DE10025797A1 - Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten Schaltgetrieben - Google Patents
Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten SchaltgetriebenInfo
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Abstract
Automatisiert betätigte Schaltgetriebe werden zunehmend im Automobilbau eingesetzt. Hierbei werden durch Elektromotoren oder hydraulisch die Fahrzeugkupplung betätigt und die Gänge geschaltet. Für den Gang ist eine getrennte Synchronisier- und Sperreinrichtung erforderlich. Demgegenüber liegt meiner Erfindung der Gedanke zugrunde, mit Hilfe einer Elektromaschine eine einzige Drehzahlsynchronisiereinrichtung für alle Gänge bereitzustellen, indem diese als Elektromotor die Getriebeeingangswelle beschleunigt oder im Generatorbetrieb abbremst. Die Elektromaschine kann bei bestimmten Fahrzuständen weitere Aufgaben übernehmen: Zum Anfahren und Rückwärtsfahren wird die Elektromaschine als rechts- oder linksdrehender Elektromotor betrieben. Wenn bei starkem Beschleunigen oder in bestimmten Drehzahlbereichen das Drehmoment des Antriebsmotors nicht ausreicht, kann die Elektromaschine als Elektromotor geschaltet werden und den Antriebsmotor unterstützen. Die Energie dafür wird gewonnen, indem beim Abbremsen des Fahrzeugs die Elektromaschine als Generator betrieben wird, Strom in den Fahrzeugakku speist und das Fahrzeug zusätzlich abbremst. Reicht dies nicht aus, kann die Elektromaschine im normalen Fahrbetrieb als Generator ("Lichtmaschine") geschaltet werden.
Description
Automatisiert betätigte Schaltgetriebe werden zunehmend im Automobil
bau eingesetzt. Hierbei werden durch Elektromotoren oder hydraulisch die
Fahrzeugkupplung betätigt und die Gänge geschaltet. Die Auslösung kann
automatisch oder manuell erfolgen. Aufgebaut sind solche Getriebe wie
konventionelle Schaltgetriebe: Ein Zahnrad ist drehfest mit einer Getriebe
welle verbunden und steht mit einem zweiten Zahnrad in Eingriff, das
drehbar auf einer weiteren Getriebewelle gelagert ist. Beim Schalten wird
das drehbar gelagerte Zahnrad mit der Getriebewelle durch eine seitlich
verschiebbare, aber drehfeste Muffe verbunden indem diese am Zahnrad
einrastet. Dazu müssen sich das Zahnrad und die Getriebewelle bzw. die
Muffe mit gleicher Drehzahl drehen. Diese Drehzahlsynchronisation erfolgt
mit Hilfe von kegelförmigen Reibungskupplungen, die beim seitlichen Ver
schieben der Muffe die Drehzahlgleichheit herstellen. Eine Sperre verhin
dert das Schalten des Ganges, bis Drehzahlgleichheit herrscht.
Für jeden Gang ist eine getrennte Synchronisier- und Sperreinrichtung er
forderlich. Demgegenüber liegt meiner Erfindung der Gedanke zugrunde,
mit Hilfe einer Elektromaschine eine einzige Drehzahlsynchronisierein
richtung für alle Gänge bereitzustellen. Dies wird durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst: indem eine Elektromaschine als Elektromotor die Ge
triebeeingangswelle beschleunigt oder im Generatorbetrieb abbremst. Die
Elektromaschine kann bei bestimmten Fahrzuständen weitere Aufgaben
übernehmen. Ausgestaltungen dazu sind in den Unteransprüchen angege
ben. Eine derartige Bauform bietet folgende Hauptvorteile:
- - der Generator am Antriebsmotor und dessen Antrieb können entfallen
- - der erste Gang und der Rückwärtsgang können entfallen
- - die Sperren zur Verhinderung des Schaltens bei ungleichen Drehzahlen können entfallen
- - die kegelförmigen Reibungskupplungen können entfallen
- - es werden weniger und einfacher herzustellende mechanische Bauteile benötigt
- - die Fahrzeugkupplung kann kleiner und einfacher ausgeführt werden
- - das Getriebe kann schmaler gebaut werden
- - für zusätzliche Gänge ist keine zusätzliche Synchronisiereinrichtung er forderlich
- - keine Reibungswärme durch die Reibungskupplungen im Getriebe
- - die Elektromaschine kann einfach gekühlt werden
- - eine standardisierte Bauform der Elektromaschine ist möglich
- - geringere Betätigungskräfte beim Schalten
- - geringere axiale Kräfte im Getriebe
- - Kraftstoffersparnis
Anhand eines Ausführungsbeispiels möchte ich meine Erfindung erläutern.
Fig. 1 auf Seite 7 zeigt eine schematische Anordnung. Dabei stellen dar:
- - Position 1: Elektromaschine (Drehstrom-Asynchron-Maschine)
- - Position 2: Getriebeeingangswelle mit zwei darauf drehfest verbundenen Zahnrädern
- - Position 3: Getriebeausgangswelle mit zwei darauf drehbar gelagerten Zahnrädern
- - Position 4: seitlich verschiebbare, aber drehfeste Muffe
- - Position 5: Leistungselektronik
- - Position 6: Fahrzeugakku
- - Position 7: elektronisches Steuergerät
Am elektronischen Steuergerät symbolisieren die Pfeile rechts die Eingänge
der beiden Raddrehzahlsensoren, der linke Pfeil den Drehzahlsensor der
Elektromaschine, die unteren Pfeile den Eingang für den Schaltbefehl und
den Ausgang für die Drehzahlinformation und die oberen Pfeile die Steuer
leitungen zur Leistungselektronik und zu den Elektromotoren für die Betä
tigung der Fahrzeugkupplung und der Schaltmuffe.
Die Drehstrom-Asynchron-Maschine ist an das Getriebe angebaut und
wirkt über ein Zahnradpaar auf die Getriebeeingangswelle. Dadurch kann
eine günstige Übersetzung gewählt werden. Die Getriebeeingangswelle
wird über die Fahrzeugkupplung, die per Elektromotor betätigt wird, vom
Antriebsmotor angetrieben. Das Differentialgetriebe ist mit der Getriebe
ausgangswelle verbunden und stellt die Verbindung zu den beiden An
triebsrädern mit den Raddrehzahlsensoren her. Der jeweilige Gang wird
geschaltet, indem die seitlich verschiebbare, aber drehfeste Muffe eine
Verbindung zwischen dem drehbar gelagerten Zahnrad und der Getriebe
ausgangswelle herstellt. Auch die Muffe wird von einem Elektromotor be
wegt.
Fig. 2 auf Seite 8 zeigt den prinzipiellen Funktionsablauf beim Schalten:
Nach dem Befehl zum Schalten eines bestimmten Ganges wird durch elek
tromotorische Betätigung der Fahrzeugkupplung die Verbindung zum An
triebsmotor getrennt. Der Antriebsmotor läuft nun mit Leerlaufdrehzahl.
Die seitlich verschiebbare Muffe wird von einem Elektromotor in eine
Mittelstellung verschoben. Es besteht keine Verbindung eines drehbar gela
gerten Zahnrades über die Muffe mit der Getriebeausgangswelle mehr. An
hand des Mittelwertes der beiden Raddrehzahlsensoren und der gespei
cherten Übersetzung des Differentialgetriebes wird die Drehzahl der Ge
triebeausgangswelle errechnet. Die Drehzahl des zu schaltenden, drehbar
gelagerten Zahnrades wird anhand der gespeicherten Getriebeübersetzung
und der Drehzahl der Elektromaschine errechnet. Ist die Drehzahl des zu
schaltenden, drehbar gelagerten Zahnrades kleiner als die Drehzahl der Ge
triebeausgangswelle wird die Elektromaschine als Elektromotor geschaltet,
um die Drehzahl der Getriebeeingangswelle und damit des zu schaltende
Zahnrades zu erhöhen. Ist die Drehzahl größer, wird die Elektromaschine
als Generator betrieben, um das Zahnrad abzubremsen. Der Vorgang läuft
ab, bis die Drehzahlen der Getriebeausgangswelle und des zu schaltenden
Zahnrades identisch sind. Dann wird der Gang geschaltet, indem die dreh
feste Muffe seitlich verschoben wird, am Zahnrad einrastet und dadurch
eine Verbindung zwischen dem Zahnrad und der Getriebeausgangswelle
herstellt. Die Drehzahl der Getriebeeingangswelle wird vom elektronischen
Steuergerät des Getriebes an das elektronische Steuergerät des Antriebs
motors gemeldet, damit dessen Drehzahl auf diesen Wert erhöht werden
kann. Im Anschluss daran wird eingekuppelt.
Zum Anfahren und Rückwärtsfahren wird die Elektromaschine als rechts-
oder linksdrehender Elektromotor betrieben. Es ist ausgekuppelt und im
Getriebe ist der kleinste Gang eingelegt. Wenn bei starkem Beschleunigen
oder in bestimmten Drehzahlbereichen das Drehmoment des Antriebsmo
tors nicht ausreicht, kann die Elektromaschine bei eingelegtem Gang als
Elektromotor geschaltet werden und den Antriebsmotor unterstützen. Die
Energie dafür wird gewonnen, indem beim Abbremsen des Fahrzeugs die
Elektromaschine als Generator betrieben wird, kurzzeitig einen hohen
Strom in den Fahrzeugakku speist und das Fahrzeug zusätzlich abbremst.
Reicht dies nicht aus, kann die Elektromaschine im normalen Fahrbetrieb
als Generator ("Lichtmaschine") geschaltet werden und die elektrischen
Verbraucher mit Strom versorgen und den Fahrzeugakku allmählich aufla
den.
Die Betätigung der Fahrzeugkupplung und der seitlich verschiebbaren Muf
fen und der Aufbau des elektronischen Steuergerätes und der Leistungse
lektronik sind nicht Gegenstand dieses Patentes und werden darum nicht
näher beschrieben.
Um eine unabhängige Funktionseinheit zu erhalten, kann die Getriebeaus
gangswelle mit einem eigenen Drehzahlsensor ausgestattet werden. Die
Funktion der Handbremse kann in das Getriebe integriert werden um die
Feststellbremse zu ersetzen und das Anfahren an Steigungen zu automati
sieren.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation einer Getriebewelle mit einem
darauf drehbar gelagerten Zahnrad in automatisiert betätigten Schaltge
trieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektromaschine als Elek
tromotor arbeitet und eine Getriebewelle mit darauf drehfest montierten
Zahnrädern, die mit den drehbar gelagerten Zahnrädern in Eingriff ste
hen, beschleunigt oder im Generatorbetrieb abbremst, bis Drehzahl
gleichheit erreicht ist und daß dieser Vorgang von einem elektronischen
Steuergerät und einer Leistungselektronik anhand der Signale von zwei
Sensoren, welche der Drehzahlen der Getriebewelle und des darauf
drehbar gelagerten Zahnrades entsprechen, gesteuert wird.
2. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
elektronischen Steuergerät die erforderlichen Drehzahlen berechnet,
Elektromotoren ansteuert, welche die Fahrzeugkupplung betätigen und
die Gänge schalten und daß das Steuergerät eine Leistungselektronik
ansteuert, die den Stromfluss zur bzw. von der Elektromaschine regelt.
3. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Gänge und des Differentialge
triebes zur Drehzahlberechnung im Steuergerät gespeichert werden.
4. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle
drehfest montierten Zahnräder auf der Getriebeeingangswelle montiert
sind.
5. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromaschine auf die Getriebeeingangswelle wirkt.
6. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehzahl der Getriebeeingangswelle aus einem Drehzahlsensor, der in
der Elektromaschine eingebaut ist, errechnet wird.
7. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehzahl der Getriebeausgangswelle aus den Mittelwerten der beiden
Raddrehzahlsensoren für ein Antiblockiersystem errechnet wird.
8. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
elektronische Steuergerät des Getriebes vor dem Einkuppeln die Dreh
zahl der Getriebeeingangswelle an das elektronische Steuergerät des
Antriebsmotors übermittelt.
9. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromaschine zum Anfahren und Rückwärtsfahren dient, indem sie
als links- oder rechtsdrehender Elektromotor im ausgekuppelten Zu
stand und mit der kleinsten Getriebeübersetzung das Fahrzeug antreibt.
10. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromaschine als Elektromotor geschaltet wird und den Antriebs
motor unterstützt, wenn dessen Drehmoment nicht ausreicht.
11. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromaschine als Generator betrieben wird, wenn das Fahrzeug ab
gebremst wird.
12. Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten
Schaltgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromaschine als Generator betrieben werden kann, wenn keine
Gänge geschaltet werden.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10025797A DE10025797A1 (de) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Vorrichtung zur Drehzahlsynchronisation in automatisiert betätigten Schaltgetrieben |
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Country | Link |
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DE (1) | DE10025797A1 (de) |
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
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