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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge,
die pro Antriebsrad einen Antriebsmotor aufweisen. Sie findet Anwendung
sowohl bei reinen Elektrofahrzeugen als auch bei serienmäßigen Hybridfahrzeugen.
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In
bestimmten eingangs erwähnten
Ausführungsformen
hat es sich als wünschenswert
erwiesen, zwischen dem Elektromotor und dem Rad über eine Auswahl an Übersetzungsverhältnissen
zu verfügen.
Die Antriebskette weist somit einen Schaltmechanismus auf, der es
ermöglicht,
entweder am Rad ein hohes Drehmoment zu erzielen oder die Höchstgeschwindigkeit
des Fahrzeuges zu erreichen. Die Aufgabe, die sich dann stellt,
besteht darin, den Gangwechsel so wenig wahrnehmbar und so sanft wie
möglich
durchzuführen.
In den Veröffentlichungen
US 5,879,265 ,
US 5,498,216 ,
US 4,593,580 ,
US 5,688,205 ,
US 5,741,202 ,
US 4,505,368 und
US 2002/0023791 , die alle die
Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 offenbaren, sind verschiedene Vorschläge unterbreitet
worden.
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All
diese Vorrichtungen behelfen sich jedoch aufwändigen und/oder kostspieligen
Mitteln, um einen Gangwechsel zu gewährleisten, der so sanft wie möglich ist.
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Die
Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, den Gangwechsel an den Antriebsrädern dadurch
zu steuern, dass möglichst
Mittel verwendet werden, die in anderen Funktionen integriert sind,
um jeden unnützen
Aufwand und Pannenquellen zu vermeiden.
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Die
Erfindung schlägt
ein Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels bei einem Fahrzeug
mit mindestens zwei Antriebsrädern
vor, wobei die Antriebsräder
jeweils mit einer Antriebskette ausgestattet sind, die einen eine Eingangswelle
antreibenden Elektromotor, einen Schaltmechanismus mit mindestens
zwei Untersetzungsverhältnissen
mit einer Neutralstellung zwischen den Übersetzungen aufweist, in dem
der Gangwechsel an den beiden Antriebsrädern dadurch erfolgt, dass
der Gangwechsel an den beiden Antriebsrädern in folgender Reihenfolge
zeitverschoben ist: in einer ersten Phase
- • Freigabe
des eingelegten Ganges an einem so genannten „geschalteten" Rad und Sperren
in der Neutralstellung,
- • Änderung
der Drehzahl des Elektromotors zu deren Synchronisierung in Abhängigkeit
der Untersetzung des Verhältnisses,
mit dem das „geschaltete" Rad zu beaufschlagen
ist, wobei hierzu als Schätzwert
für die
zu erreichende Drehzahl Geschwindigkeitsdaten verwendet werden,
die von einem anderen, „Sensor"-Rad genannten Antriebsrad
stammen,
- • Einlegen
des gewünschten
Ganges an dem „geschalteten" Rad,
dann,
in einer darauf folgenden Phase, Gangwechsel am anderen Antriebsrad.
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Vorzugsweise
erfolgt der Gangwechsel am anderen Antriebsrad auf ähnliche
Weise, wobei hierzu als Schätzwert
für die
zu erreichende Drehzahl Geschwindigkeitsdaten verwendet werden,
die von dem Antriebsrad stammen, bei dem das Untersetzungsverhältnis gerade
geändert
worden ist. Das heißt
also, dass, von einem Gangwechsel an einem ersten Antriebsrad (erste
Phase) zu einem Gangwechsel an einem zweiten Antriebsrad (darauf
folgende Phase) diese Räder
ihre Rollen, nämlich
die des Sensorrades und des geschalteten Rades, vertauschen. Anders
ausgedrückt
wird von der ersten Phase zur darauf folgenden Phase die Lage des „Sensor"-Rades und des „geschalteten" Rades vertauscht.
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Nach
einer im Folgenden beschriebenen, besonderen, nicht einschränkend zu
verstehenden Ausführungsform verwendet
die Erfindung einen im Rad integrierten Schaltmechanismus, wobei
dieser Mechanismus eine Klaue aufweist, mit der zwischen den Übersetzungen
gewählt
werden kann. Zudem werden vorzugsweise selbstgesteuerte bürstenlose Synchron-Elektromotoren
verwendet, welche von Natur aus einen Positionssensor zur Erfassung
der Lage des Rotors aufweisen. Die Erfindung verwendet ausschließlich diesen
Rotor-Positionssensor des Motors und eine dem Schaltmechanismus
zugeordnete Sensoranordnung, um die Drehzahl des betreffenden Rades
zu bestimmen und sämtliche
erforderliche Gangwechsel zu erreichen. Vorzugsweise weist die Anordnung
nur zwei Übersetzungen
auf.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer elektrischen Antriebskette zur Übertragung
eines Motordrehmoments auf ein Antriebsrad eines Fahrzeuges.
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2 eine
schematische Gesamtansicht eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb,
bei dem die 4 Räder
jeweils mit einer elektrischen Antriebskette ähnlich der in 1 dargestellten
ausgerüstet
sind.
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3 und 4 zeigen
zwei Phasen eines Gangwechsels in einem besonderen erfindungsgemäßen Fall
für ein
Fahrzeug mit Vierradantrieb.
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5 und 6 zwei
Phasen eines Gangwechsels in einem besonderen erfindungsgemäßen Fall
für ein
Fahrzeug mit Zweiradantrieb.
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7 ein
ausführliches
Beispiel eines Fahrzeugrades, in dem eine elektrische Antriebskette
integriert ist, im Schnitt entlang C/C aus 8;
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8 eine
Ansicht von A in 7;
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9A, 9B und 9C perspektivische
Teilansichten und der elektromechanischen Übertragungskette;
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10A, 10B und 10C Schnitte entlang 4/4 in 8 und
die wesentlichen Organe des Schaltmechanismus mit zwei Gängen;
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11 eine
Teilansicht der elektromechanischen Übertragungskette;
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12 ein
Zeitdiagramm während
des Gangwechsels im Zeitverlauf und zeigt die Entwicklung der Stellung
der Schaltgabel, der Drehzahl des Antriebsmotors und des Drehmoments
des Antriebsmotors.
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1 ist
eine schematische Ansicht einer elektrischen Antriebskette. Zu sehen
ist ein Rad W, auf dem ein Luftreifen T (bzw. ein nicht pneumatisches
elastisches Band bzw. ein anderes beliebiges geeignetes Organ) montiert
ist. In dem Rad W ist ein Schaltmechanismus 100 integriert,
der zwei Untersetzungsverhältnisse
aufweist, wobei zwischen den Untersetzungsverhältnissen eine Neutralstellung
vorgesehen ist. Im Folgenden wird ein nicht einschränkend zu
verstehendes genaues Beispiel angeführt. Zu sehen ist ein Elektromotor
M, der vorzugsweise ein selbstgesteuerter Synchron-Elektromotor
ist und mit einem integrierten Rotor-Positionssensor (einem Resolver
R zum Beispiel) ausgestattet ist. Eine elektronische Einheit 120 steuert
die dem Rad W zugeordnete Antriebskette. Die elektronische Einheit 120 ist über eine
Leitung 121 mit dem Resolver R verbunden. Der Resolver
R liefert eine Information über
die Position des Rotors des Motors, anhand derer die Drehzahl des
Motors M durch Ableitung nach der Zeit berechnet werden kann. Die
elektronische Einheit 120 ist über einen Bus CAN® 130 mit
einer Recheneinheit 101 verbunden. Die elektronische Einheit 120 ist über Leitungen 122 mit
jeder Phase des Motors M verbunden. Die „punktiert" dargestellte Erstreckung des Busses
CAN® 130 bedeutet,
dass die Recheneinheit 101 mit einer weiteren nicht dargestellten elektronischen
Einheit 120 verbunden sein kann.
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Der
Schaltmechanismus 100 weist ein Stellglied 12 auf,
mit dem der Gangwechsel durchgeführt werden
kann. Das Stellglied 12 ist über die Leitung 123 mit
der elektro nischen Einheit 120 verbunden. Der Schaltmechanismus 100 weist
auch einen Positionssensor 21 auf, mit dem die momentane
Position des Stellglieds 12 unter den drei Positionen,
die es einnehmen kann, nämlich
einer ersten Übersetzung, die
einer „untersetzten
Position" entspricht,
einer Leerlaufstellung, einer zweiten Übersetzung, die einem „direkten
Eingriff" entspricht,
erkannt werden kann. Die elektronische Einheit 120 ist über die
Leitung 124 mit dem Positionssensor 21 verbunden.
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Die
Recheneinheit 101 sendet an die elektronische Einheit 120 Sollwerte
für das
Antriebsdrehmoment und Befehle, den Gang zu wechseln, so dass die
elektronische Einheit 120 die geeigneten Ströme in die
Leitungen 122 einleiten und den Schaltmechanismus 100 steuern
kann, wie dies im Folgenden näher
erläutert
wird, wobei zunächst
die Elemente des allgemeinen Aufbaus des Fahrzeuges beschrieben werden,
die erforderlich sind, um das erfindungsgemäße Verfahren zum Gangwechsel
durchzuführen.
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Das
Fahrzeug kann mit Zweirad- oder mit Vierradantrieb sein. In 2 ist
ein schematischer Aufbau einer Ausführung eines Fahrzeuges mit
Vierradantrieb zu sehen. Die allgemeine Steuerung des Fahrzeugantriebes
wird durch die Recheneinheit 101 gewährleistet. Ersichtlich ist,
dass für
jede der beiden Achsen eine elektronische Einheit 120 vorgesehen ist.
Jede elektronische Einheit 120 steuert somit zwei elektrische
Antriebsketten. Jede Antriebskette weist einen elektrischen Antriebsmotor
M auf, der mit der Eingangswelle des in das entsprechende Rad W
integrierten Schaltmechanismus 100 verbunden ist. In einer
Variante könnte
jedem Antriebsrad eine elektronische Einheit 120 zugeordnet
sein.
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Die
Recheneinheit 101 ermittelt insbesondere, nach einem geeigneten
Algorithmus, der für
den Fachmann, der die Aufgabe dieser Erfindung nicht kennt, verständlich ist,
den günstigen
Augenblick, um den Gangwechsel zu vollziehen. Die Recheneinheit 101 verfügt über eine
bestimmte Anzahl an Informationen, die aus folgenden Organen stammen:
- • Sensoren 110,
die die Stellung des Gaspedals, die Stellung des Bremspedals oder
die geforderte Bremskraft, zum Beispiel den Druck im Bremskreislauf,
die Stellung des Lenkrades, die Stellung der Drosselklappe der Wärmekraftmaschine
und die Drehzahl dieser Wärmekraftmaschine
(wenn das Fahrzeug ein serienmäßiges Hybridfahrzeug ist,
das mit einer Wärmekraftmaschine
ausgestattet ist), angeben,
- • den
Antriebsrädern
zugeordneten elektronischen Antriebseinheiten 120: Drehzahl
der Motoren M, derzeit eingelegte Gänge; diese Daten werden in
gleichmäßigen Abstanden
(z.B. alle 10 ms) über
den Bus CAN® 130 (oder über einen ähnlichen
Bus) gesendet; die Recheneinheit 101 kann dann aufgrund
dieser Daten die jeweilige Drehzahl der vier Räder berechnen.
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Der
eigentliche Gangwechsel auf einer Achse wird durch die einzige elektronische
Einheit 120 gesteuert, die die Steuerung der beiden elektrischen Antriebsmotoren
der Achse und die Steuerung des Schaltmechanismus an den beiden
Rädern
der Achse gewährleistet.
Im Falle von zwei Motorachsen gibt es also zwei elektronische Einheiten 120,
die jeweils die Steuerung der Organe einer Achse übernehmen). Jede
elektronische Einheit 120 erhält von der Recheneinheit 101 einen
Befehl, den Gang zu wechseln, und sendet an diese ein Protokoll
nach Ausführung
desselben.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Gangwechsel stets ausschließlich unter
Verwendung von Sensoren durchzuführen,
die außerdem zur
Steuerung des Antriebsdrehmoments verwendet werden; somit besteht
die Aufgabe darin, stromabwärts
des Schaltmechanismus keinen Rad drehzahlsensor hinzuzufügen. Solange
ein Gang eingelegt ist, ergibt sich die Raddrehzahl aus der Kombination
der Daten bezüglich
der entsprechenden Drehzahl des Antriebsmotors und der Daten bezüglich des eingelegten
Ganges. Leider bleibt die Raddrehzahl in der Phase wirksam, in der
der Schaltmechanismus in der Leerlaufstellung (Neutralstellung)
ist. In dieser Phase ist es also nicht möglich, die Drehzahl des betreffenden
Rads zu erkennen.
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Im
Ablauf der Vorgänge
zum Gangwechsel ist nach dem Übergang
in die Neutralstellung vorgesehen, die Drehzahl des Antriebsmotors
auf einen Wert einzustellen, der mit der Raddrehzahl kompatibel
ist, wenn die Antriebskette die Übersetzung
verwendet, die man vorhat zu wählen
(Synchronisierung). Dies erfordert also die Kenntnis dieser Raddrehzahl
auch während
der Phase des Gangwechsels.
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Wenn
ein Gang eingelegt ist, kann durch die kombinierte Verwendung folgender
Sensoren die zu erreichende Drehzahl ermittelt werden:
- • des
im selbstgesteuerten Synchron-Elektromotor integrierten Positionssensors,
von dem die Motordrehzahl durch Ableitung der Position nach der
Zeit abgeleitet wird,
- • der
Positionssensoren, mit denen die Vorrichtung zum Gangwechsel (Getriebe
in direktem Eingriff oder in einer untersetzten Stellung) ausgerüstet ist.
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Im
Falle eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb können die Gangwechsel an den
beiden Achsen zeitverzögert
werden: zunächst
Gangwechsel an einer Achse, dann Gangwechsel an der anderen Achse. Während des
Gangwechsels an der ersten Achse wird die Drehzahl der Räder, die
von einem Gangwechsel betroffen sind, von der Recheneinheit 101 aufgrund
der Drehzahlinformation der Antriebsmotoren und des derzeit an der
anderen Achse eingelegten Ganges berechnet, wobei das bzw. die Räder der anderen
Achse dann die Rolle von „Sensorrädern" RC übernehmen.
Die Drehzahlen der betreffenden Räder werden von der die andere
Achse steuernden elektronischen Einheit 120 über den
Bus CAN® 130 an
die elektronische Einheit 120 übertragen, die die erste Achse
steuert, welche die so genannten „geschalteten Räder" RM aufweist. Dann
wird das Ganze wiederholt, wobei die Achsen bezüglich der Rolle der Räder als
Sensorräder
und geschaltete Räder vertauscht
werden.
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Die 3 und 4 stellen
schematisch die beiden oben beschriebenen aufeinander folgenden Phasen
dar: zunächst
zum Beispiel den Gangwechsel auf die Vorderräder, wobei die Vorderräder die
geschalteten Räder
RM und die Hinterräder
demnach die Sensorräder
RC sind (3), dann den Gangwechsel auf
die Hinterräder,
wobei die Hinterräder
in dieser letzten Phase die geschalteten Räder RM und die Vorderräder demnach
die Sensorräder
RC (4) sind.
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Es
ist dabei wesentlich, eine zuverlässig zu erreichende Drehzahlinformation
zugrunde zu legen. Erfasst die Recheneinheit unmittelbar vor der
Ausgabe des Befehls, den Gang zu wechseln, oder während des
Gangwechsels eine ungewöhnliche
Lage eines der beiden Sensorräder
RC (Blockieren oder Schleifen), so wird die zu erreichende Drehzahlinformation
aufgrund des anderen Rades RC derselben Achse erstellt. Befinden
sich beide Räder
der Achse mit den Sensorrädern
RC in einer ungewöhnlichen Lage,
(Blockieren oder Schleifen), unmittelbar bevor der Befehl, den Gang
zu wechseln, ausgegeben wird, wird der Befehl, den Gang zu wechseln,
so lange zurückgehalten,
bis die Räder
wieder ihre normale Lage eingenommen haben. Geraten die beiden Räder der Achse
mit den Sensorrädern
RC während
des Gangwechsels an der anderen Achse in eine ungewöhnliche
Lage (Blockieren oder Schleifen), so sendet die Recheneinheit als
Information „zu
erreichende Drehzahl" die
zuletzt berechnete, als zuverlässig
geltende Information. Eine weitere mögliche Lösung ist folgende: die Räder RM bleiben
während
des Gangwechsels so lange in der Neutralstellung, bis die von den Sensorrädern RC
ausgegebene Drehzahl wieder zuverlässig geworden ist.
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Für ein Fahrzeug
mit Zweiradantrieb können die
Gangwechsel auf die beiden Räder
zeitverzögert erfolgen:
zunächst
zum Beispiel Gangwechsel am linken Rad, dann Gangwechsel am rechten
Rad. Während
des Gangwechsels am linken Rad (geschaltetes Rad RM), wird die zu
erreichende Drehzahl von der elektronischen Einheit 120 aufgrund
der Informationen bezüglich
der Drehzahl des Antriebsmotors und der momentanen Übersetzung
am rechten Rad (Sensorrad RC) berechnet, und umgekehrt.
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Die 5 und 6 stellen
schematisch die 2 oben beschriebenen, aufeinander folgenden Phasen
für den
Fall dar, in dem das Fahrzeug nur von den Vorderrädern angetrieben
wird: zunächst
beispielsweise den Gangwechsel am linken Vorderrad, wobei das linke
Vorderrad das geschaltete Rad RM und somit das rechte Vorderrad
das Sensorrad RC (5) ist, dann den Gangwechsel
am rechten Vorderrad, wobei das rechte Vorderrad das geschaltete Rad
RM und somit das linke Vorderrad das Sensorrad RC (6)
ist.
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Analog
zu dem oben Gesagten, wird, beim Erfassen einer ungewöhnlichen
Lage des Sensorrads RC (Blockieren oder Schleifen) durch die Recheneinheit
unmittelbar vor Ausgabe des Befehls, den Gang zu wechseln, dieser
Befehl so lange zurückgehalten,
bis eine normale Lage wieder vorliegt. Gerät das Sensorrad RC während des
Gangwechsels am anderen Rad RM in eine ungewöhnliche Lage (Blockieren oder
Schleifen), so wird als Information zu erreichende Drehzahl die
zuletzt berechnete zuverlässige
Information verwendet. Auch hier gibt es eine weitere mögliche Lösung: die
Räder RM bleiben
während
des Gangwechsels so lange in der Neutralstellung, bis die von dem
Sensorrad RC ausgegebene Drehzahl wieder zuverlässig geworden ist.
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In
sämtlichen
Fällen
sind beim Blockieren eines Rades (bei sehr starkem Bremsen) während dem Gangwechsel
an diesem und insbesondere wenn das Getriebe sich im Leerlauf befindet,
die Drehzahlen des Antriebsmotors und des entsprechenden Rades nicht
mehr kompatibel und können
somit den neuen Gang nicht einlegen. Diese Lage ist nicht erfassbar,
denn das Rad ist mechanisch vom Motor entkoppelt. Um jedwede Gefahr
eines mechanischen Bruches in der Vorrichtung zu vermeiden, ist
es vorzuziehen, den Vorgang eines Gangwechsels bei einer sehr starken
Bremsung zu unterbinden, wobei ein derartiger Bremsvorgang über den
Bremsdruck oder über
einen Messwert der Längsbeschleunigung
oder über
ein geeignetes Signal in einer Steuerelektronik des gesamten Fahrzeuges
erfasst werden kann.
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Im
Folgenden wird ein besonderes Beispiel eines Schaltmechanismus 100 näher beschrieben.
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In
den 7 und 8 ist das Rad W zu erkennen,
auf das ein Reifen T montiert ist. Das Rad ist drehbar an einem
Radträger
K montiert, wobei die Achse XX dessen Drehachse ist. Die Mehrheit
der Elemente des Schaltmechanismus 100 ist in einem Gehäuse 1 untergebracht,
das mit einem Deckel 2 und dem Statorteil S eines elektrischen
Antriebsmotors M verschlossen wird. Das Gehäuse 1 weist eine obere
Verlängerung 10 und
eine untere Verlängerung 11 auf,
an deren Enden eine Radaufhängung
für das Rad
W mit Bezug auf ein Fahrgestell bzw. auf den Wagenkasten angebracht
werden kann. Hier sind lediglich die so genannten nicht aufgehängten Organe einer
Verbindung zum Boden für
ein Kraftfahrzeug gezeigt.
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Das
Gehäuse 1 begrenzt
einen geschlossenen Raum mit dem Deckel 2 und dem Elektromotor M.
Dieser geschlossene Raum kann die Ölmenge enthalten, die notwendig
ist, um die Schmierung der dort angebrachten mechanischen Organe
zu gewährleisten.
In dem Gehäuse 1 ist
ein Zahnrad 3 zu sehen (siehe 7 und 9), das drehbar um die Achse XX ist und
in direktem Eingriff mit dem Rad W steht.
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In 9A ist
zu sehen, dass das Zahnrad 3 mit einem Gangritzel 31 für den ersten
Gang in Eingriff steht. Das Gangritzel 31 für den ersten
Gang ist koaxial zu und einstückig
mit einem Hilfsritzel 310 ausgebildet, das einen größeren Durchmesser
als das Gangritzel 31 für
den ersten Gang aufweist. Das Gangritzel 31 für den ersten
Gang und das Hilfsritzel 310 bilden ein einziges einstückiges drehbares
mechanisches Teil (siehe 10A).
Das Hilfsritzel 310 steht mit einem Zwischenritzel 6 in
Eingriff. Das Ritzel 6 ermöglicht, unabhängig von
dem eingelegten Gang, die Beibehaltung derselben Drehrichtung des Elektromotors.
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Ferner
steht das Zahnrad 3 mit einem Gangritzel 53 für den zweiten
Gang in Eingriff. Das Gangritzel 53 für den zweiten Gang ist koaxial
zu und einstückig
mit einem mit Klauen in Eingriff bringbaren Ritzel 530 ausgebildet
(siehe insbesondere 9A und 10A).
Das Gangritzel 53 für
den zweiten Gang und das mit Klauen in Eingriff bringbare Ritzel 530 bilden
ein einstückiges
drehbares mechanisches Teil. Dieses mechanische Teil weist eine
am mit Klauen in Eingriff bringbaren Ritzel 530 angrenzende, zahnlose
umlaufende Aussparung 532 auf (siehe insbesondere 10A). Dieses mechanische Teil weist ebenfalls
einen glatten Zwischenzapfen 531 auf. Ein mit Klauen in
Eingriff bringbares Losrad 42 ist koaxial zum Gangritzel 53 für den zweiten
Gang am glatten Zwischenzapfen 531 derart gelagert, dass
es gegenüber
dem Gangritzel 53 für
den zweiten Gang frei drehbar ist.
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Der
Schaltmechanismus 100 weist eine Klaue 46 auf,
mit der ein Gang gewählt
werden kann. In der dargestellten Ausführungsform weist die Klaue 46 eine
Innenverzahnung auf, die mit der (äußeren) Verzahnung des mit Klauen
in Eingriff bringbaren Ritzels 530 und des mit Klauen in
Eingriff bringbaren Losrads 42 identisch ist. Die Klaue 46 kann
entweder mit dem mit Klauen in Eingriff bringbaren Losrad 42 in
Eingriff gebracht werden, wobei dann eine Untersetzung (9A und 10A) erreicht wird, oder mit dem mit Klauen in
Eingriff bringbaren Ritzel 530 in Eingriff gebracht werden,
wodurch der Antrieb durch unmittelbaren Eingriff (9C und 10C) erfolgt, oder aber die Klaue 46 kann
in eine Position gebracht werden, in der sie nicht in Eingriff ist
und in der deren Innenverzahnung der zahnlosen Aussparung 532 gegenüber liegt
(9B und 10B).
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Ferner
weist die Klaue 46 eine äußere umlaufende Nut 460 (siehe 10A) und Ausnehmungen 461 (Sie 11)
auf. Zu sehen ist ein Stück
der Welle A ( 10) des Rotors des Elektromotors
M, wobei die Achse YY die Drehachse der Welle A ist. Eine Abdeckung 38 ist
einstückig
mit der Welle A des Rotors des Elektromotors M montiert. Die Klaue 46 wird
durch die Abdeckung 38 zentriert. Eine Gabel 16 greift
radial von außen
in die in der Klaue 46 eingebrachte, umlaufende Nut 460 ein.
Die Abdeckung 38 weist Zapfen 380 auf, die in
die Ausnehmungen 461 der Klaue 46 eingreifen.
Die Klaue 46 kann axial mit Bezug auf die Abdeckung gleiten
und gleichzeitig drehfest mit dieser verbunden sein.
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Die
Gabel 16 wird durch einen Getriebemotor 12 gesteuert.
Ein Positionssensor 21 ist mit der Gabel 16 verbunden.
Die Klaue 46 kann drei Stellungen einnehmen:
- • eine
Stellung, in der die Klaue 46 das Zahnrad über ein
Zwischenritzel 6 antreibt, das die Umkehr der Drehgeschwindigkeit
ermöglicht;
die Klaue 46 steht dann über das Zwischenritzel 6 und
das Hilfsritzel 310 mit dem Losrad 42 und somit
mit dem Gangritzel 31 für
den ersten Gang in Eingriff (siehe insbesondere die 9A und 10A);
- • eine
Stellung, in der sie mit dem Hilfsritzel 530 und somit
mit dem Gangritzel 53 für
den zweiten Gang in Eingriff steht (siehe insbesondere die 9C und 10C),
- • eine
neutrale Zwischenposition, die aus den 9B und 10B ersichtlich ist.
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Das
Gangritzel 31 für
den ersten Gang und das Gangritzel 53 für den zweiten Gang werden permanent
von dem Zahnrad 3 angetrieben. Da sie identisch verzahnt
sind, drehen beide auch mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit.
Steht das Gangritzel 53 für den zweiten Gang über das
zweite Hilfsritzel 530, die Klaue 46 und die Abdeckung 38 mit
der Welle A des Rotors des Elektromotors M in Eingriff, so steht es
in direktem Eingriff mit dem Motor M. Wenn hingegen das Antriebsmoment über die
Abdeckung 38, die Klaue 46, das Losrad 42,
das Zwischenritzel 6 und das Hilfsritzel 310 und
dann über
das Gangritzel 31 für
den ersten Gang läuft,
besteht zwischen der Welle A des Rotors des Elektromotors M und
dem Gangritzel 31 für
den ersten Gang ein Untersetzungsverhältnis, das dem Verhältnis R
zwischen der Zahnzahl des Hilfsritzels 310 und der Zahnzahl
des Losrads 42 entspricht.
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Weiter
ist darauf hinzuweisen, dass die Klaue das Zahnrad 3 über ein
Zwischenritzel 6 antreibt, das die Umkehr der Drehgeschwindigkeit
ermöglicht.
Durch das Ritzel 6 kann somit, unabhängig von dem eingelegten Gang,
ob in direktem Eingriff oder in einem anderen Verhältnis, die
gleiche Drehrichtung des Elektromotors beibehalten werden. In einer
in den Figuren nicht dargestellten Variante könnte der Elektromotor auch
für einen
Gang in die entgegengesetzte Drehrichtung gesteuert werden, als
in dem anderen Gang.
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In
dem in 12 wiedergegebenen Zeitdiagramm
ist die Abfolge der Vorgänge
dargestellt. Unabhängig
von der Richtung des Gangwechsels und unabhängig von dem betreffenden eingelegten
Gang bedeutet ein Gangwechsel das Aufheben des Motormoments (Bereich
1), das Versetzen des Getriebes in den Leerlauf (Bereich 2) und
dann das Anpassen der Drehgeschwindigkeit des Motors an die Geschwindigkeit,
die dem gewählten
einzulegenden Gang entspricht (Bereich 3), so dass der Gang mechanisch eingelegt
werden kann, bevor der Motor wieder mit dem gewünschten Drehmoment gesteuert
wird.
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Die
elektronische Einheit 120 steuert die folgenden Vorgänge für einen
Gangwechsel zum Beispiel vom ersten in den zweiten Gang:
- • Steuerung
des ersten Gangs, der an dem geschalteten Rad eingreift,
- • Berechnung
der Radgeschwindigkeit ausgehend von der „Antriebsmotorgeschwindigkeit" des Sensorrads und
des Gangs, das an dem Sensorrad in Eingriff ist,
- • Motormoment
auf Null gesetzt,
- • Schaltung
in die Neutralstellung,
- • Neuanpassung
der Motorgeschwindigkeit aufgrund der oben berechneten Radgeschwindigkeit,
- • Einlegen
des zweiten Gangs,
- • Steuerung
des eingelegten zweiten Gangs,
- • Wiederherstellung
des Motormoments.
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In
dem in 12 dargestellten Zeitdiagramm sind
auch nicht einschränkende,
bevorzugte Ausführungseinzelheiten
dargestellt. Zur Erleichterung des Gangwechsels können, über eine
gezielte Steuerung des Drehmoments des Elektromotors, kleine Geschwindigkeitsschwankungen
(Bereich 4) hervorgerufen werden, die dazu dienen, den Eingriff
der Klauen beim Eingreifen des nächsten
Ganges zu begünstigen.
Dabei ist festzustellen, dass die Drehmoments- und Geschwindigkeitsschwankungen
im Spiel sehr schwach sind: die im Bereich 4 dargestellte Drehmomentsschwankung
dient lediglich der Beschleunigung des Rotors des Motors M zur Überwindung
seiner eigenen Trägheit;
die daraus resultierende Geschwindigkeits schwankung ist sehr schwach,
zumal diese auch sofort durch das beginnende Eingreifen der Klaue
begrenzt wird (Aufnahme der Funktionsspiele). Ein Vergleich der
in dem Bereich 4 dargestellten Drehmoments- und Geschwindigkeitsschwankungen
mit den Drehmoments- und Geschwindigkeitsschwankungen in den anderen
Bereichen sollte nicht angestellt werden, da die Zeichnung rein
schematisch ist.
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Vorzugsweise,
und bei entsprechenden Fahrbedingungen, ist es angebracht, das Drehmoment
der elektrischen Antriebsmotoren derart zu steuern, dass das Drehmoment
am Rad kurz vor dem Ausrücken
eines Ganges und unmittelbar nach dem Einlegen eines anderen Ganges
im Wesentlichen gleichwertig ist. Will man eine höhere Gesamtuntersetzung
erreichen (Wechsel vom zweiten in den ersten Gang), so muss das
Drehmoment des Elektromotors unmittelbar nach dem Gangwechsel gezielt
begrenzt werden. Die Verringerung des Drehmoments erfolgt im Wesentlichen
im Verhältnis
R. Will man eine niedrigere Gesamtuntersetzung erreichen (Wechsel
vom ersten in den zweiten Gang), so muss das elektrische Drehmoment
unmittelbar nach dem Gangwechsel erhöht werden. Die Erhöhung des Drehmoments
erfolgt im Wesentlichen im Verhältnis R.
Das am Motor verfügbare
Drehmoment ist aber zwangsweise auf einen Wert Cmax begrenzt. Würde die
vorgesehene Erhöhung
des Drehmoments den Wert Cmax überschreiten,
so muss vor dem Gangwechsel das Drehmoment auf einen Wert gebracht werden,
der kleiner oder gleich Cmax/R ist, so dass das aufgebrachte Drehmoment
nach dem Gangwechsel den Wert Cmax nicht überschreitet.
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Weiter
ist darauf hinzuweisen, dass bei einem Wechsel in einen Gang mit
einer niedrigeren Gesamtuntersetzung der Elektromotor, sobald das Getriebe
in der Neutralstellung ist, so schnell wie möglich auf eine geringere Geschwindigkeit
gebracht werden muss. Der Motor muss also elektrisch gebremst werden,
was bedeutet, dass die Möglichkeit bestehen
muss, elektrische Energie ander weitig aufzunehmen (zum Beispiel
Abgabe an Widerstände oder
Aufladen von Speicherelementen).
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Zusammenfassend
schlägt
die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels bei einem
Fahrzeug mit mindestens zwei Antriebsrädern vor, wobei die Antriebsräder jeweils
mit einer Antriebskette ausgestattet sind, ähnlich dem oben beschriebenen
Verfahren, wobei die Gangwechsel an den Antriebsrädern zeitverzögert werden:
in einer ersten Phase, Gangwechsel an einem so genannten „geschalteten" Rad RM, wobei die
zu erzielende Geschwindigkeit aufgrund der Daten Geschwindigkeit des
Antriebsmotors und eingelegter Gang am anderen so genannten „Sensorrad" von der elektronischen
Einheit 120 berechnet wird, und in einer darauf folgenden
Phase, Gangwechsel am anderen Rad. Bei einem Fahrzeug mit mindestens
vier Antriebsrädern
auf zwei Achsen, liegt mindestens ein Sensorrad RC auf einer der
Achsen, wobei sich die geschalteten Räder RM während der ersten Phase auf
der anderen Achse befinden und in der darauf folgenden Phase die
Lage des „Sensorrads" RC und des „geschalteten
Rads" RM umgekehrt
wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Anwendung des durch die Erfindung
vorgeschlagenen Verfahrens nicht auf einen Schaltmechanismus des oben
beschriebenen Typs, begrenzt ist. Es kann beispielsweise auch mit
einem Planetengetriebe verwendet werden, bei dem eine erste Übersetzung durch
Bremsen einer Bandbremse, eine zweite Übersetzung durch Bremsen einer
weiteren Bandbremse erzielt wird und eine Neutralstellung dadurch
erzielt wird, dass keine der oben erwähnten Bandbremsen betätigt wird;
ein Beispiel einer solchen Bandbremse ist in der
US Patentschrift 2,939,344 angegeben.