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Technischer Bereich
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Diese
Erfindung betrifft einen Gangschaltungsdrehmoment-Detektor.
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Technischer Hintergrund
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Automatisches
Wechseln von Gängen
ohne das Verwenden der Kupplung bei einem Stuftengetriebe erfordert,
dass das von dem Motor auf das Getriebe übertragene Drehmoment Null
oder annährend bei
Null ist – ein
sogenanntes Null-Drehmoment, insbesondere beim Wechseln von Gängen ohne
Auskuppelhandlungen, und insbesondere bei Getrieben ohne Synchronisiervorrichtungen.
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Nulldrehmomentdetektoren
des Stands der Technik verwenden eine Vielzahl verschiedener Mittel
zum Erfassen des Nulldrehmoments. Zum Beispiel verwendet
WO 02/47934 Sensoren, um
Parameter zu erfassen, welche die Anzahl von Umdrehungen zugehöriger Eingangs-
und Ausgangswellen in einem Getriebe betreffen. In
US 6,065,446 A wird ein Sollwertdrehmoment
aus einem Drehmomentfaktor, einem maximalen Drehmoment und einem
minimalen Drehmoment bestimmt. Der Drehmomentfaktor wird aus einem
Pedalwert und einer Drehgeschwindigkeit abgeleitet. Die maximalen
und minimalen Drehmomente werden als eine Funktion der Drehgeschwindigkeit,
einem Verlustdrehmoment und Motorleistungsparametern bestimmt. Das
Verlustdrehmoment wird als eine Funktion der Drehgeschwindigkeit
und der Leistungsparameter bestimmt. Derartige Detektoren werden
jedoch dadurch, dass sie Signale von mehreren Sensoren erfordern,
verhältnismäßig kompliziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen preisgünstigen
und verlässlichen
Drehmomentdetektor bereitzustellen, der nur einen einzelnen Sensor
verwendet.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst der Gangschaltungsdrehmoment-Detektor einen Lagesensor,
der dazu vorgesehen ist, wirkend zwischen einem Fahrzeugkörper und
einer an dem Fahrzeugkörper
elastisch aufgehängten
Antriebseinheit angebracht zu werden. Der Sensor ist dadurch geeignet,
eine relative Lage zwischen dem Fahrzeugkörper und der Antriebseinheit
zu ermitteln, wobei diese relative Lage bezeichnend für ein Getriebedrehmoment
ist, das ausreichend niedrig ist, um einen Gangwechsel in einem
Getriebe der Antriebseinheit zuzulassen. Dementsprechend basiert
die Erfindung auf der Tatsache, dass eine Antriebseinheit, wenn
sie durch ein Betriebsdrehmoment belastet ist, kleinen Drehbewegungen
aus einer neutralen Lage gegen elastische Kräfte von ihrer Aufhängung an
dem Fahrzeugkörper
unterzogen ist, wobei das Nulldrehmoment durch die neutrale Lage
repräsentiert
werden kann.
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Der
Detektor kann eine mit dem Sensor zwischen dem Fahrzeugkörper und
der Antriebseinheit verbindbare Verbindungsstange umfassen zum übertragen
von Bewegungen zwischen diesen in die relative Lage. Obwohl der
Detektor gleichermaßen
keine mechanischen Mittel zu benötigen
braucht, sondern optional einen kontaktfreien Sensor zum Erfassen der
relativen Lage verwenden kann, stellt die Verbindungsstange ein
stabiles und verlässliches
Mittel zum Übertragen
der Bewegungen zu dem Sensor dar.
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Der
Sensor kann geeigneterweise ein Drehsensor mit einem rotierbaren
Erfassungsarm sein, wobei ein freies Ende des Erfassungsarms mit
einem Ende der Verbindungsstange verbindbar ist. Obwohl viele verschiedene
Arten von Drehsensoren verwendet werden können, hat sich ein Analogsensor
des Hall-Element-Typs als geeignet erwiesen.
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Jeweilige
Enden der Verbindungsstange können über Universalgelenke
mit dem Sensor und dem Fahrzeugkörper
oder der Antriebseinheit verbindbar sein. Durch das Verwenden von
Universalgelenken werden kleine relative Längsbewegungen der Antriebseinheit
die Eingabe zu dem Sensor nur vernachlässigbar beeinträchtigen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten
Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen
ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise schematische Perspektivansicht mit weggeschnittenen
Teilen, welche einen in einem Automobil angebrachten erfindungsgemäßen Gangschaltungsdrehmoment-Detektor zeigt;
und
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2 ist
eine schematische Ansicht, welche die Prinzipien der Erfindung darstellt.
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Art(en) zum Ausführen der Erfindung
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1 zeigt
perspektivisch von hinten fragmentartige Teile eines Motorraums
mit einem Fahrzeugkörper 30 (Fahrzeugchassis)
und einer Antriebseinheit 40 (Antrieb) eines Automobils 90 wie
einem Lastkraftwagen.
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In
der Ausführungsform
der 1 sind ein Kupplungsgehäuse 42 und ein Schwungradgehäuse 50 der
Antriebseinheit 40 teilweise sichtbar. Die Antriebseinheit 40 umfasst
ferner einen Antriebsmotor wie einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt),
der vor dem Schwungradgehäuse 50 angebracht
ist, und ein hinter dem Kupplungsgehäuse 42 angebrachtes
und eine Eingangswelle 72 und eine Ausgangswelle 74 aufweisendes
Getriebe 70 (nur schematisch gezeigt).
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Wie
aus der geschnittenen Halbansicht der 2 verständlich wird,
sind Halteflansche 48 (nur einer ist gezeigt) der Antriebseinheit 40 auf
herkömmliche
Art an zugehörigen
Halteklammern 34 (nur eine ist gezeigt) des Fahrzeugkörpers 30 über Aufhängungsmittel
aufgehängt,
welche elastische Gummipuffer 36 aufweisen. Wenn die Antriebseinheit 40 sich
unter Last befindet, d.h. von externen Kräften beeinflusst ist, die dahin
streben, das Fahrzeug 90 abzubremsen oder zu beschleunigen,
ist die Antriebseinheit 40 durch ein Drehmoment von ihrer
Ausgangswelle 74 belastet.
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Wie
oben erwähnt,
wird im Betrieb das Drehmoment die Antriebseinheit 40 in
eine der Richtungen aus ihrer unbelasteten aufrechten Neutrallage gegen
die elastische Kraft von den Gummipuffer 36 ablenken, wie
in 2 als Schattenriss gezeigt. Wenn die Antriebseinheit 40 wieder
durch ein Nulldrehmoment entlastet ist, wird sie in die neutrale Lage
zurückkehren.
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Zur 1 zurückkehrend
ist ein erfindungsgemäßer Nulldrehmoment-
oder Gangschaltungsdrehmoment-Detektor 10 zwischen dem
Fahrzeugkörper 30 und
der Antriebseinheit 40 angebracht. Genauer gesagt ist in
der in 1 gezeigten Ausführungsform ein Ende einer Verbindungsstange 20 in der
Form einer Schub- und Zugstange mit einer Anbauplatte 44 verbunden,
die an dem Kupplungsgehäuse 42 der
Antriebseinheit 40 befestigt ist. Das andere Ende der Verbindungsstange 20 ist
mit einem Dreh-Lagesensor 12 verbunden, der an einer Anbauplatte
angebracht ist, welche wiederum an einem Längsbalken 32 des Fahrzeugkörpers 30 angebaut ist.
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Die
Verbindungsstange 20 umfasst eine Stange 22 mit
Gewinden 24, 24 an beiden Enden. Jedes Gewinde 24 ist
in einem Ende einer mit einem inneren Gewinde verse henen Hülse eingeschraubt aufgenommen.
Eine Arretiermutter 29 zwischen der Stange 22 und
der Hülse 28 ist
dazu geeignet, die Hülse 28 an
der Stange 22 an einer gewünschten Position entlang des
Gewindes 24 zu arretieren. Das andere Ende jeder mit Innengewinde
versehenen Hülse 28 ist
mit einer sphärischen
Vertiefung (nicht gezeigt) für
ein Universalgelenk 26 ausgebildet. Die passenden sphärischen
Köpfe (nicht
gezeigt) der Universalgelenke 26, 26 sind jeweils
mit der durch Bolzen mit dem Kupplungsgehäuse 42 verbundenen Anbauplatte 44 und
einem freien Ende eines rotierbaren Arms 16 befestigt,
der an einer rotierbaren Welle (nicht gezeigt) eines Gehäuses 14 des
Lagesensors 12 befestigt ist.
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Während erfindungsgemäß viele
verschiedene Lagesensoren – kontaktfreie
Sensoren, die keine Verbindungsstange benötigen, mit eingeschlossen – verwendet
werden können,
ist in der gezeigten Ausführungsform
der Sensor 14 ein analoger Winkellagesensor des Hall-Effekt-Typs,
zum Beispiel der Sensor, der als Teil Nr. 91680 von AB Elektronik GmbH,
Deutschland, geliefert wird.
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Die
Ausgabe des Sensors 12 ist über eine Signalleitung 62 mit
einer elektronischen Steuereinheit 60 für einen Gangschaltungsaktuator 66 verbunden. Die
Steuereinheit 60 ist mit einem Bordcomputer 80 des
Fahrzeugs 90 verbunden oder kann ein integraler Teil davon
sein (nicht gezeigt). In einer an sich bekannten Art wird die Steuereinheit 60 dann,
wenn der Bordcomputer 80 der Steuereinheit 60 eine
spezielle Gangschaltungsanweisung gibt, diese Anweisung nur zu dem
Gangschaltungsaktuator 66 weiterleiten, wenn der Sensor 14 einen
Nulldrehmoment-Zustand ausgibt, d.h. ein vorbestimmtes positives
oder negatives Drehmoment, das ausreichend gering ist, um ein Wechseln
eines Ganges in dem Getriebe 70 zu erlauben, möglicherweise
ohne eine Kupplung (nicht gezeigt) in dem Kupplungsgehäuse zu entkuppeln, abhängig von
Ausbildung und Automatisierungsgrad der Antriebseinheit 40.
In dieser Beschreibung umfassen die Ausdrücke "Gangschaltung" (engl.: "gearshift") und "Gang wechseln" (engt: "gearshifting") nicht nur, Gänge in einem Stufengetriebe
nach oben oder nach unten zu wechseln, sondern außerdem das
Wechseln von Gängen
von einer neutralen nicht beaufschlagten Gangstellung in irgendeine
beaufschlagte Gangstellung und umgekehrt.
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Um
immer genaue Signale von dem Lagesensor 12 zu erhalten,
wird die Neutrallage des Sensors 12 automatisch durch die
elektronische Steuereinheit 60 und/oder den Computer 80 kalibriert,
zum Beispiel jedes Mal dann, wenn das Kupplungspedal (nicht gezeigt)
niedergedrückt
wird oder wenn das Getriebe 70 sich in seiner neutralen
Lage befindet.
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Die
voranstehende detaillierte Beschreibung ist hauptsächlich zur
Verständnisklarheit
gegeben und es dürfen
keine unnötigen
Beschränkungen
daraus abgeleitet werden. Fachleuten werden beim Lesen dieser Offenbarung
Modifikationen offensichtlich erscheinen, und solche können durchgeführt werden, ohne
von dem Geist der Erfindung oder dem Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen.