DE10223503A1 - Gangwechselvorrichtung für Fahrzeuggetriebe - Google Patents

Abstract

Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe wird bereitgestellt, um den für die Gangwechselvorrichtung in einem motorisierten Getriebe erforderlichen Platz zu verringern. Die Gangwechselvorrichtung weist eine Welle 11, eine Schaltgabel 12, einen Gangauswahlmechanismus 13 und einen Gangschaltmechanismus 14 auf. Die Schaltgabel 12 ist nicht-drehbar an der Welle 11 montiert und in der Auswahlrichtung beweglich. Der Gangauswahlmechanismus 13 bewegt die Schaltgabel 12 in einer Längsrichtung der Welle 11 und ist mit einem Elektromotor 33 und einem Schneckenvorschubmechanismus 30 versehen. Der Gangschaltmechanismus 14 schwenkt die Schaltgabel 12, um eine Kraft auf eine Schaltmuffe 10 auszuüben und die Schaltmuffe 10 zu bewegen, wobei somit bewirkt wird, dass das Getriebezahnrad ausgekuppelt und eingekuppelt wird. Der Gangschaltmechanismus 14 ist mit einem Elektromotor 48 und einem Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus 40 versehen. Der Schneckenvorschubmechanismus 30 und der Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus 40 sind koaxial bezüglich der Welle 11 angeordnet.

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe. Insbesondere betrifft die vorlie­ gende Erfindung eine Vorrichtung, die einen Motor verwendet, um einen Gangschaltmechanismus und einen Gangauswahlmechanis­ mus zu betätigen.

2. Hintergrundinformation

Auch heute verwenden Busse, Lastkraftwagen und andere große Fahrzeuge immer noch hauptsächlich Handschaltgetriebe. Bei Handschaltgetrieben ist ein Schalthebel nahe dem Sitz des Fah­ rers angeordnet. Der Schalthebel ist durch eine Betätigungs­ stange oder einen anderen Verbindungsmechanismus mechanisch mit dem Getriebe gekoppelt. Um die Gänge zu wechseln, bewegt der Fahrer physisch den Getriebemechanismus durch Betätigen des Hebels. Folglich erfordert die Betätigung des Hebels einen gewissen Grad an Kraft und wird zu einer großen Belastung für den Fahrer, wenn ein häufiger Gangwechsel erforderlich ist.

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein ferngesteuertes Hand­ schaltgetriebe entwickelt. Das ferngesteuerte Handschaltge­ triebe ist mit einer Gangwechselvorrichtung und einem Getriebe versehen. Die Gangwechselvorrichtung wird von einem Motor be­ tätigt. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) des Getriebes steuert die Gangwechselvorrichtung unter Verwendung eines elektrischen Signals. Mit dem ferngesteuerten Handschaltge­ triebe können Gänge unter Verwendung von nur einer kleinen Menge an Kraft, um den Schalthebel zu betätigen, gewechselt werden, da der Motor die Bewegung des Getriebemechanismus durchführt. Folglich wird die mit dem Betätigen des Schalthe­ bels verbundene Belastung verringert.

Ein Handschaltgetriebe ist im Allgemeinen mit einer Vielzahl von Schaltmuffen versehen, die in einer Auswahlrichtung ausge­ richtet sind. Die Gangwechselvorrichtung, die am Handschaltge­ triebe vorgesehen ist, kuppelt durch Bewegen der vom Gangaus­ wahlmechanismus ausgewählten Schaltmuffe in der Schaltrichtung die Zahnräder aus und ein. Die Gangwechselvorrichtung ist ty­ pischerweise mit einer Schaltgabel, einer Welle, einem Gang­ auswahlmechanismus und einem Gangschaltmechanismus ausgestat­ tet. Die Schaltgabel ist so gestaltet, dass ein Ende mit jeder der Schaltmuffen in Eingriff kommen kann. Die Welle ist derart strukturiert, dass die Schaltgabel an der Welle drehfest gela­ gert ist, so dass sich die Schaltgabel nicht drehen kann. Der Gangauswahlmechanismus bewegt die Schaltgabel entlang der Welle in der Auswahlrichtung. Der Gangschaltmechanismus schwenkt die Schaltgabel, um die Schaltmuffe in der Schalt­ richtung zu bewegen. Der Gangauswahlmechanismus und der Gang­ schaltmechanismus weisen jeweils beispielsweise einen elektrisch angetriebenen Kugelumlaufspindelmechanismus auf.

Der Gangauswahlmechanismus in einer herkömmlichen motorbetrie­ benen Gangwechselvorrichtung verwendet beispielsweise einen elektrisch angetriebenen Kugelumlaufspindelmechanismus, um die Drehung eines Motors in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln. Ein Element, das sich folglich geradlinig bewegt, ist mit ei­ nem Gestänge mit der Schaltgabel gekoppelt und die Schaltgabel wird in der Auswahlrichtung entlang der Welle bewegt. Da der elektrisch angetriebene Kugelwellenmechanismus parallel zur Welle und nicht koaxial angeordnet ist, belegt die Gangschalt­ vorrichtung einen relativ großen Platz.

Unterdessen verwendet ein Gangschaltmechanismus in einer her­ kömmlichen Gangwechselvorrichtung einen Schneckenvorschubme­ chanismus, um die Drehung eines Elektromotors in eine geradli­ nige Bewegung umzuwandeln, und ein Gestänge, um einen mit der Welle gekoppelten Hebel zu schwenken. Alternativ kann ein her­ kömmlicher Gangschaltmechanismus einen Schneckenradmechanismus mit einem hohen Untersetzungsverhältnis verwenden, um die Dre­ hung des Elektromotors in eine Schwenkbewegung umzuwandeln. Solche Schneckenvorschubmechanismen und Schneckenradmechanis­ men erfordern eine große Menge an Platz, da sie in rechten Winkeln bezüglich der Welle, die die Schaltgabel hält, ange­ ordnet werden müssen.

Angesichts des obigen existiert ein Bedarf für eine Gangwech­ selvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe, die die vorstehend erwähnten Probleme im Stand der Technik beseitigt. Diese Er­ findung wendet sich diesem Bedarf im Stand der Technik sowie anderen Bedürfnissen zu, die für Fachleute aus dieser Offenba­ rung ersichtlich werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung des von einer Gangwechselvorrichtung in einem motorisierten Getriebe erforderlichen Platzes, d. h. die Verringerung von de­ ren Größe.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe gemäß ei­ nem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einer Welle, einer Schaltgabel, einem Gangauswahlmechanismus und ei­ nem Gangschaltmechanismus ausgestattet. Die Schaltgabel ist an der Welle derart montiert, dass sie sich in einer Längsrich­ tung der Welle bewegen kann. Die Schaltgabel ist auch an der Welle derart montiert, dass sie sich nicht relativ zur Welle drehen kann. Der Gangauswahlmechanismus bewegt die Schaltgabel in der Längsrichtung der Welle und richtet die Schaltgabel se­ lektiv auf die gewünschte Schaltmuffe aus. Der Gangauswahlme­ chanismus weist einen ersten elektrisch angetriebenen Drehan­ triebsmechanismus und einen Schneckenvorschubmechanismus auf. Der Schneckenvorschubmechanismus wandelt den Drehabtrieb des ersten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus in eine geradlinige Bewegung um. Der Gangschaltmechanismus schwenkt die Schaltgabel derart, dass die Schaltgabel auf die Schaltmuffe eine Kraft ausübt, die bewirkt, dass sich die Schaltmuffe bewegt, um das Getriebezahnrad auszukuppeln und einzukuppeln. Der Gangschaltmechanismus weist einen zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus und einen Un­ tersetzungsmechanismus auf. Der Untersetzungsmechanismus ver­ ringert die Drehzahl des Drehabtriebs des zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus und wandelt ihn in eine Schwenkbewegung um. Der Schneckenvorschubmechanismus des Gang­ auswahlmechanismus und der Untersetzungsmechanismus des Gang­ schaltmechanismus sind koaxial bezüglich der Welle angeordnet.

Hier ist der Schneckenvorschubmechanismus des Gangauswahlme­ chanismus koaxial bezüglich der Welle anstatt parallel zur Welle und nicht koaxial, wie es üblicherweise durchgeführt wurde, angeordnet. Außerdem wird ein Untersetzungsmechanismus im Gangschaltmechanismus verwendet, der die Schaltgabel schwenkt. Der Untersetzungsmechanismus ist auch auf derselben Achse angeordnet wie die Welle. Folglich ist eine Gangwechsel­ vorrichtung der vorliegenden Erfindung kompakter als eine her­ kömmliche Gangwechselvorrichtung und erfordert nicht die rela­ tiv große Menge an Platz, die von herkömmlichen Gangwechsel­ vorrichtungen belegt wird.

Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe gemäß ei­ nem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrich­ tung des ersten Aspekts, wobei der erste elektrisch angetrie­ bene Drehantriebsmechanismus eine Vielzahl von Elektromotoren aufweist. Die jeweiligen Abtriebsdrehabschnitte der Vielzahl von Elektromotoren sind gegenüber der Welle versetzt und lie­ fern einen Drehabtrieb über ein Zwischenzahnrad zum Schnecken­ vorschubmechanismus.

Ein herkömmlicher Gangauswahlmechanismus verwendet einen Elektromotor. Solange der Bedarf für die Automatisierung des Getriebes mit einer Gangwechselvorrichtung klein ist, ist es äußerst teuer, einen speziellen Elektromotor für diesen Zweck zu installieren. Wenn man versucht, einen massenproduzierten Elektromotor zu verwenden, gibt es im Gegenteil viele Situati­ onen, in denen das gewünschte Antriebsdrehmoment und die ge­ wünschte Drehzahl nicht erhältlich sind. Ein weiteres Problem besteht darin, dass in einem Fahrzeug mit einer langen Be­ triebslebensdauer das Risiko besteht, dass der eine Elektromo­ tor ausfällt, was die Gangwechselvorrichtung betriebsunfähig macht und die Fähigkeit des Fahrzeugs zu fahren behindert. Die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung ist derart strukturiert, dass eine Vielzahl von Elektro­ motoren einen Drehabtrieb über ein gemeinsames Zwischenzahnrad zum Schneckenvorschubmechanismus liefern. Folglich kann auch ein massenproduzierter Elektromotor, der allein nicht das ge­ wünschte Antriebsdrehmoment und die gewünschte Drehzahl lie­ fert, durch Einstellen des Zwischenzahnrades verwendet werden. Das Risiko einer Behinderung der Fähigkeit des Fahrzeugs zu fahren ist auch äußerst klein, da der andere Elektromotor oder die anderen Elektromotoren den Gangwechsel steuern können, selbst wenn ein Elektromotor ausfällt.

Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe gemäß ei­ nem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrich­ tung des ersten Aspekts, wobei der zweite elektrisch angetrie­ bene Drehantriebsmechanismus eine Vielzahl von Elektromotoren aufweist. Die jeweiligen Abtriebsdrehabschnitte der Vielzahl von Elektromotoren sind gegenüber der Welle versetzt und lie­ fern einen Drehabtrieb über ein Zwischenzahnrad zum Unterset­ zungsmechanismus.

Ein herkömmlicher Gangschaltmechanismus verwendet einen Elekt­ romotor. Solange der Bedarf für die Automatisierung des Ge­ triebes mit einer Gangwechselvorrichtung klein ist, ist es äußerst teuer, einen speziellen Elektromotor mit den gewünsch­ ten Merkmalen für diesen Zweck zu installieren. Wenn man ver­ sucht, einen massenproduzierten Elektromotor zu verwenden, gibt es im Gegenteil viele Situationen, in denen das ge­ wünschte Antriebsdrehmoment und die gewünschte Drehzahl nicht erhältlich sind. Ein weiteres Problem besteht darin, dass in einem Fahrzeug mit einer langen Betriebslebensdauer das Risiko besteht, dass der eine Elektromotor ausfällt, was die Gang­ wechselvorrichtung betriebsunfähig macht und die Fähigkeit des Fahrzeugs zu fahren behindert.

Die Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Er­ findung ist derart strukturiert, dass eine Vielzahl von Elektromotoren einen Drehabtrieb über ein gemeinsames Zwi­ schenzahnrad zum Untersetzungsmechanismus liefern. Folglich kann auch ein massenproduzierter Elektromotor, der allein nicht das gewünschte Antriebsdrehmoment und die gewünschte Drehzahl liefert, durch Einstellen des Zwischenzahnrades ver­ wendet werden. Das Risiko einer Behinderung der Fähigkeit des Fahrzeugs zu fahren ist auch äußerst klein, da der andere Elektromotor oder die anderen Elektromotoren den Gangwechsel steuern können, selbst wenn ein Elektromotor ausfällt.

Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe gemäß ei­ nem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrich­ tung des ersten bis dritten Aspekts, wobei der Untersetzungs­ mechanismus ein Umlaufuntersetzungsmechanismus, ein Unterset­ zungsmechanismus mit harmonischem Antrieb oder ein Planetenge­ triebe-Untersetzungsmechanismus ist, für den der Antrieb und Abtrieb koaxial sind.

Fahrzeuggetriebe weisen normalerweise eine Synchronisations­ vorrichtung mit einer Kegelkupplung und einem Eingriffsmecha­ nismus auf. Mit einer Synchronisationsvorrichtung wird ein Gangwechsel durch Schieben einer Schaltmuffengabel, die an der Schaltmuffe befestigt ist, gegen die Kegelkupplung mit einer Last innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs, der von Über­ setzung zu Übersetzung variiert, und Eingreifen, nachdem die Drehung synchronisiert wurde, durchgeführt. Die Schaltmuffe wird durch die Schwenkbewegung der an der Welle drehfest gela­ gerten Schaltgabel geradlinig geschoben. Daher ist es erfor­ derlich, das Schwenkdrehmoment der Schaltgabel geeignet zu steuern, um die Synchronisationslast zu erreichen. Bei her­ kömmlichen elektrisch angetriebenen Gangschaltmechanismen mit einem Schneckenvorschubmechanismus oder einem Schneckenradme­ chanismus wird jedoch eine große Reibungskraft am Überset­ zungsabschnitt erzeugt, die verursacht, dass die Wirksamkeit der Übersetzung fällt. Folglich ist es schwierig, das Schwenk­ drehmoment der Schaltgabel bezüglich der Synchronisationslast durch Steuern des Stroms des elektrisch angetriebenen Drehan­ triebsmechanismus zu steuern. Die Erzeugung einer Reibungs­ kraft in einem Schneckenvorschubmechanismus kann durch Verwen­ dung einer Kugelumlaufspindel unterdrückt werden, eine solche Anordnung ist jedoch teuer. Ferner werden andere Kräfte als das Drehmoment, d. h. Biegekräfte, die auf die Welle wirken, durch Verwendung der Kugelumlaufspindel nicht unterdrückt. So­ mit würden Probleme, die durch die anderen Kräfte als das Drehmoment verursacht werden, immer noch bleiben.

Daher ist die Vorrichtung gemäß dem vierten Aspekt der vorlie­ genden Erfindung derart strukturiert, dass der Drehabtrieb des zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus durch einen Untersetzungsmechanismus, z. B. einen Planetengetriebe- Untersetzungsmechanismus, in eine Schwenkbewegung umgewandelt wird. Der Untersetzungsmechanismus ist koaxial bezüglich der Welle angeordnet und die Schaltgabel, die der Untersetzungsme­ chanismus über die Welle schwenkt, ist nicht-drehbar an der Welle montiert. Somit ist es leicht, das Schwenkdrehmoment der Schaltgabel bezüglich der Synchronisationslast durch Steuern des Stroms des zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebs­ mechanismus zu steuern. Somit wird auch verhindert, dass an­ dere Kräfte als das Drehmoment auf die Welle wirken.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung offenbart.

Man nehme nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug, die einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden:

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines automatischen Gangwechselsystems eines Handschaltgetriebes, das ein Fahrzeuggetriebe umfasst, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Gangwechselvorrichtung des automatischen Gangwechsel­ systems des Handschaltgetriebes;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer biegsamen Platte der Gangwechselvorrichtung;

Fig. 4 ist eine vereinfachte schematische Ansicht eines Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus der Gang­ wechselvorrichtung; und

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Gangwechselvorrichtung des automatischen Gangwechsel- Systems des Handschaltgetriebes gemäß einem alterna­ tiven Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Erstes Ausführungsbeispiel Überblick über ein automatisches Gangwechselsystem eines Hand­ schaltgetriebes

Fig. 1 stellt ein automatisches Gangwechselsystem eines Hand­ schaltgetriebes für ein Fahrzeug mit einem Fahrzeuggetriebe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist eine Kupplung 3 zwischen einem Motor 1 und einem Getriebe 2 angeordnet. Die Kupplung 3 umfasst vorzugsweise eine trockene Einplatten-Kupp­ lungsscheibe. Eine Gangwechselvorrichtung 4 ist als Stellglied zum Bewegen des Getriebes 2 vorgesehen. Ein Kupplungsstell­ glied 5 ist als Stellglied zum Bewegen der Kupplung 3 vorgese­ hen. Das Kupplungsstellglied 5 weist vorzugsweise einen Haupt­ zylinder auf, der über einen Hydraulikkreis mit einem Nebenzy­ linder 6 verbunden ist, welcher nahe der Kupplung 3 vorgesehen ist.

Dieses System ist mit mindestens zwei elektronischen Steuer­ einheiten oder ECUs versehen, insbesondere einer Motor-ECU 51 und einer Getriebe-ECU 52, die miteinander im Dialogverkehr stehen können. Die zwei Einheiten 51 und 52 können beispiels­ weise eine Motordrehzahlinformation und eine Gaspedal-Positi­ onsinformation austauschen. Die Motor-ECU 51 steuert den Motor 1 und empfängt ein Gaspedal-Positionssignal von einem Gaspedal 54. Die Getriebe-ECU 52 dient hauptsächlich zum Steuern der Kupplung 3 und zum Wechseln von Gängen. Sie sendet ein Kupp­ lungssteuersignal zum Kupplungsstellglied 5 und ein Gangwech­ sel-Steuersignal zur Gangwechselvorrichtung 4. Diese Steuer­ signale dienen zum Antreiben der verschiedenen Motoren.

Die Getriebe-ECU 52 empfängt auch Eingangssignale von ver­ schiedenen Sensoren. Insbesondere empfängt die Getriebe-ECU 52 ein Leerlaufsignal vom Gaspedal 54, ein Schaltpositionssignal von einem Schalthebel 55, ein Kupplungshubsignal vom Kupp­ lungspedal 56, ein Kupplungshubsignal und ein Fluiddrucksignal vom Kupplungsstellglied 5, ein Kupplungsdrehsignal von der Kupplung 3, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal vom Getriebe 2 und ein Schaltauswahl-Hubsignal von der Gangwechselvorrichtung 4. Bei dem vorstehend beschriebenen System werden der Kupp­ lungsbetrieb und der Gangwechselbetrieb automatisch durch die Getriebe-ECU 52 gesteuert. Ein wahlweiser manueller Betrieb, bei dem der Gang durch Betätigen des Schalthebels 55 gewech­ selt wird, kann auch verwendet werden.

Ein zweiter Hauptzylinder 57, der mit dem Kupplungspedal 56 gekoppelt ist, ist über einen Hydraulikkreis mit dem Nebenzy­ linder 6 verbunden. Wenn der Fahrer das Kupplungspedal 56 be­ tätigt, wird folglich Hydraulikdruck vom zweiten Hauptzylinder 57 zum Nebenzylinder 6 geliefert, wobei die Kupplung 3 verbun­ den und getrennt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Kupplungspedal 56 nur für Notfälle verwendet, wie z. B. wenn ein elektrisches Problem beim Kupplungsstellglied 5 vorliegt. Das Kupplungspedal 56 ist normalerweise hochgeklappt, während das Fahrzeug fährt.

Gangwechselvorrichtung

Die Gangwechselvorrichtung 4 wird hauptsächlich mit Bezug auf Fig. 2 bis 4 im einzelnen erläutert.

Überblick über die Gangwechselvorrichtung

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, kuppelt die Gangwechselvorrichtung 4 die Getriebezahnräder des Getriebes 2 auf der Basis eines Gangwechsel-Steuersignals von der Getriebe-ECU 52 aus und ein.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Gangwechselvorrichtung 4 hauptsächlich eine Welle 11, eine Schaltgabel 12, einen Gang­ auswahlmechanismus 13 und einen Gangschaltmechanismus 14 auf. Schaltmuffen 10 des Getriebes 2 werden durch jeweilige Schalt­ schienen 9 derart gehalten, dass sich die Schaltmuffen 10 ge­ radlinig, d. h. in Längsrichtung auf den Schaltschienen 9, be­ wegen können. Die Schaltmuffen 10 sind in einer Auswahlrich­ tung (in Fig. 2 von links nach rechts) ausgerichtet. Jede Schaltmuffe 10 umfasst vorzugsweise eine Schaltmuffengabel 10a und einen Kerbenteil 10b. Die Schaltmuffengabel 10a erstreckt sich vorzugsweise in Richtung der Schaltgabel 12. Der Kerben­ teil 10b ist an einer Kante der Schaltmuffengabel 10a ausge­ bildet. Die Schaltgabel 12 umfasst eine Klaue 12b (später er­ örtert), die angeordnet ist, um in den Kerbenteil 10b einzu­ treten. Die Gangwechselvorrichtung 4 wählt eine der Schaltmuf­ fen 10 aus und schiebt sie, um die Schaltmuffe 10 entlang der Schaltschiene 9 zu verschieben. Insbesondere tritt die Klaue 12b (später erörtert) der Schaltgabel 12 der Gangwechselvor­ richtung 4 in den Kerbenteil 10b von einer Schaltmuffengabel 10a der Schaltmuffe 10 ein. Die Schwenkbewegung der Welle 11 bewegt die Schaltgabel 12. Die Schaltmuffe 10 bewegt sich dann aufgrund der Bewegung der Schaltgabel 12. Die geradlinige Be­ wegung der Schaltmuffe 10 bewirkt, dass das Getriebezahnrad über einen Synchronisationsmechanismus, der eine Kegelkupplung umfasst, ausgekuppelt und eingekuppelt wird.

Welle

Die Welle 11 ist in der Nähe von deren beiden Enden drehbar an einem Gehäuse 45 durch Radiallager 19 usw. gelagert. Keilnuten 11a sind an der Außenfläche des mittleren Bereichs der Welle 11 ausgebildet. Ferner sind die Keilnuten 11a der Welle 11 mit einer Nut 11b in jeder Position versehen, in der die Klaue 12b der Schaltgabel 12 (später erörtert) in einen Kerbenteil 10b von einer der Schaltmuffen 10 eintritt.

Schaltgabel

Die Keilnuten 12a an der Innenseite der Schaltgabel 12 stehen mit den Keilnuten 11a der Welle 11 in Eingriff. Daher kann sich die Schaltgabel 12 in der Längsrichtung der Welle 11 be­ wegen, kann sich jedoch nicht um die Welle 11 drehen. Die Schaltgabel 12 weist die Klaue 12b auf, die in den Kerbenteil 10b von jeder Schaltmuffe 10 durch Schwenken eintreten kann. Die Schaltgabel 12 weist auch einen zylindrischen hohlen Teil 12c auf, der so ausgebildet ist, dass er zur Längsrichtung der Welle 11 senkrecht ist. Ein Positionierungsmechanismus 20 ist innerhalb des zylindrischen hohlen Teils 12c angeordnet. Der Positionierungsmechanismus 20 weist eine Kugel 21, einen Deckel 23 und eine Feder 22 auf. Die Kugel 21 kann mit den Nuten 11b der Welle 11 in Eingriff stehen. Der Deckel 23 ist an der Schaltgabel 12 befestigt. Die Feder 22 verbindet die Kugel 21 und den Deckel 23 elastisch. Der Positionierungsmechanismus 20 hält die Position der Schaltgabel 12 in der Auswahlrichtung mit einer vorgeschriebenen Kraft durch die Feder 22 aufrecht, die die Kugel 21 in eine der Nuten 11b schiebt.

Aufbau des Gangauswahlmechanismus

Der Gangauswahlmechanismus 13 bewegt die Schaltgabel 12 in der Längsrichtung oder Auswahlrichtung der Welle 11 und richtet die Schaltgabel 12 selektiv auf die gewünschte Schaltmuffe 10 aus. Der Gangauswahlmechanismus 13 weist hauptsächlich einen Schneckenvorschubmechanismus 30 und einen Elektromotor 33 auf. Der Schneckenvorschubmechanismus 30 weist ein Außengewindeele­ ment 31 und ein Innengewindeelement 32 auf. Das Außengewinde­ element 31 und das Innengewindeelement 32 stehen miteinander in Eingriff. Das Außengewindeelement 31 und das Innengewinde­ element weisen vorzugsweise eine röhrenförmige Form auf. Der Schneckenvorschubmechanismus 30 ist koaxial bezüglich der Welle 11 angeordnet. Ein zylindrischer Teil des Außengewinde­ elements 31 ist an der Außenseite eines Endes der Welle 11 an­ geordnet, wobei Radiallager 35 und 36 dazwischen angeordnet sind. Außengewinde 31b sind an einer Außenfläche des zylindri­ schen Teils des Außengewindeelements 31 ausgebildet. Die Dreh­ welle 33a des Elektromotors 33 ist mit einem Endteil 31a des Außengewindeelements 31 gekoppelt. Daher erfährt das Außenge­ windeelement 31 eine Drehbewegung, wenn sich der Elektromotor 33 dreht.

Wie angegeben, ist das Innengewindeelement 32 vorzugsweise ein zylindrisches Element. Innengewinde 32a sind an einer Innen­ fläche an einem Ende des Innengewindeelements 32 ausgebildet. Die Innengewinde 32a stehen mit den Außengewinden 31b des Außengewindeelements 31 in Eingriff. Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 ist ferner ein zylindrischer Teil 17a einer biegsamen Platte 17 vorzugsweise an einem Ende des Innengewindeelements 32 ent­ gegengesetzt zu dem Ende, das mit den Außengewinden 31b in Eingriff steht, befestigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die biegsame Platte 17 vorzugsweise sechs radiale Hebel 17b auf. Die radialen Hebel 17b erstrecken sich von der Kante des zy­ lindrischen Teils 17a nach außen. Jeder der radialen Hebel 17b weist ein Loch 17c auf, das in einem äußeren Abschnitt des ra­ dialen Hebels 17b, d. h. einem Ende des radialen Hebels 17b entgegengesetzt zu dem zum zylindrischen Teil 17a benachbarten Ende, ausgebildet ist. Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 ist der äu­ ßere Abschnitt der biegsamen Platte 17 an einer Stirnfläche der Schaltgabel 12 durch Bolzen 18 befestigt, die durch die Löcher 17c in der biegsamen Platte 17 verlaufen. Kurz gesagt verbindet die biegsame Platte 17 den Innengewindeteil 32 und die Schaltgabel 12 miteinander, so dass ermöglicht wird, dass sie sich in einer vorgeschriebenen Auswahlrichtung relativ zu­ einander bewegen. In dem in Fig. 2 gezeigten Zustand existiert ein Spalt 5 in der Auswahlrichtung zwischen dem Innengewinde­ element 32 und der Schaltgabel 12.

Der Gangauswahlmechanismus 13 ist mit einem Sensor (nicht dar­ gestellt) versehen, der das Ausmaß erfassen kann, um das sich die Schaltgabel 12 in der Auswahlrichtung bewegt.

Betrieb des Gangauswahlmechanismus

Wenn sich der Elektromotor 33 als Reaktion auf das Gangaus­ wahlsignal von der Getriebe-ECU 52 dreht, dreht sich mit Bezug auf Fig. 1 und 2 das Außengewindeelement 31, das mit der Dreh­ welle 33a des Elektromotors 33 gekoppelt ist, um die Welle 11 am Radiallager 37, das am Gehäuse 45 befestigt ist. Wenn dies geschieht, kann sich das Innengewindeelement 32 nicht drehen, obwohl es mit dem Außengewindeelement 31 in Eingriff steht, da es an der Welle 11 drehfest gelagert ist, und bewegt sich folglich in der axialen Richtung oder Auswahlrichtung entlang der Welle 11. Wenn das Innengewindeelement 32 dann die bieg­ same Platte 17 mit einer Kraft verformt, die die Kraft über­ steigt, mit der der Positionierungsmechanismus 20 die Schalt­ gabel 12 hält, beginnt die Schaltgabel 12, sich axial oder in der Auswahlrichtung entlang der Welle 11 zu bewegen.

Aufgrund von Trägheitseffekten stoppt der Elektromotor 33 nicht sofort, wenn der Strom für den Elektromotor 33 durch den Sensor, der das Ausmaß erfasst, um das sich die Schaltgabel 12 bewegt hat, abgeschaltet wird. Somit stoppt er, nachdem sich das Innengewindeelement 32 noch weiter bewegt hat. Es ist er­ forderlich, dass diese Bewegung kurz ist, wobei sie zur Vollendung ungefähr 0,1 Sekunden braucht. Es ist im Allgemei­ nen unter Verwendung von herkömmlichen Strukturen schwierig, die Stopposition des Innengewindeteils 32 genau zu steuern. Bei der Gangwechselvorrichtung 4 dieses Ausführungsbeispiels sind jedoch Nuten 11b in den Keilnuten 11a der Welle 11 vorge­ sehen. Folglich wird die Schaltgabel 12 durch den Positionie­ rungsmechanismus 20, der die Feder 22 umfasst, die eine Kraft ausübt, um die Kugel 21 in die Nuten 11b zu schieben, gewalt­ sam in einer genauen Stopposition in den Nuten 11b gehalten. Es ist erforderlich, dass der Unterschied zwischen der Stoppo­ sition des Innengewindeelements 32 und der genauen Stopposi­ tion der Schaltgabel 12 innerhalb einer Abmessung liegt, die die biegsame Platte 17 aufnehmen kann.

Gangschaltmechanismus

Der Gangschaltmechanismus 14 kuppelt durch Schwenken der Welle 11, um zu bewirken, dass die Schaltgabel 12 eine Kraft auf eine der Schaltmuffen 10 aufbringt, wobei somit die Schalt­ muffe 10 bewegt wird, die Getriebezahnräder aus und ein. Der Gangschaltmechanismus 14 weist hauptsächlich einen Planetenge­ triebe-Untersetzungsmechanismus 40 und einen Elektromotor 48 auf.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der Planetengetriebe-Untersetzungs­ mechanismus 40 koaxial bezüglich der Welle 11 angeordnet. Der Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus 40 weist ein erstes Sonnenrad 91, eine erste Planetenradträgerplatte 92, ein erstes Planetenrad 93, einen ersten Zahnkranz 94, ein zweites Sonnenrad 95, eine zweite Planetenradträgerplatte 96, ein zweites Planetenrad 97, einen zweiten Zahnkranz 98 und ein Ge­ häuse 99 auf. Zusammen mit dem Elektromotor 48 ist der Mecha­ nismus 40 koaxial bezüglich der Welle 11 angeordnet. Das erste Sonnenrad 91 ist an der Drehwelle 48a des Elektromotors 48 be­ festigt. Die erste Planetenradträgerplatte 92 lagert eine Vielzahl von ersten Planetenrädern 93. Die ersten Planetenrä­ der 93 sind derart gelagert, dass sie sich zusammen mit dem zweiten Sonnenrad 95 drehen können. Die ersten Planetenräder 93 stehen mit dem ersten Sonnenrad 91 und auch mit dem ersten Zahnkranz 94, der an der Außenseite der ersten Planetenräder 93 angeordnet ist, in Eingriff. Der erste Zahnkranz 94 ist am Gehäuse 99 befestigt und kann sich nicht relativ zu diesem drehen. Das zweite Sonnenrad 95 dreht sich zusammen mit der ersten Planetenradträgerplatte 92 und steht mit einer Vielzahl von zweiten Planetenrädern 97 in Eingriff. Die zweite Plane­ tenradträgerplatte 96 lagert die Vielzahl von zweiten Plane­ tenrädern 97 derart, dass sie sich drehen können und eine Dre­ hung an die Welle 11 abgeben können. Die zweiten Planetenräder 97 stehen mit dem zweiten Sonnenrad 95 und auch mit dem zwei­ ten Zahnkranz 98, der an der Außenseite der zweiten Planeten­ räder 97 angeordnet ist, in Eingriff. Der zweite Zahnkranz 98 ist am Gehäuse 99 befestigt und kann sich nicht relativ zu diesem drehen. Mit dieser Anordnung wandelt der Planetenge­ triebe-Untersetzungsmechanismus 40 die Drehung des Elektromo­ tors 48 in eine Schwenkbewegung der Welle 11 unter Verwendung eines hohen Untersetzungsverhältnisses um.

Obwohl dieses Ausführungsbeispiel den gerade beschriebenen Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus 40 verwendet, ist es auch annehmbar, statt dessen einen anderen Mechanismus mit ei­ nem hohen Untersetzungsverhältnis zu verwenden, z. B. einen Un­ tersetzungsmechanismus mit harmonischem Antrieb oder einen Um­ laufuntersetzungsmechanismus, um die Drehung des Elektromotors 48 auf die Welle 11 zu übertragen.

Merkmale der Gangwechselvorrichtung

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist die Gangwech­ selvorrichtung 4 leicht und kompakt, da der Schneckenvorschub­ mechanismus 30 des Gangauswahlmechanismus 13 und der Planeten­ getriebe-Untersetzungsmechanismus 40 des Gangschaltmechanismus 14 koaxial bezüglich der Welle 11 angeordnet sind. Da beide Gewindeelemente 31 und 32 des Schneckenvorschubmechanismus 30 bezüglich der Welle 11 koaxial sind, unterdrückt die Kraft, die der Gangauswahlmechanismus 13 auf die Schaltgabel 12, die an der Welle 11 montiert ist, ausübt, das Problem, dass ex­ zentrische Lasten in anderen Richtungen als der Längsrichtung der Welle 11 auf die Schaltgabel 12 wirken. Wie in Fig. 2 ge­ zeigt, übt das Innengewindeelement 32 kurz gesagt seine Kraft über die biegsame Platte 17 und gegen die Schaltgabel 12 in der Nähe eines mittleren kreisförmigen Abschnitts der Schalt­ gabel 12 aus. Daher sind die Kräfte, die auf beide Gewindeele­ mente 31 und 32 und die Schaltgabel 12 wirken, größtenteils Zug- und Druckbelastungen. Folglich arbeitet die Gangwechsel­ vorrichtung 4 zuverlässig mit verbesserter Haltbarkeit.

Da der Gangschaltmechanismus 14 den Planetengetriebe-Unterset­ zungsmechanismus 40 verwendet, ist ferner die Wirksamkeit der Kraftübertragung aufgrund der Verwendung des Getriebes gut und die Steuerbarkeit der Synchronisationslast wird verbessert.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nun erörtert. Angesichts der Ähnlichkeiten zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem vorstehend erörterten ersten Ausführungsbeispiel werden den Komponenten oder Teilen dieses Ausführungsbeispiels, die dieselbe Funktion wie die entsprechenden Komponenten oder Teile des ersten Ausführungs­ beispiels aufweisen, die identischen Bezugsziffern gegeben. Überdies wird auf die Erläuterungen der Komponenten oder Teile und der Funktionsweisen dieses Ausführungsbeispiels, die zu den Komponenten oder Teilen und den Funktionsweisen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich sind, verzichtet. Nur Komponenten und Funktionsweisen dieses Ausführungsbeispiels, die in der Struktur und Funktion vom ersten Ausführungsbeispiel verschie­ den sind, werden hierin erläutert.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, werden beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Elektromotor 33 im Gangauswahlmecha­ nismus 13 und ein Elektromotor 48 im Gangschaltmechanismus 14 verwendet. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist es jedoch auch annehm­ bar, zwei Elektromotoren in jedem Mechanismus 13 und 14 zu verwenden. Hier ist die Antriebsquelle für den Gangauswahlme­ chanismus 13 ein elektrisch angetriebener Drehantriebsmecha­ nismus 133. Der elektrisch angetriebene Drehantriebsmechanis­ mus 133 weist hauptsächlich zwei Elektromotoren 134 und 135 und zwei Zwischenzahnräder 136 und 137 auf. Die Zwischenzahn­ räder 136 und 137 stehen jeweils mit den Zähnen in Eingriff, die an einem Endteil des Außengewindeelements 31 vorgesehen sind. Unterdessen stehen Zahnräder, die an den Drehwellen 134a und 135a der Elektromotoren 134 und 135 befestigt sind, mit den Zwischenzahnrädern 136 und 137 an den Umfangsaußenseiten in Eingriff. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Drehwellen 134a und 135a der Elektromotoren 134 und 135 gegenüber der Mitte der Welle 11 versetzt.

Die Antriebsquelle des Gangschaltmechanismus 14 ist ein elektrisch angetriebener Drehantriebsmechanismus 148. Der elektrisch angetriebene Drehantriebsmechanismus 148 weist haupt­ sächlich zwei Elektromotoren 149 und 150 und zwei Zwischen­ zahnräder 151 und 152 auf. Die Zwischenzahnräder 151 und 152 stehen jeweils mit den Zähnen in Eingriff, die an der Außen­ fläche der Antriebswelle 40a des Planetengetriebe-Unterset­ zungsmechanismus 40 vorgesehen sind. Unterdessen stehen die Zahnräder, die an den Drehwellen 149a und 150a der Elektromo­ toren 149 und 150 befestigt sind, mit den Zwischenzahnrädern 151 und 152 an den Umfangsaußenseiten in Eingriff. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Drehwellen 149a und 150a der Elektromoto­ ren 149 und 150 gegenüber der Mitte der Welle 11 versetzt.

Auch in Situationen, in denen das gewünschte Antriebsdrehmo­ ment und die gewünschte Drehzahl in einem einzelnen Massenpro­ duktions-Elektromotor nicht erhältlich sind, kann die geeig­ nete Drehung auf den Schneckenvorschubmechanismus 30 und den Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus 40 durch Einstellen der Drehung mit den Zwischenzahnrädern 136, 137, 151 und 152 übertragen werden. Außerdem wird das Risiko einer Behinderung der Fähigkeit des Fahrzeugs zu fahren fast vermieden, da der eine Elektromotor den Gangwechsel steuern kann, selbst wenn der andere Elektromotor ausfällt.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Gangwechselvor­ richtung für ein Fahrzeuggetriebe, um den für die Gangwechsel­ vorrichtung in einem motorisierten Getriebe erforderlichen Platz zu verringern. Die Gangwechselvorrichtung weist eine Welle 11, eine Schaltgabel 12, einen Gangauswahlmechanismus 13 und einen Gangschaltmechanismus 14 auf. Die Schaltgabel 12 ist nicht-drehbar an der Welle 11 montiert und in der Auswahlrich­ tung beweglich. Der Gangauswahlmechanismus 13 bewegt die Schaltgabel 12 in einer Längsrichtung der Welle 11 und ist mit einem Elektromotor 33 und einem Schneckenvorschubmechanismus 30 versehen. Der Gangschaltmechanismus 14 schwenkt die Schalt­ gabel 12, um eine Kraft auf eine Schaltmuffe 10 auszuüben und die Schaltmuffe 10 zu bewegen, wobei somit bewirkt wird, dass das Getriebezahnrad ausgekuppelt und eingekuppelt wird. Der Gangschaltmechanismus 14 ist mit einem Elektromotor 48 und ei­ nem Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus 40 versehen. Der Schneckenvorschubmechanismus 30 und der Planetengetriebe-Un­ tersetzungsmechanismus 40 sind koaxial bezüglich der Welle 11 angeordnet.

Claims (4)

1. Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe mit:
einer Welle;
einer Schaltgabel, die an der Welle montiert ist, wobei die Schaltgabel dazu ausgelegt ist, sich in einer Längs­ richtung der Welle zu bewegen, und sich nicht relativ zur Welle drehen kann;
einem Gangauswahlmechanismus, der dazu ausgelegt ist, die Schaltgabel in der Längsrichtung der Welle zu bewegen, wobei der Gangauswahlmechanismus dazu ausgelegt ist, die Schaltgabel selektiv auf eine Schaltmuffe auszurichten, wo­ bei der Gangauswahlmechanismus einen ersten elektrisch an­ getriebenen Drehantriebsmechanismus und einen Schneckenvor­ schubmechanismus aufweist, wobei der Schneckenvorschubme­ chanismus dazu ausgelegt ist, einen Drehabtrieb des ersten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln, wobei der Schneckenvor­ schubmechanismus koaxial zur Welle angeordnet ist; und
einem Gangschaltmechanismus, der koaxial zur Welle angeordnet ist, wobei der Gangschaltmechanismus dazu ausge­ legt ist, die Schaltgabel derart zu schwenken, dass die Schaltgabel eine Kraft auf die Schaltmuffe ausübt, die die Schaltmuffe bewegt, um ein Getriebezahnrad auszukuppeln und einzukuppeln, wobei der Gangschaltmechanismus einen zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus und einen Untersetzungsmechanismus aufweist, der dazu ausgelegt ist, eine Abtriebsdrehzahl des zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus zu verringern, wobei der Unterset­ zungsmechanismus dazu ausgelegt ist, den Drehabtrieb des zweiten elektrisch angetriebenen Drehantriebsmechanismus in eine Schwenkbewegung umzuwandeln.

2. Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe nach An­ spruch 1, wobei der erste elektrisch angetriebene Drehan­ triebsmechanismus eine Vielzahl von Elektromotoren umfasst, deren Abtriebsdrehabschnitte gegenüber der Welle versetzt sind und einen Drehabtrieb über ein Zwischenzahnrad zum Schneckenvorschubmechanismus liefern.

3. Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe nach An­ spruch 1, wobei der zweite elektrisch angetriebene Drehan­ triebsmechanismus eine Vielzahl von Elektromotoren umfasst, deren Abtriebsdrehabschnitte gegenüber der Welle versetzt sind und einen Drehabtrieb über ein Zwischenzahnrad zum Un­ tersetzungsmechanismus liefern.

4. Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Untersetzungsmechanismus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Umlaufunter­ setzungsmechanismus, einem Untersetzungsmechanismus mit harmonischem Antrieb und einem Planetengetriebe-Unterset­ zungsmechanismus besteht, für welchen der Antrieb und der Abtrieb koaxial sind.