöglicht somit einen Vergleich der jeweiligen Steifigkeiten, als ob diese auf einer gemeinsamen Welle in Serie ohne ein zwischengeschaltetes Getriebe angeordnet wären. Dies bedeutet aber auch, dass die absoluten Steifigkeitswerte daher entsprechend abweichen und in einem anderen Verhältnis zueinander stehen können.Under the effective torsional stiffness is to understand a torsional stiffness, which takes into account depending on the arrangement of the highly rigid output shaft to the spring element an optionally interposed transmission and the transmission ratio involved hereby. The effective torsional stiffness is therefore to be understood as translation-corrected torsional rigidity, i. H. The influences of the gear ratio were mathematically corrected or removed. The calculation of the effective torsional stiffnesses thus allows a comparison of the respective stiffnesses as if they were arranged on a common shaft in series without an intermediate gearbox. However, this also means that the absolute rigidity values can therefore deviate accordingly and be in a different relationship to one another.

Vorzugsweise ist die effektive Torsionssteifigkeit des Federelements mindestens um den Faktor ½ kleiner als die effektive Torsionssteifigkeit der Abtriebswelle und/oder als eine effektive Torsionssteifigkeit weiterer Elemente des Antriebssystems, vorzugsweise um den Faktor

Preferably, the effective torsional stiffness of the spring element is at least a factor ½ smaller than the effective torsional stiffness of the output shaft and / or as an effective torsional stiffness of other elements of the drive system, preferably by the factor

Mittels einer geeigneten Abstimmung des Federelements können die Schwingungseigenschaften des beschriebenen Antriebssystems derart verändert werden, dass sich für ein globales Schwingungsspektrum des Antriebssystems ein Schwingungsknoten im Bereich des Federelements bildet. Hierzu muss die Torsionssteifigkeit des Federelements beispielsweise mindestens um den Faktor

geringer sein als eine effektive Torsionssteifigkeit der Abtriebswellen bzw. anderer schwingender Bauteile des Antriebssystems. Dieser Schwingungsknoten im Bereich des Federelements führt je nach Ausgestaltung zu einer gezielten lokalen Beruhigung des Antriebsstrangs, insbesondere wenn das Federelement speziell im Bereich von Koppelpunkten zur Abstützung gegenüber dem restlichen Fahrzeug vorgesehen ist, welche die auftretenden Schwingungen auf das restliche Fahrzeug übertragen können.By means of a suitable tuning of the spring element, the vibration characteristics of the drive system described can be changed such that forms a vibration node in the region of the spring element for a global vibration spectrum of the drive system. For this purpose, the torsional stiffness of the spring element, for example, at least by a factor

be less than an effective torsional stiffness of the output shafts or other oscillating components of the drive system. This vibration node in the region of the spring element leads depending on the configuration to a targeted local reassurance of the drive train, especially if the spring element is provided specifically in the range of crosspoints for support against the rest of the vehicle, which can transmit the vibrations occurring to the rest of the vehicle.

Außerdem kann das Federelement ein Feder-Dämpferelement zum Bereitstellen einer definierten Federwirkung und/oder einer definierten Dämpfungswirkung umfassen. Auf diese Weise kann neben der Federung eine zusätzliche Dämpfung vorgesehen werden. Beispielhafte Ausgestaltungen eines Feder-Dämpferelements werden nachfolgend genauer beschrieben.In addition, the spring element may comprise a spring-damper element for providing a defined spring action and / or a defined damping effect. In this way, an additional damping can be provided in addition to the suspension. Exemplary embodiments of a spring-damper element will be described in more detail below.

Beispielsweise kann die mindestens eine hochsteife Abtriebswelle eine Torsionssteifigkeit von mindestens 200 Nm pro Grad Verdrehwinkel (kurz: 200 Nm/°), vorzugsweise mindestens 350 Nm/°, aufweisen.For example, the at least one highly rigid output shaft can have a torsional rigidity of at least 200 Nm per degree of twist angle (in short: 200 Nm / °), preferably at least 350 Nm / °.

Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Antriebswelle und/oder die mindestens eine Abtriebswelle einen Faserverbundwerkstoff. Dies bedeutet, dass die Abtriebswelle einen definierten Anteil eines Faserverbundwerkstoffes aufweist oder im Wesentlichen vollständig aus diesem hergestellt ist. Mit Hilfe des Faserverbundwerkstoffes lassen sich besonders hochfeste und torsionssteife Abtriebswellen realisieren. Zusätzlich können diese wesentlich leichter ausgeführt sein.According to one embodiment, the drive shaft and / or the at least one output shaft comprise a fiber composite material. This means that the output shaft has a defined portion of a fiber composite material or is made substantially entirely from this. With the help of the fiber composite material particularly high-strength and torsionally stiff output shafts can be realized. In addition, these can be made much easier.

Beispielsweise kann das Federelement der Antriebswelle, dem Achsgetriebe und/oder der mindestens einen Abtriebswelle zugeordnet sein. Demnach ist es möglich das Federelement zur Reduktion der Drehmomentschwankungen an der Antriebswelle oder der jeweiligen Abtriebswelle vorzusehen. Außerdem kann das Federelement in dem Achsgetriebe angeordnet sein. Insbesondere ist es möglich das Federelement in ein Differentialgetriebe zu integrieren, welches üblicherweise in Achsgetrieben vorgesehen ist. Das Federelement ist in diesem Fall in besonders bevorzugter Weise in unmittelbarer Nähe zu dem Differential bzw. dessen Übersetzung angeordnet und erlaubt somit bei einer entsprechenden Abstimmung einen der voranstehend genannten Knotenpunkte im Bereich des Differentials zu erzeugen.For example, the spring element of the drive shaft, the axle drive and / or the at least one output shaft may be assigned. Accordingly, it is possible to provide the spring element for reducing the torque fluctuations on the drive shaft or the respective output shaft. In addition, the spring element can be arranged in the axle drive. In particular, it is possible to integrate the spring element in a differential gear, which is usually provided in axle drives. The spring element is arranged in this case in a particularly preferred manner in close proximity to the differential or its translation and thus allows for a corresponding vote To generate one of the above-mentioned nodes in the range of the differential.

Die beschriebenen Möglichkeiten einer Anordnung des Federelements sind derart zu verstehen, dass der Antriebsstrang nicht nur eines der beschriebenen Federelemente sondern mehrere Federelemente umfassen kann. Diese können gemäß den voranstehend beschriebenen Anordnungen entweder einem einzigen der Bauteile, also der Antriebswelle, dem Achsgetriebe und/oder der mindestens einen Abtriebswelle, aber auch mehreren dieser Bauteile zugeordnet sein. Beispielsweise kann ein erstes Federelement der Antriebswelle und/oder ein zweites Federelement dem Achsgetriebe und/oder ein Federelement pro Abtriebswelle vorgesehen werden.The described possibilities of an arrangement of the spring element are to be understood such that the drive train may comprise not only one of the described spring elements but a plurality of spring elements. These can be assigned according to the arrangements described above either one of the components, ie the drive shaft, the axle drive and / or the at least one output shaft, but also several of these components. For example, a first spring element of the drive shaft and / or a second spring element may be provided to the axle drive and / or a spring element per output shaft.

Allen beschriebenen Anordnungen ist gemein, dass das Federelement einen Torsionsfreiheitsgrad im Bereich der genannten angetriebenen Bauteile vorsieht und mit den vorgesehenen hochsteifen Abtriebsachsen derart zusammenwirkt, dass diese im vorgesehenen Betrieb einen vernachlässigbaren Torsionsfreiheitsgrad aufweisen und gleichzeitig das Federelement einen eigenen, definierten Torsionsfreiheitsgrad bereitstellt. In jedem Fall ist das Federelement mit zwei relativ zueinander beweglichen Abschnitten des oder der jeweiligen genannten Bauteile verbunden, um diese drehbeweglich miteinander zu koppeln und somit den Torsionsfreiheitsgrad zu schaffen.All described arrangements have in common that the spring element provides a Torsionsfreiheitsgrad in the range of said driven components and cooperates with the proposed highly rigid output shafts such that they have a negligible Torsionsfreiheitsgrad in the intended operation while the spring element provides its own, defined Torsionsfreiheitsgrad. In any case, the spring element is connected to two relatively movable portions of the one or more of said components in order to rotatably couple with each other and thus to provide the Torsionsfreiheitsgrad.

Das Federelement kann ein passives Federelement, beispielsweise ein mechanisch federndes Bauteil, umfassen. Dies bedeutet, dass dieses ohne eine Zufuhr von zusätzlicher Energie arbeitet. Auch kann die optionale Dämpfungsfunktion ebenfalls passiv ausgeführt sein. Lediglich beispielsweise kann das Federelement einen Torsionsdämpfer, eine Spiralfeder, ein Gummielement, eine Kupplung, ein Zwei-Massen-Schwungrad oder eine Spiralfeder mit einem zusätzlichen Dämpfungselement umfassen.The spring element may comprise a passive spring element, for example a mechanically resilient component. This means that it works without a supply of additional energy. Also, the optional damping function can also be made passive. For example only, the spring element may comprise a torsion damper, a coil spring, a rubber element, a clutch, a two-mass flywheel or a coil spring with an additional damping element.

Außerdem kann das Federelement regelbar ausgebildet sein, so dass eine Federwirkung bzw. eine ggf. vorhandene Dämpfungswirkung auf einen momentan gewünschten definierten Wert regelbar ist. Damit ist es beispielsweise möglich, ab einem bestimmten Drehzahl- bzw. Frequenzbereich die Charakteristik des Federelements an die Anregung der Drehmomentschwankungen bzw. die Drehungleichförmigkeiten anzupassen. Hierzu eignen sich unter anderem regelbare hydraulische Dämpfungssysteme. Aber auch mechanische Dämpfungssysteme mit einer Drehzahladaption sind zur Regelung des Federelements, insbesondere des Feder-Dämpferelements möglich. Diese regeln ihre Dämpfungswirkung beispielsweise über eine Fliehkraftwirkung, wobei eine Öffnung eines Ventils zum Drosseln eines Dämpfungsfluids in Abhängigkeit der wirkenden Fliehkraft variiert wird.In addition, the spring element can be designed to be controllable, so that a spring effect or a possibly existing damping effect can be regulated to a currently desired defined value. This makes it possible, for example, to adapt the characteristic of the spring element to the excitation of the torque fluctuations or the rotational irregularities starting at a specific speed or frequency range. Amongst others, controllable hydraulic damping systems are suitable for this purpose. But also mechanical damping systems with a speed adaptation are possible to control the spring element, in particular of the spring-damper element. These regulate their damping effect, for example, via a centrifugal force effect, wherein an opening of a valve for throttling a damping fluid is varied as a function of the centrifugal force acting.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Antriebssystem außerdem ein zusätzliches Dämpfungselement, das zur Reduzierung von Drehmomentschwankungen, insbesondere von Drehungleichförmigkeiten, der Antriebswelle zugeordnet ist. Es wird also eine Kombination des voranstehend beschriebenen Antriebssystems, welches hochsteife Abtriebswellen und ein zusätzliches Federelement umfasst, mit einem zusätzlichen Dämpfungselement vorgeschlagen. Dieses zusätzliche Dämpfungselement kann beispielsweise an der Antriebswelle in einem Bereich zwischen einem Motor des Fahrzeugs und einem Getriebe oder zwischen dem Getriebe und dem Achsgetriebe vorgesehen sein. Als mögliche Ausgestaltungsformen dieses zusätzlichen Dämpfungselements zur Reduzierung von Drehungleichförmigkeiten sind grundsätzlich alle bekannten Dämpfungselemente geeignet. Lediglich beispielhaft kann das Dämpfungselement als Zwei-Massen-Schwungrad, als Kupplung, als elektromagnetische Maschine oder vergleichbare Vorrichtung ausgebildet sein. Hierdurch kann eine weitere, verbesserte Reduzierung von Drehmomentschwankungen erzielt werden.According to a further embodiment, the drive system also comprises an additional damping element, which is assigned to the reduction of torque fluctuations, in particular rotational irregularities, the drive shaft. It is therefore proposed a combination of the drive system described above, which comprises highly rigid output shafts and an additional spring element, with an additional damping element. This additional damping element may for example be provided on the drive shaft in a region between an engine of the vehicle and a transmission or between the transmission and the axle drive. As possible embodiments of this additional damping element for reducing rotational nonuniformities, basically all known damping elements are suitable. For example only, the damping element may be formed as a two-mass flywheel, as a clutch, as an electromagnetic machine or similar device. As a result, a further, improved reduction of torque fluctuations can be achieved.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 ein Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik, 1 a drive system according to the prior art,

2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, 2 A first embodiment of a drive system according to the invention,

3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, 3 A second embodiment of a drive system according to the invention,

4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, und 4 a third embodiment of a drive system according to the invention, and

5 ein Amplituden-Frequenz-Spektrum für ein Antriebssystem nach 1 und ein erfindungsgemäßes Antriebssystem nach einer der 2 bis 4 im Vergleich. 5 an amplitude-frequency spectrum for a drive system according to 1 and an inventive drive system according to one of 2 to 4 compared.

1 zeigt ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Stand der Technik. Das Antriebssystem 10 umfasst ein Achsgetriebe 11 mit einem Differential 12, wobei über eine Antriebswelle 13 eine Drehbewegung von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) mittels des Differentials 12 des Achsgetriebes 11 auf zwei Abtriebswellen 14a, 14b übertragen wird. Die Abtriebswellen 14a, 14b sind wiederum mit jeweils einem Rad des Kraftfahrzeuges (ebenfalls nicht dargestellt) verbunden. Die Funktionsweise dieses Antriebssystems ist bekannt und wird daher nicht weiter erläutert. 1 shows a drive system of a motor vehicle according to the prior art. The drive system 10 includes an axle drive 11 with a differential 12 , wherein via a drive shaft 13 a rotational movement of an internal combustion engine (not shown) by means of the differential 12 of the axle drive 11 on two output shafts 14a . 14b is transmitted. The output shafts 14a . 14b are in turn connected to one wheel of the motor vehicle (also not shown). The operation of this drive system is known and will therefore not be explained further.

2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 20. Dieses umfasst entsprechend dem in 1 dargestellten Antriebssystems 10 ein Achsgetriebe 21 mit einem Differential 22 und zwei Abtriebswellen 24a, 24b. Im Gegensatz zu 1 weist das in 2 dargestellte Antriebssystem 20 jedoch eine Antriebswelle 23 mit einem zusätzlichen Federelement 25 zur Reduzierung von Drehmomentschwankungen auf. Das zusätzliche Federelement 25 ist in der dargestellten Ausführungsform als Feder-Dämpfer-Element ausgebildet und innerhalb des Getriebes 21 angeordnet. Selbstverständlich kann das Federelement 25 lediglich eine Federkomponente ohne eine zusätzliche Dämpferkomponente aufweisen. Darüber hinaus kann das Federelement 25 ebenso entlang der Antriebswelle 23 verschoben außerhalb des Achsgetriebes 21 angeordnet sein. 2 shows a first embodiment of a drive system according to the invention 20 , This includes according to the in 1 illustrated drive system 10 a axle drive 21 with a differential 22 and two output shafts 24a . 24b , In contrast to 1 has the in 2 illustrated drive system 20 however, a drive shaft 23 with an additional spring element 25 to reduce torque fluctuations. The additional spring element 25 is formed in the illustrated embodiment as a spring-damper element and within the transmission 21 arranged. Of course, the spring element 25 only have a spring component without an additional damper component. In addition, the spring element 25 also along the drive shaft 23 shifted outside of the axle drive 21 be arranged.

Des Weiteren sind die beiden Abtriebswellen 24a, 24b im Gegensatz zu dem Stand der Technik hochsteif ausgebildet und weisen somit eine gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise hohe Torsionssteifigkeit auf.Furthermore, the two output shafts 24a . 24b in contrast to the prior art are highly rigid and thus have a relation to the prior art, relatively high torsional stiffness.

Diese kombinierte Anordnung aus Federelement 25 und hochsteifen Abtriebswellen 24a, 24b ermöglicht eine definierte Anordnung eines Torsionsfreiheitsgrades des Antriebssystems im Bereich der Antriebswelle, so dass Drehmomentschwankungen der Antriebswelle 23 kompensiert werden können. Ferner wird auf diese Weise eine gezielte Anpassung des Torsionsfreiheitsgrades durch eine entsprechende Auslegung des Federelements 25 ermöglicht.This combined arrangement of spring element 25 and highly rigid output shafts 24a . 24b allows a defined arrangement of a Torsionsfreiheitsgrades the drive system in the drive shaft, so that torque fluctuations of the drive shaft 23 can be compensated. Furthermore, in this way a targeted adaptation of the Torsionsfreiheitsgrades by a corresponding design of the spring element 25 allows.

Zusätzlich können durch eine geeignete Abstimmung des Federelements 25 die Schwingungseigenschaften der dargestellten Anordnung derart verändert werden, dass sich für ein globales Schwingungsspektrum ein Schwingungsknoten im Bereich des Differentials in unmittelbarer Nähe zum Getriebe 21 bildet. Hierzu muss die Torsionssteifigkeit des Federelements 25 beispielsweise mindestens um den Faktor

geringer sein als eine effektive Torsionssteifigkeit der Abtriebswellen 24a, 24b bzw. anderer schwingender Bauteile des Antriebssystems 20. Dieser Schwingungsknoten im Bereich des Differentials und somit auch im Bereich des gesamten Getriebes 21 führt zu einer gezielten lokalen Beruhigung des Antriebsstrangs, da speziell in diesem Bereich Koppelpunkte zur Abstützung gegenüber dem restlichen Fahrzeug vorgesehen sind, welche die auftretenden Schwingungen auf das restliche Fahrzeug übertragen können.In addition, by a suitable vote of the spring element 25 the vibration characteristics of the illustrated arrangement are changed such that, for a global vibration spectrum, a vibration node in the region of the differential in the immediate vicinity of the transmission 21 forms. For this purpose, the torsional stiffness of the spring element 25 for example at least by the factor

less than an effective torsional rigidity of the output shafts 24a . 24b or other oscillating components of the drive system 20 , This vibration node in the range of the differential and thus also in the area of the entire transmission 21 leads to a targeted local reassurance of the powertrain, as especially in this area crosspoints are provided to support against the rest of the vehicle, which can transmit the vibrations occurring to the rest of the vehicle.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 30. Dieses entspricht in seiner Wirkungsweise dem in 2 beschriebenen Antriebssystem 20, so dass diesbezüglich auf die gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Im Gegensatz zu 2 ist jedoch ein Federelement 35 nicht einer Antriebswelle 33 zugeordnet, sondern einem Differential 32 eines Achsgetriebes 31 des Antriebssystems 30. Es werden folglich Drehmomentschwankungen in dem Differential 32 kompensiert, wobei das Differential 32 mit zwei hochfesten Abtriebswellen 34a, 34b zur Übertragung einer Drehbewegung wirkgekoppelt ist. 3 shows a second embodiment of a drive system according to the invention 30 , This corresponds in its mode of action to the in 2 described drive system 20 , so that reference can be made in this regard to the given description. In contrast to 2 However, it is a spring element 35 not a drive shaft 33 but a differential 32 a transaxle 31 of the drive system 30 , There are thus torque fluctuations in the differential 32 compensated, the differential 32 with two high-strength output shafts 34a . 34b is operatively coupled to transmit a rotational movement.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 40. Dieses entspricht in seiner Wirkungsweise den in 2 und 3 beschriebenen Antriebssystemen 20, 30, so dass diesbezüglich auf die gegebenen Beschreibungen verwiesen werden kann. Im Gegensatz zu 2 und 3 ist jedoch ein Federelement 45 nicht einer Antriebswelle 33 oder einem Differential 32 zugeordnet, sondern jeweils einer Abtriebswelle 45a, 45b des Antriebssystems 40. Es werden folglich Drehmomentschwankungen der Abtriebswellen 45a, 45b kompensiert. 4 shows a third embodiment of a drive system according to the invention 40 , This corresponds in its mode of action in 2 and 3 described drive systems 20 . 30 , so that reference can be made in this regard to the given descriptions. In contrast to 2 and 3 However, it is a spring element 45 not a drive shaft 33 or a differential 32 assigned, but each an output shaft 45a . 45b of the drive system 40 , There are consequently torque fluctuations of the output shafts 45a . 45b compensated.

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform ist eine kombinierte Anordnung der in 2 und/oder in 3 und/oder in 4 dargestellten Ausführungsformen möglich, so dass jeweils ein Federelement der Antriebswelle und/oder dem Differential und/oder jeweils einer Abtriebswelle zugeordnet ist.According to an embodiment, not shown, a combined arrangement of in 2 and / or in 3 and / or in 4 illustrated embodiments possible, so that in each case a spring element of the drive shaft and / or the differential and / or each associated with an output shaft.

5 zeigt ein Amplituden-Frequenz-Spektrum für ein bekanntes Antriebssystem nach 1 (Kurve B) und ein erfindungsgemäßes Antriebssystem nach einer der 2 bis 4 (Kurve A). Dieses zeigt im Wesentlichen einen in den Bereichen I und II stark ansteigenden Verlauf der ermittelten Amplituden, wobei mit der erfindungsgemäßen Antriebssystem (Kurve A) insbesondere im Bereich II eine deutliche Reduzierung der Amplituden erzielt werden kann. Eine Amplitudenspitze, welche bei dem bekannten Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik aufgrund von Eigenfrequenzen auftritt, kann mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem reduziert werden, so dass spür- und hörbare Vibrationen deutlich verringert werden. 5 shows an amplitude-frequency spectrum for a known drive system 1 (Curve B) and an inventive drive system according to one of 2 to 4 (Curve A). This essentially shows a strongly increasing course in the ranges I and II of the ascertained amplitudes, whereby a significant reduction of the amplitudes can be achieved with the drive system according to the invention (curve A), especially in the region II. An amplitude peak, which occurs in the known drive system according to the prior art due to natural frequencies, can be reduced with the drive system according to the invention, so that noticeable and audible vibrations are significantly reduced.

Claims

Drive system for a motor vehicle with - a drivable drive shaft, A drive unit operatively connected to the drive shaft, and at least one output shaft operatively coupled to the axle drive for transmitting a rotational movement by means of the axle drive from the drive shaft to the at least one drive output shaft, characterized in that the at least one drive output shaft is highly rigid and the drive system comprises a spring element, which is configured to provide a defined degree of torsional freedom in the drive system for reducing torque fluctuations of the rotary motion.

Drive system according to claim 1, wherein the spring element and a stiffness of the highly rigid output shaft are coordinated such that the spring element has a lower effective torsional stiffness than the high-strength output shaft to provide the defined Torsionsfreiheitsgrad.

Drive system according to claim 1 or 2, wherein the effective torsional stiffness of the spring element at least by the factor

1/2

smaller than the effective torsional stiffness of the output shaft and / or an effective torsional stiffness of other elements of the drive system, preferably by the factor

Drive system according to one of claims 1 to 3, wherein the spring element comprises a spring-damper element for providing a defined spring action and a defined damping effect.

Drive system according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one high-stiffness output shaft has a torsional stiffness of at least 200 Nm per degree twist angle, preferably at least 350 Nm per degree twist angle.

Drive system according to one of claims 1 to 5, wherein the drive shaft and / or the at least one output shaft comprise a fiber composite material.

Drive system according to one of claims 1 to 6, wherein the spring element of the drive shaft, the axle drive and / or the output shaft is associated.

Drive system according to one of claims 1 to 7, wherein the spring element comprises a passive and / or a controllable spring element.

Drive system according to one of claims 1 to 8, wherein the drive system further comprises an additional damping element which is associated with the reduction of torque fluctuations of the drive shaft.