DE102021208977A1

DE102021208977A1 - Schaltverfahren für ein pedalbetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021208977A1
Application number: DE102021208977.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Ulrich Doerr; Hagen Doepfert; Christoph Margraf; Reinhard Deppert; Thomas Riedisser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug, mit einem Motor (M), einer Abtriebswelle (Wa), einem Mehrstufengetriebe (G), einer als Eingangswelle des Mehrstufengetriebes (G) ausgebildete Tretkurbelwelle (We) und mindestens einem Drehmomentübertragungspfad zum Übertragen eines Drehmomentflusses von dem Motor (M) zu der Abtriebswelle (Wa); wobei eine Ausgangswelle des Getriebes über eine fixe Übersetzung mit der Abtriebswelle (Wa) verbunden ist; und wobei der Drehmomentübertragungspfad vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes (G) verläuft. Ein Antriebsmoment des Motors (M) wird in Abhängigkeit eines Schaltvorgangs des Mehrstufengetriebes (G) erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Steuervorrichtung nach Anspruch 6 und ein Computerprogramm nach Anspruch 7.
Aus dem Stand der Technik sind Steuerungen für Schaltgetriebe von Fahrrädern bekannt, die einen Schaltvorgang in Abhängigkeit der Stellung der Tretkurbel eines Fahrrads auslösen. Der Schaltvorgang wird ausgelöst, sobald die Tretkurbel einen Totpunkt erreicht. Im Totpunkt sind die von dem Fahrer aufgebrachten Pedalkräfte am geringsten. Indem im Totpunkt geschaltet wird, lassen sich Lastschaltungen daher weitestgehend vermeiden bzw. entschärfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gangwechsel bei einem pedalbetriebenen Fahrzeug zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Steuervorrichtung nach Anspruch 6 und ein Computerprogramm nach Anspruch 7. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb einer Anordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich etwa um ein Fahrrad.
Die Antriebsanordnung umfasst einen Motor, eine Abtriebswelle, ein Mehrstufengetriebe, eine Tretkurbelwelle und mindestens einen Drehmomentübertragungspfad.
Als Motor kommt vorzugsweise ein Elektromotor zum Einsatz. Der Motor ist über den Drehmomentübertragungspfad mit der Abtriebswelle verbunden.
Ein Drehmomentübertragungspfad ist eine Anordnung zum Übertragen eines Drehmomentflusses. Die Anordnung umfasst ein oder mehrere Mittel, die zum Übertragen des Drehmomentflusses zusammenwirken. Die Mittel sind relativ zueinander beweglich, vorzugsweise drehbeweglich, sodass mit dem Drehmomentfluss Bewegungsenergie übertragen wird.
Vorliegend überträgt der Drehmomentübertragungspfad einen Drehmomentfluss von dem Motor bzw. dessen Rotor zu der Abtriebswelle. Insbesondere sind der Rotor des Motors und die Abtriebswelle Teil des Drehmomentübertragungspfads. Zum Übertragen des Drehmomentflusses bzw. der Bewegungsenergie von dem Motor bzw. dessen Route zu der Abtriebswelle bildet der Drehmomentübertragungspfad eine drehwirksame Verbindung zwischen dem Motor bzw. dessen Rotor und der Abtriebswelle aus.
Eine drehwirksame Verbindung bezeichnet eine Verbindung mit einem beliebigen Getriebefreiheitsgrad, vorzugsweise mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1. Eine allgemeine Definition des Begriffs Getriebefreiheitsgrad, auch Getriebelaufgrad genannt, befindet sich im „Dubbel“ (Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen; 22. Auflage, 2007). Der Getriebefreiheitsgrad einer Getriebestufe stimmt mit der Anzahl relativer Bewegungen überein, die vorgegeben werden müssen, damit die Bewegungen aller Glieder der Getriebestufe vollständig festgelegt sind. Dies entspricht der Anzahl relativer Bewegungen, die zu verhindern sind, um alle Glieder der Getriebestufe bewegungsunfähig zu machen.
Eine drehwirksame Verbindung mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1 entspricht einem eindeutigen Drehzahlzusammenhang zwischen den Gliedern. Sind also der Motor bzw. dessen Rotor und die Abtriebswelle mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1 verbunden, so ist in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Motors bzw. dessen Rotor eine Drehzahl der Abtriebswelle eindeutig bestimmt. Insbesondere kann zwischen den Drehzahlen des Motors bzw. von dessen Rotor und der Abtriebswelle ein linearer Drehzahlzusammenhang bestehen.
Über die Abtriebswelle wird eine Abtriebsleistung an das Fahrzeug abgegeben. Entsprechend ist die Abtriebswelle über einen Übertragungsmechanismus derart mit einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs verbunden, dass der Übertragungsmechanismus Abtriebsleistung von der Abtriebswelle auf die ein oder mehreren Räder überträgt. Bei einem Fahrrad erfolgt die Übertragung gewöhnlich zu einem Hinterrad.
Vorzugsweise ist die Antriebsanordnung in einem Tretlager des Fahrrads angeordnet. Als Übertragungsmechanismus dient dann bevorzugt ein Zugmittelgetriebe, etwa ein Kettenantrieb oder ein Riemenantrieb.
Die Abtriebswelle ist bevorzugt drehfest mit einem Glied des Zugmittelgetriebes verbunden. Im Falle eines Kettenantriebs handelt es sich bei diesem Glied um ein Kettenblatt.
Ein weiteres Glied des Zugmittelgetriebes ist koaxial zu dem Hinterrad angeordnet und vorzugsweise mindestens teilweise drehfest mit dem Hinterrad verbunden. Bei einem Kettenantrieb ist das weitere Glied als Ritzel ausgebildet, das über eine Kette drehwirksam mit dem Kettenblatt verbunden ist.
Ein Mehrstufengetriebe ist ein Getriebe mit mehreren schaltbaren Übersetzungen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Mehrstufengetriebes. Zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle besteht dabei jeweils eine drehwirksame Verbindung.
Als Eingangswelle des Mehrstufengetriebes ist vorliegend eine Tretkurbelwelle ausgebildet. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie zwei Tretkurbeln aufweist. Die Tretkurbeln sind drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden.
Die Ausgangswelle des Getriebes ist drehwirksam mit der Abtriebswelle verbunden. Ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Ausgangswelle und der Abtriebswelle ist dabei fix, das heißt unveränderlich. Vorzugsweise ist die Ausgangswelle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Insbesondere können die Ausgangswelle und die Abtriebswelle einstückig miteinander verbunden sein.
Der von dem Motor bzw. dessen Rotor zu der Abtriebswelle verlaufende Drehmomentübertragungspfad verläuft nicht durch das Mehrstufengetriebe hindurch. Der Drehmomentübertragungspfad verläuft also vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes. Kein Teil des Drehmomentübertragungspfads ist gleichzeitig Teil des Mehrstufengetriebes.
Erfindungsgemäß wird ein Antriebsmoment, mit dem der Rotor des Motors beaufschlagt wird, in Abhängigkeit eines Schaltvorgangs des Mehrstufengetriebes, das heißt in Abhängigkeit eines Wechsels der Übersetzung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Mehrstufengetriebes, erhöht. Das Antriebsmoment erhöht sich dabei ausgehend von einem Ausgangswert auf einen erhöhten Wert. Der erhöhte Wert zeichnet sich dadurch aus, dass er größer ist als der Ausgangswert.
Da der Drehmomentübertragungspfad von dem Motor zu der Abtriebswelle vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes verläuft, bewirkt die Erhöhung des Antriebsmoments eine Entlastung des Mehrstufengetriebes. Dadurch lässt sich der Schaltvorgang im entlasteten Zustand durchführen. Dies ist von Vorteil, da der Schaltvorgang ohne zeitliche Verzögerung durchgeführt werden kann. Es ist nicht notwendig, den Schaltvorgang zurückzustellen, bis sich die Tretkurbelwelle im Totpunkt befindet. Vorzugsweise wird aber das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Schaltvorgang im Totpunkt der Tretkurbelwelle kombiniert, um eine vollständige und sichere Entlastung des Mehrstufengetriebes während des Schaltvorgangs zu erzielen.
In einer bevorzugten Weiterbildung liegt der erhöhte Wert des Antriebsmoments während mindestens eines Teils des Schaltvorgangs an. Während dieses Teils des Schaltvorgangs ist das Schaltgetriebe aufgrund des erhöhten Antriebsmoments des Motors entlastet.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung liegt der erhöhte Wert des Antriebsmoments während des gesamten Schaltvorgangs, das heißt von Beginn des Schaltvorgangs bis zum Ende des Schaltvorgangs, an.
Weiterhin bevorzugt wird eine Erhöhung des Antriebsmoments bereits vor dem Schaltvorgang, sodass der Schaltvorgang erst dann startet, wenn der erhöhte Wert des Antriebsmoments bereits anliegt. Dies ist von Vorteil, da das Mehrstufengetriebe bereits zu Beginn des Schaltvorgangs entlastet ist.
Nach dem Schaltvorgang wird das Antriebsmoment in einer bevorzugten Weiterbildung abgesenkt. Vorzugsweise nimmt das Antriebsmoment nach der Absenkung wieder seinen Ausgangswert an.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist ausgebildet, die oben beschriebene Antriebsanordnung zu steuern. Die Antriebsvorrichtung wird dabei so gesteuert, dass das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung ausgeführt wird. Insbesondere ist die Steuervorrichtung ausgebildet, das Antriebsmoment des Motors zu steuern und den Schaltvorgang des Mehrstufengetriebes auszulösen. Bei der Steuervorrichtung kann es sich um ein einzelnes Steuergerät oder eine Anordnung von mehreren Steuergeräten handeln.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist ausgebildet, die Steuervorrichtung zu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung auszuführen, das heißt die Anordnung so zu steuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung ausgeführt wird. Bei einer Steuervorrichtung mit einem darauf lauffähigen erfindungsgemäßen Computerprogramm handelt es sich also um eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Anordnung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

1 ein Antriebslayout.

Eine Eingangswelle W_e eines Hauptgetriebes G ist als Tretkurbelwelle ausgestaltet. Von einem Fahrer aufgebrachte Tretenergie wird über die Eingangswelle W_e in das Hauptgetriebe G eingeleitet.
Eine Ausgangswelle W_a des Hauptgetriebes G weist als Festrad ein Kettenrad K auf. Zwischen der Ausgangswelle W_a und dem Kettenrad K besteht eine drehfeste Verbindung. Die von dem Fahrer aufgebrachte Tretenergie wird somit durch das Hauptgetriebe entsprechend der jeweils eingelegten Gangstufe gewandelt und über die Ausgangswelle W_a an das Kettenrad K abgegeben.
Das Hauptgetriebe G ist als Mehrstufengetriebe ausgeführt. Dadurch stehen mehrere schaltbare Gangstufen bereit, die jeweils einer Übersetzung zwischen der Eingangswelle W_e und der Ausgangswelle W_a entsprechen.
Um den Fahrer zu unterstützen, ist ein Motor M vorgesehen. Dieser treibt eine Rotorwelle R an.
Die Rotorwelle R ist als Eingangswelle eines Nebengetriebes G' ausgebildet. Das Nebengetriebe G' wandelt die an der Rotorwelle R anliegende Motorleistung und gibt sie an ein Antriebsrad A ab. Das Antriebsrad A ist wie das Kettenrad K als Festrad der Ausgangswelle W_a ausgebildet und entsprechend drehfest mit der Ausgangswelle W_a verbunden. Dadurch summiert die Ausgangswelle W_a die Antriebsleistungen des Fahrers und des Motors M.
Bezugszeichenliste

We: Eingangswelle
Wa: Ausgangswelle
G: Hauptgetriebe
G': Nebengetriebe
M: Motor
R: Rotorwelle
A: Antriebsrad
K: Kettenrad

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug, mit einem Motor (M), einer Abtriebswelle (W_a), einem Mehrstufengetriebe (G), einer als Eingangswelle des Mehrstufengetriebes (G) ausgebildete Tretkurbelwelle (W_e) und mindestens einem Drehmomentübertragungspfad zum Übertragen eines Drehmomentflusses von dem Motor (M) zu der Abtriebswelle (W_a); wobei eine Ausgangswelle des Getriebes über eine fixe Übersetzung mit der Abtriebswelle (W_a) verbunden ist; wobei der Drehmomentübertragungspfad vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes (G) verläuft; dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmoment des Motors (M) in Abhängigkeit eines Schaltvorgangs des Mehrstufengetriebes (G) erhöht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass während mindestens eines Teils des Schaltvorgangs ein erhöhtes Antriebsmoment des Motors (M) anliegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass während des gesamten Schaltvorgangs ein erhöhtes Antriebsmoment des Motors (M) anliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment vor dem Schaltvorgang erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment nach dem Schaltvorgang abgesenkt wird.
Steuervorrichtung zur Steuerung einer Antriebsanordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ausgebildet ist, die Antriebsvorrichtung gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche zu steuern.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Antriebsanordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug zu veranlassen, die Antriebsvorrichtung gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche zu steuern.