Lehrstuhl für Maschinenelemente TU München Prof. Dr.-Ing. B.-R. Höhn. Prüfung Antriebssystemtechnik für Fahrzeuge WS 2009 / 2010.

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1 Lehrstuhl für Maschinenelemente TU München Prof. Dr.-Ing. B.-R. Höhn Prüfung Antriebssystemtechnik für Fahrzeuge WS 2009 / Berechnung - (Bearbeitungszeit: 60 min) Hinweise: Die Angaben werden mit den Arbeitsblättern eingesammelt. Tragen Sie bitte auf den Bearbeitungsbögen und auf der Angabe Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein. Es werden nur handschriftliche Lösungen gewertet. Die vorliegende Angabe der Prüfung umfasst 7 Seiten. Name: Vorname: Matrikelnummer: Hörsaal: Platz-Nr.:

2 Seite 2 von 7 Seiten Aufgabe 1: Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau zweier hintereinandergeschalteter Planetengetriebe. Der Antrieb erfolgt an der Welle A, der Abtrieb an der Welle B. Die Hohlräder (2) und (2 ) sind fest mit dem Gehäuse verbunden. II 2 I p1 1 p1 2 p2 A 1 B Bild 1: Getriebe Gegeben: Getriebe I: Zähnezahl Zahnrad 1 z 1 = 20 Zähnezahl Zahnrad 2 z 2 = - 64 Zähnezahl Planet p1 z p1 = 22 Standwirkungsgrad η 12 = 0,97 Getriebe II: Zähnezahl Zahnrad 1 z 1 = - 90 Zähnezahl Zahnrad 2 z 2 = Zähnezahl Planet p1 z p1 = 30 Zähnezahl Planet p2 z p2 = 40 Standwirkungsgrad η 1 2 = 0,98

3 Seite 3 von 7 Seiten 1.1 Bestimmen Sie die Standübersetzungen i 12 und i 1 2 von Getriebe I und Getriebe II. 1.2 Welche Gesamtübersetzung i AB ergibt sich aus dieser Getriebeanordnung? 1.3 Bei Vernachlässigung von Verlusten: Bestimmen Sie für Getriebe II das Verhältnis der Wälzleistung P W1 zur Antriebsleistung P A. Wie groß ist das Verhältnis der Kupplungsleistung P K1 von Welle 1 zur Antriebsleistung P A in Getriebe II? 1.4 Bei Vernachlässigung von Verlusten: Zeichnen Sie ein Schema, in dem die äußeren und inneren Leistungsflüsse von Getriebe II deutlich werden. Geben Sie darin den Betrag der Leistungsflüsse bezogen auf die Antriebsleistung P A an. 1.5 Wie groß sind für die gegebenen Standwirkungsgrade die Umlaufwirkungsgrade η 1s und η 1 s von Getriebe I und II? Wie groß ist der Gesamtwirkungsgrad η AB der Getriebeanordnung?

4 Seite 4 von 7 Seiten Aufgabe 2: Bild 2 zeigt schematisch das Antriebskonzept eines modernen Hybridfahrzeuges. Der Antrieb erfolgt primär durch den Verbrennungsmotor auf das Hohlrad 2 des Planetengetriebes I. Der Elektromotor A ist fest mit der Sonnenwelle 1 von Getriebe I und dem Hohlrad 2 von Getriebe II verbunden. Der Elektromotor B ist fest mit der Sonnenwelle 1 von Getriebe II und der Sonnenwelle 1 von Getriebe III verbunden und kann über die Kupplung K3 mit dem Gehäuse oder über die Kupplung K4 mit der Stegwelle s und s von Getriebe I und II verbunden werden. Der Abtrieb zum Differential erfolgt über den Steg s von Getriebe III. Durch Kupplung K1 kann das Hohlrad 2 von Getriebe III eingebremst werden. Durch Kupplung K2 kann die Stegwelle s und s von Getriebe I und II mit der Stegwelle s von Getriebe III (Abtrieb) verbunden werden. s 2 1 A B s s K4 K2 D K3 K1 I II III Bild 2: Schema eines leistungsverzweigten Hybridantriebes Hinweis: Im Folgenden sollen zwei unterschiedliche Betriebszustände des Hybridantriebes untersucht werden. Die Aufgaben zu diesen Betriebszuständen sind unabhängig voneinander lösbar.

5 Seite 5 von 7 Seiten Gegeben: Verbrennungsmotor (Betriebszustand I): Drehzahl n V-MotI = /min Drehmoment M V-MotI = 100 Nm Getriebe I: Standübersetzung i 12 = - 2,00 Standwirkungsgrad η 12 = 0,97 Getriebe II: Standübersetzung i 12 = - 2,50 Standwirkungsgrad η 12 = 0,97 Getriebe III: Standübersetzung i 12 = - 3,00 Standwirkungsgrad η 12 = 0,97 Achsdifferential: Übersetzung i D = 3,14 Wirkungsgrad η D = 0,95 Fahrzeug: Masse m = 2500 kg Dynamischer Radradius r dyn = 0,30 m Rollwiderstandsbeiwert f R = 0,015 Stirnfläche A St = 2,50 m² Luftwiderstandsbeiwert c W = 0,35 Sonstiges: Dichte der Luft: ρ L = 1,20 kg/m³ Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s²

6 Seite 6 von 7 Seiten Betriebszustand I: K1 K2 K3 K4 X Das Fahrzeug fährt mit einer Geschwindigkeit von 36 km/h. Es ist nur Kupplung K1 geschlossen. 2.1 Bestimmen Sie die Drehzahl des Getriebeausgangs n s. 2.2 Welche Drehzahl n B ergibt sich am Elektromotor B? 2.3 Bestimmen Sie die Drehzahl n s = n s der Stegwelle von Getriebe I und II, sowie die Drehzahl n A des Elektromotors A. Stellen Sie hierzu die Willis-Gleichungen der Getriebe I und II auf und benutzen Sie diese zwei Gleichungen zur Bestimmung der zwei gesuchten Drehzahlen. Notfallwert: n A = 500 1/min 2.4 Die von Elektromotor B abgegebene Leistung sei geringer als die für den Vortrieb benötigte Leistung. Bestimmen Sie die Betriebszustände der beiden Planetengetriebe I und II mit Begründung und geben Sie die Vorzeichen der Wälzleistungen w1 und w1 an. 2.5 Bestimmen Sie die Drehmomente M s und M s an den Stegwellen von Planetengetriebe I und II. 2.6 Bestimmen Sie das Drehmoment M A von Elektromotor A sowie dessen Leistung P A. Wird der Elektromotor A motorisch oder generatorisch betrieben?

7 Seite 7 von 7 Seiten Betriebszustand II: K1 K2 K3 K4 - X X - Das Fahrzeug fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 180 km/h in der Ebene. Durch Schließen der Kupplungen K2 und K3 verhält sich die Getriebeeinheit wie ein konventionelles Automatikgetriebe in Planetenbauweise. Die Elektromotoren A und B werden in diesem Betriebszustand nicht eingesetzt. 2.7 Zeichnen Sie die Wolf-Symbolik für Betriebszustand II und substituieren Sie in geeigneter Weise. 2.8 Welche Übersetzung i ges und welcher Wirkungsgrad η ges zwischen Verbrennungsmotor und den Rädern ergibt sich für Betriebszustand II? 2.9 Bestimmen Sie das Drehmoment M V-MotII und die Drehzahl n V-MotII des Verbrennungsmotors unter Annahme einer schlupflosen Kraftübertragung.