Fahrwerks- und Antriebskomponenten des VW Phaeton

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1 Bild 4.1_1 Quelle: Der neue Phaeton, ATZ/MTZ-extra, Juli 2002 Fahrwerks- und Antriebskomponenten des VW Phaeton Bild 4.1_2 Quelle: Förster Vorteile von Kolbenmotoren: Niedriges Leistungsgewicht Hohe Energiedichte geringes Gewicht Guter Wirkungsgrad Ausgereifte Technologie Prinzipbedingte Nachteile von Kolbenmotoren: Die maximale Leistung steht nur in einem bestimmten Drehzahlband (Nenndrehzahl) zur Verfügung Kein Drehmoment bei Motordrehzahl null Der Motorwirkungsgrad und somit der Kraftstoffverbrauch ist abhängig vom Betriebspunkt des Motors Die Drehmoment- und Leistungskennlinie weisen eine starke Drehzahlabhängigkeit auf Vor- und Nachteile von Kolbenmotoren

2 Bild 4.1_ Quelle: Förster Kraftschlußgrenze Zugkraft F Z Ohne Triebstrangwirkungsgrad: Ideale Zugkrafthyperbel F Z, AID Mit Triebstrangwirkungsgrad: Effektive Zugkrafthyperbel F Z, Ae Zugkraftangebot F Z,A des Verbrennungsmotors Geschwindigkeit v Zugkrafthyperbel Verbrennungsmotor I Bild 4.1_4 Quelle: Förster Zugkraft F Z Anfahrbereich 1. Zugkraftangebot F Z,A im 2. Gang 2.. Fahrwiderstandslinie Zugkraftbedarf F Z,B für 0% Steigung 4. Gang Geschwindigkeit v Zugkrafthyperbel Verbrennungsmotor II

3 Bild 4.1_5 hoher Wirkungsgrad geringer Verbrauch niedriges Gewicht geräuscharm einsatzgerechte Lebensdauer kostengünstig bedienungsfreundlich Forderungen an Fahrzeuggetriebe Bild 4.1_6 Ägyptisches Wasserschöpfwerk (Sakie) in Luxor, ca bis 1000 v. Chr.

4 Bild 4.1_7 Vier Hauptfunktionen eines Fahrzeuggetriebes: - Anfahren ermöglichen. - Leistungsanpassung vornehmen. Abtriebsdrehmoment T 2 und Abtriebsdrehzahl n 2 wandeln. Rückwärtsfahrt ermöglichen. - Permanente Leistungsübertragung ermöglichen. Motorleistung form- oder kraftschlüssig und verlustarm übertragen. - Leistungsanpassung steuern. Nebenforderungen an Fahrzeuggetriebe: - Betriebssicherheit, - Getriebekosten, - Reparaturfreundlichkeit, - Bedienbarkeit, - Leistungsanpassung, - Einbaumaße und Gewicht, - Variationsmöglichkeiten, - Emissionen (Geräusch, Öl usw.). Getriebeanforderungen Quelle: Förster Bild 4.1_8 Kunde preiswert sportlich HSG ASG DKG klein leicht Quelle: Förster Fahrzeughersteller Komfort CVT klein leicht u. profitabel AG Hybrid??? Wünsche an Getriebe wenig Verbrauch Emission Getriebehersteller Gesetzgeber

5 Bild 4.1_9 Quelle: Förster Schaltgetriebe z-gang-getriebe (Stufen-Getriebe mit z Gängen) Stufenlos-Getriebe Klauengetriebe Synchrongetriebe Teilautomatisierts Klauen- oder Synchrongetriebe Vollautomatisiertes Klauen- oder Synchrongetriebe Konventionelles Automatgetriebe Doppelkupplungsgetriebe Kettenwandler- Getriebe Toroidgetriebe (Reibrad) Hydrostatisches Getriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Gangwechsel Anfahren und Zugkraftunterbrechung beim Schalten mit fußbetätigter Kupplung ohne Zugkraftunterbrechung beim Gangwechsel Anfahren automatisiert und stufenlos Gangwechsel manuell Gangwechsel teilautomatisch Gangwechsel automatisch Drehmoment-/Drehzahlwandlung automatisch Einteilung von Schaltgetrieben Bild 4.1_10 100% -Gang-Automatgetriebe 4-Gang-Automatgetriebe Quelle: Förster Stufenlos-Getriebe 5-Gang-Automatgetriebe 5-Gang-Synchrongetriebe 50% 4-Gang-Synchrongetriebe 6-Gang-Synchrongetriebe 0% Trend für den Einsatz von Pkw-Getrieben in Europa

6 Bild 4.1_11 Quelle: Förster Getriebe MT ASG DKG AT CVT IVT Verbrauchsoptimierung durch Antriebsmanagement Getriebewirkungsgrad Hilfsenergiebedarf Gewicht Komfort Dynamik Package Systemkosten Vergleich der Getriebearten Bild 4.1_12 Gangabstufung Für die Übersetzungen der einzelnen Gänge finden zwei grundsätzliche Abstufungen Anwendung: Geometrische Gangabstufung: gleicher Stufensprung für alle Gänge; bei Mehrgruppen- Getriebe für Nkw nicht anders möglich. Progressive Gangabstufung: höhere Gänge haben einen kleineren Stufensprung; üblich bei Pkw. Gangabstufung

7 Bild 4.1_1 Übersetzungen für ein Fünfgang- Getriebe mit geometrischer bzw. progressiver Auslegung Gang: i berech. geom ,14 2,9 2,05 1,4 1,0 i berech. Progr. 4,14 2,54 1,69 1,24 1,0 i ist progr. 4,2 2,49 1,66 1,24 1,0 Geometrische (links) und progressive (rechts) Gangabstufung Bild 4.1_14 P Nmax P P N P Ü v max =v max theor. Auslegung des höchsten Ganges auf maximale Geschwindigkeit v F

8 Bild 4.1_15 P Nmax P R + P LW P P N P Ü v max v max theor. Überdrehende Auslegung des höchsten Ganges v F Bild 4.1_16 P Nmax P P N P Ü v v v max max theor. F Unterdrehende Auslegung des höchsten Ganges/ Overdrive

9 Bild 4.1_17 Definition: Die im umlaufenden Planetenträger (Steg) gelagerten Zahn- oder Reibräder führen neben der Umlaufbewegung eine Eigendrehung aus. Vergleichbar mit dem Umlauf der Planeten um die Sonne. Allgemeines über Planetengetriebe Literatur: Lechner, G.; Naunheimer, H.: Fahrzeuggetriebe. Springer-Verlag Berlin, Looman, J.: Zahnradgetriebe. Springer-Verlag Berlin, Förster, H.-J.: Automatische Fahrzeuggetriebe. Springer-Verlag Berlin, Müller, H.W.: Die Umlaufgetriebe. Springer-Verlag Berlin, Bild 4.1_18 Quelle: Westermann Hohlrad Sonnenrad Planetenträger Planetenräder Sonnenrad Planetenräder Planetenträger Hohlrad Z1 Z2 St2 Z : Rad auf der Zentralachse : Räder, die mit Steg umlaufen : Drehbarer Steg : Innenverzahnung Ein-Steg-Planetengetriebe

10 Bild 4.1_19 St 1 1. Gang: Sonnenrad treibt, Hohlrad fest n an = n 1 n ab = n St n = 0 z i + St 1 2. Gang: Hohlrad treibt, Sonnenrad fest n an = n n ab = n St n 1 = 0 1 z i = 1 = 1+ 1 p p 1 is = 1 z1 is z St 1. Gang: Hohlrad, Sonnenrad u. Planetenrad verblockt i=1,0 n an = n ab = n 1 = n St = n St 1 Rückwärtsgang: Sonnenrad treibt, Planetenradträger fest i S n an = n 1 n ab = n n St = 0 i p = 1 i p = i S = z z 1 Vier Gänge/Übersetzungsmöglichkeiten einer Planetenstufe Bild 4.1_20 Leistungsverzweigung auf mehrere Planeten: z.b Fahrzeug-NKW-Getriebe bis 7 Planeten, Luftfahrzeuggetriebe, Hubschrauber 12 bis 16 Planeten. Je nach Wahl von Antrieb und Abtrieb sind unterschiedliche Übersetzungen möglich. Durch zwei Antriebe bei einem Getriebe (Überlagerungsgetriebe) können Drehzahlen "gemischt" werden. Hohe Übersetzung bis ca. 100 in einer Stufe. Vorteile Planetenradgeriebe

11 Bild 4.1_21 Gleiche Lastaufteilung auf Planeten schwierig: a) Teilungsfehler der Räder b) Teilungsfehler am Planetenradträger c) Unrundheit des Hohlrads Genauste Fertigung erforderlich teuer Die Lager der Planetenräder werden durch Fliehkräfte zusätzlich stark belastet Leistungsgrenze. Koppelplanetengetriebe können durch innere Leistungsverzweigung eine Blindleistung haben (bis zur Selbsthemmung). Nachteile Planetenradgeriebe Bild 4.1_22 Quelle: Westermann Schaltmöglichkeiten eines einfachen Planetengetriebes

12 Bild 4.1_2 Quelle: Haan-Gruiten Einfacher Planetenradsatz Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 4: Getriebesteuerung Bild 4.1_24 Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper Quelle: Westermann Ravigneaux-Satz Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 4: Getriebesteuerung Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

13 Bild 4.1_25 Quelle: Haan-Gruiten Lamellenkupplung eines Automatikgetriebes Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 4: Getriebesteuerung Bild 4.1_26 Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper Quelle: Haan-Gruiten Bandbremse eines Automatgetriebes Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 4: Getriebesteuerung Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

14 Bild 4.1_27 Freiläufe Bild 4.1_28 Quelle: Holland&Josenhans Aufbau Drehmomentwandler

15 Bild 4.1_29 Quelle: Holland&Josenhans Drehmomentverlauf Bild 4.1_0 Quelle: Holland&Josenhans Ölstrom im Drehmomentwandler

16 Bild 4.1_1 Quelle: Holland&Josenhans Wandlerüberbrückungskupplung Bild 4.1_2 Quelle: Holland&Josenhans Wandlerüberbrückungskupplung mit Lamellenkupplung

17 Bild 4.1_ Quelle: Haan-Gruiten Druckerzeugung-Ölpumpe Bild 4.1_4 Quelle: Haan-Gruiten Funktionsweise hydraulische Kupplung

18 Bild 4.1_5 Quelle: Haan-Gruiten Elektronische Getriebesteuerung - Systembild Bild 4.1_6 Zugkraft F Z t S < 1" t Zeit Fahrzeuggeschwindigkeit v F t S < 1" Zeit t Hochschalten ohne Zugkraftunterbrechung

19 Bild 4.1_7 Quelle: VW Motormoment - Eingriff Motordrehmoment Moment Zuschaltende Kupplung Abschaltende Kupplung Überschneidung Momentübernahme Zeit Überschneidungs- Schaltung / Steuerung Bild 4.1_8 Quelle: Westermann 5-Gang-Automatgetriebe (elektronisch gesteuert) 1 Drehmomentwandler 2 Ölpumpe Antriebswelle 4 Lamellenbremse B1 5 Kupplung K1 6 Kupplung K2 7 Lamellenbremse B 8 Kupplung K 9 Lamellenbremse B2 10 Abtriebswelle 11 Parksperrenrad 12 Zwischenwelle 1 Freilauf F2 14 Hinterer Planetenradsatz 15 Mittlerer Planetenradsatz 16 Elektro-hydraulische Steuereinheit 17 Vorderer Planetenradsatz 18 Freilauf F1 19 Statorwelle 20 Wandlerüberbrückungskupplung

20 Bild 4.1_9 Quelle: DaimlerChrysler Getriebe- und Schaltschema Automatikgetriebe Bild 4.1_40 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile D 2. Übersetzung B Motordrehzahl E. Übersetzung C 1. Übersetzung Kraftfluss im ersten Gang

21 Bild 4.1_41 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile D 2. Übersetzung B Motordrehzahl E. Übersetzung C 1. Übersetzung Kraftfluss im zweiten Gang Bild 4.1_42 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile D 2. Übersetzung B Motordrehzahl E. Übersetzung C 1. Übersetzung Kraftfluss im dritten Gang

22 Bild 4.1_4 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile B Motordrehzahl Kraftfluss im vierten Gang Bild 4.1_44 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile D 2. Übersetzung B Motordrehzahl E. Übersetzung C 1. Übersetzung Kraftfluss im fünften Gang

23 Bild 4.1_45 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile D 2. Übersetzung Programmwahlschalter Position S B Motordrehzahl E. Übersetzung C 1. Übersetzung Kraftfluss im Rückwärtsgang Bild 4.1_46 Quelle: DaimlerChrysler B1 B B2 K1 K K F F2 A B C D E 14 A Feststehende Teile D 2. Übersetzung Programmwahlschalter Position W B Motordrehzahl E. Übersetzung C 1. Übersetzung Kraftfluss im Rückwärtsgang

24 Bild 4.1_47 Quelle: DaimlerChrysler Y/6y N15/ ESG Steuergerät S16/10 Positionserkennungsschalter Y66/1 Stellmagnet P/R-Sperre X11/4 Prüfkupplung für Diagnose K8/ Anlasssperrrelais S16/7 Kickdownschalter Y/6l1 Drehzahlgeber n Y/6l2 Drehzahlgeber n2 Y/6s1 Anlasssperrkontakt Y/6b1 Temperaturfühler Y/6y1 Regelmagnetventil, Modulierdruck Y/6y2 Regelmagnetventil, Schaltdruck Y/6y Magnetventil, 1-2 und 4-5 Schaltung Y/6y4 Magnetventil, 2- Schaltung Y/6y5 Magnetventil -4 Schaltung Y/6y6 Magnetventil, KÜB Automatik-Getriebe (DC) - Steuergerät Bild 4.1_48 Quelle: DaimlerChrysler Y/6l1 Y/6l2 Y/6y1 Y/6y2 Y/6y6 Y/6y Y/6y4 Y/6y5 Y/6s1 Y/6b1 Elektronisches Steuergerät (ESG) Automatik-Getriebe (DC)

25 Bild 4.1_49 Quelle: VW 28_04 Parksperre Bild 4.1_50 Quelle: ZF 6-Gang-Automatgetriebe für Pkw 6 HP 26 (ZF)

26 Bild 4.1_51 Quelle: ZF 6 Gang-Automatgetriebe für Pkw Bild 4.1_52 Quelle: ZF Wandler Schaltkupplungen und -Bremsen Planetenradsatz Steuerung Prinzipzeichnung des Getriebes 6 HP 26

27 Bild 4.1_5 Einsatz der Schaltelemente Übersetzungen Getriebeschema 6 HP 26 Bild 4.1_54 Quelle: VW Anfahren Kick-Down Spontane Erhöhung der Sportlichkeit Querbeschleunigung Längsbeschleunigung Fahrertypbewertung Fahrwiederstandserkennung Niederreibwerterkennung ACC Warmlaufprogramm Hotmode- Programm Schaltprogrammauswahl ESP Wählhebel tiptronic Fast- Off Erkennung Kurven- Erkennung SVF Gangauswahl Dynamisches - Schalt - Programm