用于将内燃发动机联接到机动车的传动系上的离合器设备以及用于抑制机动车的传动系中的转动振动的方法

摘要

本发明涉及一种用于将内燃发动机联接于机动车的传动系上的离合器设备，其具有用于将内燃发动机的驱动轴与输出轴联接的摩擦离合器、用于打开和/或闭合摩擦离合器的操纵装置、用于将操纵力引入到操纵装置中的涡流制动器以及用于利用限定地预先给定的电流对涡流制动器通电的控制装置，其中，控制装置被安设成，在驱动轴的转动振动的加速阶段中为涡流制动器预先给定电流用以打开摩擦离合器，尤其是用以设定滑移运行，而在驱动轴的转动振动的减速阶段中为涡流制动器预先给定电流用以闭合摩擦离合器，尤其是用以抗相对转动的摩擦配合的联接。通过借助涡流制动器改变摩擦离合器的运行状态，使得仅以相应小的能耗来使操纵装置的小的惯性质量运动，以便实现对转动振动的主动抑制，从而能够以能量有效的方式实现对机动车的传动系中的转动振动的至少部分抑制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将内燃发动机联接到机动车的传动系上的离 合器设备，借助该离合器设备可以将转矩有选择地在内燃发动机与机 动车的传动系之间交换。本发明还涉及一种方法，借助该方法可以抑 制机动车的传动系中的转动振动。

背景技术

由DE102012222110A1公知了一种离合器设备，在其中，内燃 发动机的驱动轴经由自由轮与用于打开和闭合膜片式离合器的操纵装 置的斜坡系统联接。膜片式离合器在闭合状态下可以将内燃发动机的 驱动轴与输出轴联接，并由此接在机动车的传动系上。离合器设备具 有整合在电机的转子中的涡流制动器，借助涡流制动器同样可以使膜 片式离合器经由斜坡系统闭合，以便与自由轮的方向相反地将转矩从 传动系引入到内燃发动机中，以便可以启动内燃发动机。

存在有以能量有效的方式降低机动车的传动系中的转动振动的不 断的需求。

发明内容

本发明的任务阐明了如下措施，即，能够以能量有效的方式实现 至少部分地抑制机动车的传动系中的转动振动。

根据本发明，该任务的解决方案通过具有权利要求1的特征的离 合器设备以及具有权利要求8的特征的方法来实现。本发明的优选的 设计方案在从属权利要求中说明，从属权利要求可以分别单独地或者 以组合的方式表现本发明的方面。

根据本发明，用于将内燃发动机联接到机动车的传动系上的离合 器设备配设有用于使内燃发动机的驱动轴与输出轴联接的摩擦离合 器、用于打开和/或闭合摩擦离合器的操纵装置、用于将操纵力引入到 操纵装置中的涡流制动器以及用于以经限定地预先给定的电流对涡流 制动器通电的控制装置，其中，控制装置被安设成，在驱动轴的转动 振动的加速阶段中为涡流制动器预先给定电流用以打开摩擦离合器， 尤其是用于设定滑移运行，而在驱动轴的转动振动的减速阶段中为涡 流制动器预先给定电流用以闭合摩擦离合器，尤其是用于抗相对转动 (drehfest)的摩擦锁合的(reibschlüssig)联接。

当内燃发动机产生转矩并且经由驱动轴引入到离合器设备中时， 由于借助在曲轴上和活塞上作用的连杆将活塞在气缸中的平移运动转 变成旋转运动而产生转动振动，该转动振动是内燃发动机的额定转速 的整数倍(“发动机阶次”)并且会在传动系中进一步传递。由于转 动振动，使得驱动轴的转速和转矩会周期性地、尤其是正弦形地提高 (“加速阶段”)和减少(“减速阶段”)。由于在其中将内燃发动 机联接在传动系上的运行状态下，当转动振动存在于其加速阶段中时， 可以借助涡流制动器至少部分地和/或暂时地将摩擦离合器打开，因此 可以避免对传动系的不必要的加速，从而在输出轴上至少部分地抑制 转动振动。附加或者替选地，可以在减速阶段借助由涡流制动器施加 的操纵力将摩擦离合器闭合，从而为此不必使用由驱动轴提供的转矩。 由此也可以在转动振动的减速阶段中避免对传动系的不必要的减速， 从而在输出轴上至少部分地抑制转动振动。为此，仅需要适当地为涡 流制动器通电，其中，为此所需的电能尤其可以由用于驱动机动车的 电机和/或可充电的电池、尤其是牵引电池提供。尤其地，在此不需要 对电机的旋转的质量适当地进行加速和减速用以能够主动地抑制转动 振动。相反，仅需要使操纵装置的部件运动，这些部件具有与电机相 比明显更小的运动惯性质量。由此，对内燃发动机的转动振动的主动 抑制可以以相应较小的能耗来实现。通过借助涡流制动器改变摩擦离 合器的运行状态，使得仅以相应小的能耗来使操纵装置的小的惯性质 量运动，以便实现对转动振动的主动抑制，从而能够以能量有效的方 式实现对机动车的传动系中的转动振动的至少部分地抑制。

在摩擦离合器的完全闭合的运行状态下，以静摩擦提供没有显著 滑移的抗相对转动的联接。在摩擦离合器部分打开的状态下，摩擦离 合器处于滑移运行中，从而摩擦离合器的输入侧相对摩擦离合器的输 出侧可以伴随着转速差进行旋转，并且必要时在输入侧与输出侧之间 存在有滑动摩擦。在摩擦离合器完全打开的运行状态下，摩擦离合器 的输入侧相对摩擦离合器的输出侧间隔开，从而在输入侧与输出侧之 间不存在摩擦接触。机动车尤其被设计成混合动力机动车，其具有用 于机动车的纯电力驱动的电机和/或牵引电池。涡流制动器可以与电机 和/或与牵引电池联接用来交换电能。控制装置可以尤其根据转动振动 的频率、相位和/或幅度适当地调整施加在涡流制动器上的电流的电流 强度的和/或电压的变化曲线，以便抑制相应的转动振动。尤其地，控 制装置也可以相应地考虑多个转动振动的叠加，从而例如可以同时对 多个发动机阶次进行抑制。此外，由于借助涡流制动器和相应以振荡 的方式操纵的摩擦离合器进行抑制使得已经可以通过如下方式实现例 如显著降低转动振动的幅度的抑制程度，即，可以相应更简单地构建 在内燃发动机的牵引运行中在转矩流中后置和/或前置的转动振动抑制 器，尤其是双质量飞轮。

操纵装置尤其具有斜坡系统，在其中，输入斜坡相对输出斜坡在 必要时可以经由连在其间的轴承元件、尤其是轴承滚珠相对彼此地扭 转，以便改变斜坡系统的轴向延伸长度。为了对操纵装置进行操纵， 斜坡系统的优选沿轴向方向固定不动的输入斜坡可以相对于尤其沿周 向方向抗相对转动的输出斜坡扭转。为此，可以将相应的转矩引入到 斜坡系统中。例如，可以借助涡流制动器引入由混合动力机动车的电 机产生的转矩。所引入的转矩可以直接作用于输入斜坡上，或者间接 地、尤其是在转矩转变后，例如借助行星齿轮传动装置传递到输入斜 坡上。斜坡系统可以被设计成用于闭合和/或打开摩擦离合器的操纵元 件，其中，尤其是输出斜坡的远离输入斜坡的背侧可以作为挤压面作 用在摩擦离合器的摩擦衬面上。输出斜坡由此已经可以构成摩擦离合 器的挤压板和/或钢膜片。摩擦离合器尤其被设计成湿式或者干式的膜 片式离合器，其在输入部分与输出部分之间设计有多个相继设置的摩 擦副。优选地，可以借助冷却剂、尤其是油将摩擦热从摩擦离合器导 出，从而可以将摩擦离合器尤其设计成湿式的膜片式离合器。摩擦离 合器尤其可以具有输入部分和/或输出部分，输出部分具有膜片架，在 膜片架上引导有能够沿轴向方向移动的膜片。相应的膜片可以设有摩 擦衬面或者实施为钢膜片。当没有操纵力经由操纵元件引入时，摩擦 离合器可以在输出位置打开(“正常打开”)或者闭合(“正常闭合”)。

由此，斜坡系统尤其可以用于对离合器设备的摩擦离合器进行操 纵，借助该斜坡系统可以使内燃发动机耦连到混合动力车辆的传动系 上。这种也被称为“E-Clutch(电控离合器)”的摩擦离合器可以是指 转子整合式离合器，该转子整合式离合器将内燃发动机与电机以及传 动系连接起来。电控离合器在此可以与电机的转子共同旋转，并且/或 者将内燃发动机与电机的转子联接起来。

为了启动内燃发动机，可以使用电机。如果已经以电力行驶，那 么电机可以在内燃发动机进行发动机启动的时刻将当前提供的力矩提 高了内燃发动机的启动力矩那么多，其中，可以同时将电控离合器闭 合。由此，可以实现从电机到内燃发动机的转矩流，以便启动内燃发 动机。在此，尤其可以将电控离合器的可传递的力矩很精确地调整到 启动力矩，因此在机动车上并不出现不期望的纵向加速。

尤其设置有与控制装置联接的探测装置用以探测驱动轴的转动振 动。驱动轴的转速的和/或转矩的变化曲线可以由探测装置来测量。为 此，可以例如借助至少一个转速传感器测量驱动轴的转速的变化曲线。 可以分析转速的变化曲线并识别出至少一个转动振动，转动振动尤其 周期性地、优选正弦形地波动了与驱动轴的额定转速相应的平均值。 探测装置尤其可以获知转动振动的频率和/或转动振动的相位和/或转 动振动的幅度。基于关于转动振动的这些信息，可以由控制装置适当 地调整施加在涡流制动器上的电流的电流强度的和/或电压的变化曲线 的频率、相位和/或幅度，以便抑制各个转动振动。

优选地，将探测装置安设成用于确定驱动轴的额定转速，并从驱 动轴的额定转速中计算待由控制装置抑制的发动机阶次。驱动轴的额 定转速能特别简单地探测到，并且可以例如从针对内燃发动机所存储 的特征曲线族在不直接测量驱动轴的情况下得到。因为所期望的转动 振动尤其相应于发动机阶次，因此可以由已知的额定转速轻易地推断 出待抑制的转动振动的频率。由此，控制装置可以特别快速地对额定 转速的变化做出反应并且前瞻性地在抑制时考虑到变化的转动振动。

特别优选地，由控制装置控制的电流的数值以抑制频率进行振荡， 其中，抑制频率相应于待抑制的转动振动的，尤其是发动机阶次的频 率，其中，抑制频率相对待抑制的转动振动的频率在相位上移动了相 移其中，尤其适用的是优选是并 且特别优选的是由此可以经由借助涡流制动器所影响的 摩擦离合器在转动振动的加速阶段中引入减速力矩，而在转动振动的 减速阶段中引入加速力矩，以便抑制转动振动。

尤其地，驱动轴经由自由轮与操纵装置连接，其中，自由轮在驱 动轴进行超越(überholen)时沿牵引方向锁止，而在操纵装置进行超 越时自由运转，其中，涡流制动器经由在自由轮旁边延伸的动力流作 用在操纵装置上。涡流制动器可以跨接自由轮，以便尤其为了启动内 燃发动机而将转矩从传动系、尤其是从电机引入到内燃发动机中。此 外，为了闭合摩擦离合器可以借助操纵装置来从内燃发动机本身引入 力矩，从而在启动内燃发动机后不需要从涡流制动器引入持续的闭合 力矩。由此，控制装置可以在相应地大的运行范围内相应地灵活控制 涡流制动器。

优选的是，涡流制动器与用于驱动机动车的电机的转子联接。由 此，涡流制动器可以与电机联接用于电能交换。用于借助涡流制动器 操纵摩擦离合器的力矩由此可以从电机汲取。可以例如给涡流制动器 加载以电流用来产生电磁场，该电磁场与电机转子的永磁体共同作用， 从而可以经由涡流制动器从电机引出转矩。

特别优选的是，输出轴与转动振动抑制器、尤其是双质量飞轮连 接。转动振动抑制器尤其被设计成用于对转动振动进行抑制，该转动 振动不同于借助涡流制动器抑制的转动振动。由此能够抑制相应更大 频率范围的转动振动。此外，由于借助涡流制动器和相应地以振荡方 式操纵的摩擦离合器进行抑制使得已经可以通过如下方式实现例如显 著降低转动振动的幅度的抑制程度，即，可以相应更简单地构建在内 燃发动机的牵引运行中在转矩流中后置和/或前置的转动振动抑制器， 尤其是双质量飞轮。

此外，本发明还涉及一种用于抑制机动车的传动系中的转动振动 的方法，在该机动车中设置有离合器设备，该离合器设备尤其如以上 所述那样构成和改进，离合器设备用于将内燃发动机联接到机动车的 传动系上，其中，离合器设备具有用于将内燃发动机的驱动轴与输出 轴联接的能够借助涡流制动器操纵的摩擦离合器，在驱动轴的转动振 动的减速阶段中，涡流制动器使摩擦离合器抗相对转动地闭合，而在 驱动轴的转动振动的加速阶段中，涡流制动器使摩擦离合器打开并且/ 或者在滑移运行中运行。该方法尤其可以如以上结合离合器设备所阐 述的那样地构成和改进。通过借助涡流制动器改变摩擦离合器的运行 状态，仅仅需要用相应地小的能耗使操纵装置的小的惯性质量运动， 以便实现对转动振动的主动抑制，从而能够以能量有效的方式实现对 机动车的传动系中的转动振动的至少部分的抑制。

尤其是确定驱动轴的转动振动的频率，并以与转动振动的频率相 应的抑制频率对涡流制动器通电，其中，抑制频率相对于待抑制的转 动振动的频率在相位上移动了相移其中，尤其适用的是优选是特别优选的是由此可以 经由借助涡流制动器所影响的摩擦离合器在转动振动的加速阶段中引 入减速力矩，而在转动振动的减速阶段中引入加速力矩，以便抑制转 动振动。

优选的是，驱动轴的待抑制的转动振动是内燃发动机的发动机阶 次，其中，该发动机阶次尤其从内燃发动机的额定转速确定。驱动轴 的额定转速能特别简单地探测到并且可以例如从针对内燃发动机存储 的特征曲线族在不直接测量驱动轴的情况下得到。因为所期望的转动 振动尤其相应于发动机阶次，因此可以由已知的额定转速轻易地推断 出待抑制的转动振动的频率。由此可以特别快速地对额定转速的变化 做出反应并且可以前瞻性地在抑制时考虑到变化的转动振动。

附图说明

下面参照附图结合优选实施例示范性地阐述了本发明，其中，下 面呈现的特征既可以分别单独地也可以组合地呈现本发明的方面。其 中：

图1示出离合器设备的示意性的立体剖视图；

图2示出针对图1的离合器设备的涡流制动器的立体视图；

图3示出图2的涡流制动器的示意性的立体剖视图；

图4示出关于图1的离合器设备中出现的转矩在时间上的变化曲 线的示意性图表。

具体实施方式

图1中所示的离合器设备10被设计成混合动力车辆的在此在其他 方面没有更详细示出的电机的转子，并且具有以整合的方式被设计成 膜片式离合器的摩擦离合器12，摩擦离合器可以借助操纵装置14进行 操纵。离合器设备10具有内燃发动机的驱动轴16，经由该驱动轴可以 将内燃发动机中产生的转矩引入到离合器设备中。摩擦离合器12的内 膜片架18与驱动轴16抗相对转动地连接。内膜片架18具有内膜片20， 内膜片可以与外膜片架24的外膜片22以摩擦锁合的方式进行挤压， 以便传递转矩。外膜片架24与被设计成空心轴的输出轴26一体式地 设计。输出轴26可以例如经由离合器与机动车传动装置的传动装置输 入轴联接。

附加地，驱动轴16经由自由轮28和行星齿轮传动装置32的行星 轮30与操纵装置14的输入斜坡34联接。输入斜坡34可以相对于抗 相对转动地能够在外膜片架24上轴向移动的输出斜坡36扭转，输入 斜坡34经由轴承滚珠38支撑在输出斜坡上。为了闭合摩擦离合器12， 可以使输入斜坡34相对于输出斜坡36以如下方式扭转，即，使由输 入斜坡34和输出斜坡36形成的斜坡系统的总延伸长度在轴向方向上 提高，并且使输出斜坡36的远离输入斜坡34的背侧40转移到摩擦离 合器12上。在此，背侧40已经可以构成摩擦离合器12的挤压板。当 驱动轴16进行超越时，自由轮28锁止，从而使由驱动轴16引入的转 矩也可以用于闭合摩擦离合器12。当驱动轴16例如因为内燃发动机关 闭而不由内燃发动机驱动时，自由轮28处于空转位置，从而内燃发动 机的牵引力矩与传动系脱离。

尤其是当电机驱动输出轴26时，可以利用电机的转矩来启动内燃 发动机。为此，可以借助涡流制动器42将电机的其中一部分转矩进行 分路，并且经由行星齿轮传动装置32在跨接自由轮28的情况下引入 到操纵装置14的输入斜坡34上，以便闭合摩擦离合器12。在摩擦离 合器12的闭合状态下，可以将传动系的尤其是由电机产生的转矩引入 驱动轴16中用来启动内燃发动机。

当内燃发动机启动时，经由驱动轴16将转矩引入到离合器设备 10中，离合器设备经受在发动机阶次的频率中的转动振动。该转动振 动可以借助控制着涡流制动器42的电流的控制装置来抑制。为此，涡 流制动器42的电流以转动振动的频率以相位错开的方式进行振荡，从 而可以通过至少部分打开摩擦离合器，尤其是处在滑移运行中，和完 全闭合摩擦离合器来抵抗转动振动。

图2和图3中所示的涡流制动器42具有制动器定子和制动器转子 44。制动器定子具有内定子46和外定子48。内定子46具有第一爪齿 极50，该第一爪齿极具有第一盘区段52和第一极爪齿54。内定子36 具有第二爪齿极56，该第二爪齿极具有第二盘区段58和第二极爪齿 60。内定子46具有中心线圈62。第一爪齿极54的第一极爪齿54径向 外侧地布置在第一盘区段52上。第一爪齿极54的第一极爪齿54分别 相对第一盘区段52成大约90o角，并且分别具有自由的逐渐变窄的端 部。第一爪齿极54的第一极爪齿54沿圆周方向分布地布置在第一盘 区段52上。在第一爪齿极54的第一极爪齿54之间形成空隙。第二爪 齿极56的第二极爪齿60径向外侧地布置在第二盘区段58上。第二爪 齿极56的第二极爪齿60分别相对第二盘区段58成大约90o角，并且 分别具有自由的逐渐变窄的端部。第二爪齿极56的第二极爪齿60沿 圆周方向分布地布置在第二盘区段58上。在第二爪齿极56的第二极 爪齿60之间形成空隙。第一爪齿极50以其第一盘区段52并且第二爪 齿极56以其第二盘区段58布置在中心线圈62的两侧。第一爪齿极50 的第一极爪齿54以及第二爪齿极56的第二极爪齿60径向外侧地包绕 中心线圈62。第一爪齿极56的第一极爪齿54的自由端部和第二爪齿 极56的第二极爪齿60的自由端部彼此相反地指向。第一爪齿极50的 第一极爪齿54和第二爪齿极56的第二极爪齿60交替地相互嵌接。第 一爪齿极50和第二爪齿极56径向内侧地包绕中心线圈62。

制动器转子44具有盆状的形状，其具有底部区段64和壁区段66。 制动器转子44以其底部区段64布置在第二爪齿极56上，并且以其壁 区段66径向地布置在内定子44的外侧。外定子306无线圈地实施， 并且具有薄的扁平环状的形状。外定子306具有透磁性。外定子306 径向地布置在制动器转子302的外侧。内定子46和外定子48与载体 部分68固定连接。载体部分68具有法兰区段和毂区段。载体部分68 和外定子48形成壳体状的用于内定子46和制动器转子44的容纳部。 第一爪齿极50布置在载体部分68的法兰区段上。载体部分68的毂区 段探伸穿过内定子46的中央的凹部。制动器转子44借助轴承70以能 转动的方式支承在载体部分68的毂区段上。

如图4中所示，在驱动轴16的基本上恒定的额定转速72的情况 下，转矩74或者与其相对应的转速会发生波动，其中，转矩74在时 间上的变化曲线可以基本上是正弦形的，并且可以相应于内燃发动机 的发动机阶次。通过借助对涡流制动器42的相应通电所造成的对摩擦 离合器的12的反向振荡操纵，可以产生反力矩76，该反力矩可以至少 部分地抑制转矩72中的转动振动。在此，摩擦离合器12可以以振荡 的方式在加速阶段78中的滑移运行与减速阶段80中的完全闭合状态 80之间切换。在加速阶段78中，转动振动促成额定转速的提高，而在 减速阶段80中，转动振荡促成额定转速的减小。

附图标记列表

10离合器设备

12摩擦离合器

14操纵装置

16驱动轴

18内膜片架

20内膜片

22外膜片

24外膜片架

26输出轴

28自由轮

30行星轮

32行星齿轮传动装置

34输入斜坡

36输出斜坡

38轴承滚珠

40背侧

42涡流制动器

44制动器转子

46内定子

48外定子

50第一爪齿极

52第一盘区段

54第一极爪齿

56第二爪齿极

58第二盘区段

60第二极爪齿

62中心线圈

64底部区段

66壁区段

68载体部分

70轴承

72额定转速

74转矩

76反力矩

78加速阶段

80减速阶段