DE4102202A1 - Fahrzeugleistungs-uebertragungsvorrichtung mit einer motorstartfunktion - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungs-Übertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug und insbesondere eine solche Leistungs-Übertragungsvorrichtung (Leistungs-Getriebe) mit einer Motorstartfunktion, welche eine kompakte Größe aufweist und einen hohen Freiheitsgrad und Genauigkeit in der Steuerung der Übersetzung des Maschinendrehmoments hat.

Bisher wurden viele Leistungs-Übertragungsvorrichtungen bzw. Leistuangsgetriebe für Fahrzeuge vorgeschlagen, welche nicht nur eine drehzahlverändernde Funktion, sondern auch eine Fahrzeugstartfunktion haben. Alle konventionellen Leistungs-Übertragungsvorrichtungen haben die folgenden Nachteile. Zum Beispiel im Fall eines von Hand betriebenen Getriebes mit einer vom Fahrer betätigten Kupplung wird insbesondere beim Starten des Fahrzeuges oder beim Wechseln der Getriebezahnräder die Kupplung in dem Getriebe nur vollständig verbunden oder eingekuppelt, nachdem ein teilweise verbundener oder eingekuppelter Zustand durchlaufen wurde, welcher ungefähr 5 Sekunden dauert. Während der Getriebezahnrad-Wechseloperation betätigt der Fahrer insbesondere das Kupplungspedal in Synchronität mit der Veränderung eines Schiebehebels zur Änderung des Getriebes, so daß die Betriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle der Maschine und der Eingangswelle des Getriebes unterbrochen wird. Im Verlauf einer solchen Unterbrechung der Verbindung bzw. des Auskuppelns betätigt der Fahrer den Schiebehebel zu einem gewünschten Getriebegang und betätigt danach das Kupplungspedal wieder, um die Verbindung oder Einkupplung zwischen der Maschinenausgangswelle und der Getriebeeingangswelle wieder herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt muß der Fahrer die Kupplung so verbinden oder zum Eingriff bringen, daß die Erzeugung eines Drehzahlrucks oder eines Drehzahlflusses verhindert wird. Eine solche Kupplungsbetätigung erfordert beträchtliche Erfahrung auf der Seite des Fahrers.

Darüber hinaus wird der Fahrer häufig gezwungen, derartige Kupplungspedalbetätigungen durchzuführen, wodurch er oder sie stark ermüden und es nicht erwartet werden kann, daß der Fahrer jederzeit eine saubere Kupplungspedalbetätigung ausführen kann. Aus diesem Grund erfordert das Leistungsgetriebesystem extra oder zusätzliche Drehzahlübersetzungskapazität, um eine Beeinträchtigung oder Beschädigung aufgrund eines großen Drehmomentflusses zu verhindern.

Darüber hinaus wird im Fall, daß der Fahrer das Kupplungspedal und den Schiebehebel für eine Handschaltung betätigen muß, er oder sie nicht nur gezwungen, die Kupplung rutschen zu lassen, was schwierig ist, sondern es entsteht dabei auch Energieverlust durch die Gleitreibung zwischen teilweise eingekuppelten Kupplungsteilen.

Auf der anderen Seite, im Fall eines hydraulischen Drehmoment-Konverters mit einer konstant eingekuppelten Getriebeübersetzung, die zum Wechsel der Getriebezahnräder in einer automatischen Weise hydraulisch betrieben wird, wird beim Starten des Fahrzeugs von einem Stillstand an das Maschinendrehmoment schrittweise zwischen den Eingangs- und Ausgangsteilen des Drehmomentkonverters durch Verwendung von einer Flüssigkeit wie Hydrauliköl übertragen. Daher werden Kupplungsbetätigungen automatisch durchgeführt und keine Handbetätigungen von der Seite des Fahrers sind notwendig. Jedoch ist anstelle der Kupplungspedalbetätigung des Fahrers usw. ein hydraulischer Kreis mit einer hydraulischen Pumpe erforderlich, so daß die Gesamtvorrichtung groß wird und einen komplizierten Aufbau aufweist, wohingegen der Energieverlust durch das Zirkulieren der Hydraulikflüssigkeit, des Gleitverlustes im hydraulischen Konverter und ähnlichem groß wird.

Außerdem sind bei den oben beschriebenen konventionellen Vorrichtungen ein Startmotor und eine Startkupplung zum Starten der Maschine getrennt erforderlich und zusätzlich zur Leistungs-Übertragungsvorrichtung, wodurch der räumliche Wirkungsgrad verringert wird und was es schwierig macht, die Größe der Vorrichtung zu reduzieren.

Die vorliegende Erfindung soll die oben beschriebenen verschiedenen Probleme der konventionellen Übertragungsvorrichtungen überwinden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Fahrzeugleistungs-Übertragungsvorrichtung mit einer Motorstartfunktion zu schaffen, die eine geringe Größe und einen hohen Freiheitsgrad und Genauigkeit bei der Steuerung der Drehmomentübersetzung hat.

Zur Lösung der obigen Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugleistungs-Übertragungsvorrichtung mit einer Startfunktion vorgesehen, die aufweist:
eine Drehmomentübersetzungseinrichtung mit einem Differentialgetriebemechanismus mit zumindest einer ersten, einer zweiten und einer dritten Drehwelle;
eine mit der ersten Drehwelle der Drehmomentübersetzungseinrichtung betriebswirksam verbundene Maschine;
ein mit der zweiten Drehwelle verbundenes Getriebe zum Übersetzen des Drehmoments an einer Antriebswelle des Fahrzeugs;
einen mit der dritten Welle der Drehmoment-Übersetzungseinrichtung verbundenen Elektromotor;
einen Leistungswandler zum Steuern des Elektromotors;
eine elektrische Leistungsquelle zur Leistungszufuhr zum Elektromotor über den Leistungswandler; und
eine Steuerung zum Steuern des Leistungsumsetzens in der Weise, daß der Elektromotor als Leistungsquelle oder als Last arbeitet, abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs.

Bei der wie oben aufgebauten Leistungs-Übertragungsvorrichtung wird der Elektromotor während der Maschinenstartzeit bestromt, um mit dem Getriebe verkoppelt zu arbeiten, um so die Kurbelwelle der Maschine über Zwischenschaltung des Differentialgetriebemechanismus zu drehen. Nach Beendigung der Maschinen-Startoperation wirkt der Elektromotor hauptsächlich als Generator, so daß das Lastdrehmoment des Elektromotors durch den Differentialgetriebemechanismus als Reaktionsdrehmoment übertragen wird. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Steuerung den Leistungsumsetzer so, daß das Lastmoment des Elektromotors geeignet verändert wird, um so das Übersetzungsdrehmoment zum Getriebe zu steuern.

Die Steuerung steuert den Leistungswandler so, daß der Elektromotor als Startermotor zum Starten der Maschine arbeitet, wenn die zweite Drehwelle der Leistungsgetriebeeinrichtung gegen Rotation verriegelt ist und die Maschine gestartet wird.

Das Getriebe hat mehrere Betriebspositionen, und die Steuerung steuert den Leistungswandler in der Weise, daß das Drehmoment des Elektromotors synchron mit einer Veränderung in der Betriebsposition des Getriebes verändert wird, um eine Ein/Aus-Steuerung der Übersetzung des Drehmomentes von der Maschine zum Getriebe durchzuführen. Demgemäß ist es möglich, einen extrem weichen Getriebe-Wechselbetrieb mit einer sehr begrenzten Drehzahlvariation zu erreichen.

Die obigen und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden.

In den Figuren zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockbild der Gesamtanordnung einer Fahrzeug-Leistungs-Übertragungsvorrichtung mit einer Motorstartfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm des Betriebes der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm des Betriebes einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine charakteristische Kurve des durch einen Elektromotor erzeugten Drehmoments;

Fig. 5 eine Aufsicht verschiedener Betriebspositionen eines Schiebehebels; und

Fig. 6 ein Zeitablaufdiagramm des Betriebs einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, wie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt.

Zunächst, bezugnehmend auf Fig. 1, wird diagrammartig eine Leistungs-Übertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die dargestellte Vorrichtung enthält eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1 mit einer ersten bis dritten Welle 1a bis 3a und einen bekannten Differential-Getriebemechanismus 10.

Der Differential-Getriebemechanismus 10 enthält ein paar von Seitengetrieben 11, 12 in der Form von Kegelgetrieben, die in einer getrennten parallelen Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei das Seitenzahnrad 11 in Verbindung mit der ersten Rotationswelle 1a zur integralen Rotation derselben verbunden ist, ein paar von Ritzelzahnrädern 13, 14 in der Form von Kegelzahnrädern in einer getrennten parallelen Beziehung zueinander an Orten zwischen den Seitenzahnrädern 11, 12 angeordnet sind und jedes in verkämmendem Eingriff mit den Seitengetrieben 11, 12 ist, eine U-förmige Ritzelwelle 15 zur drehbaren Lagerung der Ritzelzahnräder 13, 14 vorgesehen ist und ein Antriebszahnrad 16 von großem Durchmesser auf der ersten Drehwelle 1a drehbar gehalten wird, welche betriebswirksam mit der Ausgangswelle der Maschine 2 verbunden ist. Das Zahnrad 16 hat eine Seitenoberfläche, an welcher die entgegengesetzten Seiten der U-förmigen Ritzelwelle 15 befestigt und gesichert sind.

Die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 1 enthält ein Antriebszahnrad 20 mit geringem Durchmesser, das betriebswirksam mit der zweiten Welle 1b und in verkämmtem Eingriff mit dem Antriebszahnrad 16 von großem Durchmesser verbunden ist, eine an einer Seitenfläche des Seitenzahnrades 12 fixierte und gesicherte Welle 21, ein Lager 22, das die erste Drehwelle 1a drehbar hält, ein Lager 23 zur drehbaren Lagerung der Welle 21, ein Antriebszahnrad 24 von großem Durchmesser, das an der Welle 23 zur Rotation mit derselben befestigt ist, und ein Antriebszahnrad 25 von geringem Durchmesser, das mit der dritten Welle 1c fest verbunden ist und in kämmendem Eingriff mit dem Antriebszahnrad 24 mit großem Durchmesser. Die Antriebs- und angetriebenen Zahnräder 16, 20 bilden einen Drehzahlreduktionsmechanismus für die zweite Welle 1b und die Antriebs- und angetriebenen Zahnräder 24, 25 bilden einen Drehzahlreduktionsmechanismus für die dritte Welle 1c.

Die Maschine 2, die die Antriebsquelle zum Antreiben des Fahrzeuges ist, hat eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), die betriebswirksam mit der ersten Welle 1a verbunden ist. Ein Getriebe 3 hat eine Ausgangswelle 3a, die betriebswirksam mit der zweiten Welle 1b in solcher Weise verbunden ist, daß die Drehkraft oder das Drehmoment der zweiten Welle 1b variabel über das Getriebe 3 auf die Ausgangswelle 3a übertragen wird, gemäß einer Betriebsposition eines Schiebehebels (nicht gezeigt). Ein Drehzahlreduktionszahnrad 4 ist mit der Ausgangswelle 3a des Getriebes 3 verbunden und hat eine Ausgangswelle, welche betriebswirksam mit Antriebsrädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden ist.

Ein Elektromotor 5 ist betriebswirksam mit der Drehwelle 1c verbunden und wird durch einen Leistungswandler 6 in einer solchen Weise gesteuert, daß er entweder mit einer Speicherbatterie 7 zum Antrieb durch diese verbunden ist oder von dieser getrennt ist, um so als eine Last für die Maschine 2 zu dienen.

In dieser Weise sind die Maschine 2, das Getriebe 3 und der Elektromotor 5 miteinander betriebswirksam verbunden, unter Zwischenschaltung des Differential- Getriebemechanismus 10.

Ein Drehzahlsensor 8 ist auf der Ausgangswelle 3a des Getriebes 3 zur Erfassung der Drehzahl V der Ausgangswelle 3a maßgeblich für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgesehen. Die Drehzahl V der Ausgangswelle 3a zeigt indirekt den Fahrzustand des Fahrzeugs an. Ein Winkelsensor 9 ist auf der dritten Rotationswelle 1c vorgesehen, welche betriebswirksam mit der Ausgangswelle des Elektromotors 5 verbunden ist, zum Erfassen des Winkels der Rotation R der Rotationswelle 1c. Zum Beispiel weist der Winkelsensor 9, obwohl es nicht dargestellt ist, eine Scheibe auf, die mehrere kernförmige Zähne auf der äußeren Umfangsfläche haat. Ein elektromagnetischer Aufnehmer ist in der Nähe der äußeren periphären Umfangsfläche der Scheibe angeordnet, um ein Pulssignal synchron mit der Drehung der gezahnten Scheibe zu erzeugen.

Eine Steuerung 30 steuert den Leistungswandler 6 in solcher Weise, daß der Wandler 6 den Elektromotor 5 zur Funktion als Leistungsquelle oder als Last auf Betriebsbefehle (z. B. Motorstartanweisung A oder Fahrzeugstartanweisung B) des Fahrers hinsteuert, die Drehzahl V der Ausgangswelle 3a (d. h. die Fahrbedingung des Fahrzeugs) und den Winkel der Rotation R der Drehwelle 1c. In diesem Zusammenhang wird der Motorstartbefehl A erzeugt, wenn der Fahrer einen Schlüsselschalter (nicht gezeigt) betätigt, und die Fahrzeugstartanweisung B wird erzeugt, wenn der Fahrer ein Gaspedal (nicht gezeigt) betätigt.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Zeitablaufs des Maschinengeschwindigkeitssignals, des Motorgeschwindigkeitssignals und des Motordrehmomentsignals, welche sich hinsichtlich der Zeit vom Zeitpunkt des Maschinenstartens über einen Leerlaufbetrieb zu dem Zeitpunkt ändern, an dem das Fahrzeug anfängt, sich zu bewegen.

Als nächstes wird die oben beschriebene Ausführungsform der Fig. 1 unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden. Während der Zeit, in der das Fahrzeug normal fährt, wirkt der Elektromotor 5 als eine Last für die Maschine 2, so daß die Ausgangsleistung der Maschine 2 über den Differential-Getriebemechanismus 10 und die Antriebs- und angetriebenen Zahnräder 16, 20 in der Leistungsgetriebeeinrichtung 1 zum Getriebe 3 als Reaktionskraft übertragen wird. Die Drehkraft oder das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 3 wird von der Ausgangswelle 3a weiter zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs über das Drehzahlreduktionsgetriebe 4 übertragen.

Zu diesem Zeitpunkt arbeitet die Steuerung 30 zur Steuerung des Leistungswandlers 6 auf eine Anweisung des Fahrers hin (d. h. eine Motorstartanweisung A oder eine Fahrzeugstartanweisung B), der Drehzahl V der Getriebeausgangswelle 3a als Maß für den Fahrzustand des Fahrzeugs und des Winkels der Rotation R der dritten Rotationswelle 1c. Das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 5 wird nämlich durch die Steuerung 30 in einer Richtung gesteuert, die Ladung der Speicherbatterie 7 in einem gewünschten Maß zu laden, wie in Fig. 2 dargestellt, so daß der Betrag des zu dem Getriebe 3 übertragenen Drehmomentes dadurch in einer willkürlichen Weise gesteuert wird. Daher wirkt zu diesem Zeitpunkt der Elektromotor als Generator, so daß die Ausgangsleistung des Motors 5 zum Laden der Speicherbatterie 7 über den Leistungsumsetzer 7 verwendet wird.

Eine solche Steuerung des Elektromotors 5 durch den Leistungswandler 6 ist im Stand der Technik allgemein bekannt und dem Fachmann geläufig. Zum Beispiel ist im offengelegten japanischen Patent, Nr. 63-2 77 499 dieses im Detail beschrieben und daher erübrigt sich eine weitere Erklärung desselben.

Nun wird der Betrieb dieser Ausführungsform zum Zeitpunkt des Startens der Maschine beschrieben. Zunächst muß festgestellt werden, daß das Getriebe 3 im allgemeinen mindestens 3 Betriebsgedingungen hat, wie unten aufgeführt:

• 1) Einen ersten Zustand, in welchem das Getriebe 3 in dem Parkzustand (P Bereich) ist, wobei die Eingangswelle oder die zweite Drehwelle 1b und die Ausgangswelle 3a des Getriebes 3 mechanisch verriegelt durch Anwendung einer Bremse oder durch Eingreifen zwischen Zahnrädern sind.
• 2) Einen zweiten Zustand, in welchem das Getriebe 3 in dem Neutralbereich (N Bereich) ist, wobei die Eingangswelle 1b und die Ausgangswelle 3a frei oder nicht miteinander verbunden sind; und
• 3) Einen dritten Zustand, in welchem das Getriebe 3 in dem Fahrbereich (D Bereich) ist, wobei das Drehzahlübersetzungsverhältnis oder die Getriebeübersetzung automatisch oder manuell von einem hohen zu einem geringen Verhältnis verändert wird, auf die Größe einer Drehzahllast hin, die an die Ausgangswelle 3a angelegt wird.

Wenn die Maschine 2 zum Beispiel gestartet wird, wird zunächst erfaßt, daß der nicht bezeichnete Schlüsselschalter in der Maschinenstartposition ist, und ein Signal zur Anzeige dieses Zustandes wird durch den Schlüsselschalter oder andere geeignete Einrichtung erzeugt und der Steuerung 30 als Maschinenstartbefehl A zugeführt. Zum Zeitpunkt eines normalen Maschinenstarts ist das Getriebe 3 allgemein im Parkbereich. Wenn daher die Eingangswelle 1b des Getriebes 3 im verriegelten Zustand ist, entscheidet die Steuerung 30, daß die Maschine 3 gestartet werden soll und bewirkt die Steuerung des Leistungswandlers 6 in solcher Weise, daß der Elektromotor 5 als Leistungsquelle (d. h. als Startmotor) wirkt. Insbesondere berechnet die Steuerung 30 die Drehzahl des Elektromotors 5, basierend auf dem Winkel der Drehung R oder der dritten Welle 1c, und steuert zur gleichen Zeit den Leistungswandler 6, so daß elektrische Leistung von der Speicherbatterie 7 zum Elektromotor 5 geführt wird, so daß die Drehzahl des Motors 5 auf einen vorgeschriebenen Wert ansteigt (z. B. 200 upm).

Das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 5 wird von der dritten Welle 1c zum Differentialgetriebemechanismus 10 über die Getriebzahnräder 25, 24 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Welle 1b an der Rotation gehindert und das Antriebszahnrad 16 mit großem Durchmesser wird gegen Rotation verriegelt, so daß die Drehkraft des zweiten Seitenzahnrades 12, die von dem Elektromotor 5 übertragen ist, weiter zu der ersten Welle 1a über die Ritzelzahnräder 13, 14 und die entgegengesetzten ersten Seitenzahnräder 11 übertragen wird.

Entsprechend mit dem Übersetzungsverhältnis des Zahnrades 25 zum Zahnrad 24, zum Beispiel 2, wird die nicht dargestellte Kurbelwelle der Maschine 2 verbunden mit der ersten Welle 1a zur Drehung mit der Drehzahl von etwa 100 upm gebracht, falls die Drehzahl des Elektromotors 5 200 upm (siehe Fig. 2) ist. Falls diese Maschinenstartbedingung für einige Sekunden fortgesetzt wird, startet die Maschine 2 und geht in den Leerlaufbetrieb, so daß die Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine 2 auf etwa 500 bis 800 upm ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt bleibt das Getriebe 3 im Parkbereich, die Drehkraft oder das Drehmoment der Maschine 2 wird zu dem Elektromotor 5 über den Differentialgetriebemechanismus 10 übertragen, wodurch die dritte Rotationswelle 1c zur Drehung von etwa 1000 bis 1600 upm gebracht wird.

Wenn die Steuerung 30, basierend auf dem Ausgangssignal R des Winkelsensors 9 als Maß für den Winkel der Drehung der Welle 1c des Motors 5 einen Anstieg in der Drehzahl des Elektromotors 5 erfaßt, entscheidet sie, daß der Motorstartbetrieb vollendet ist und stoppt die Leistungszufuhr zu dem Elektromotor 5. Zur gleichen Zeit steuert die Steuerung 30 den Leistungswandler 6 so, daß der Motor 5 als Last für die Rotation der Maschine 2 wirkt.

Falls demgemäß die Maschine 2 mit dem Leerlauf beginnt, beginnt der Elektromotor 5 als Generator zu wirken, um die Speicherbatterie 7 zu laden. Bei dieser Gelegenheit wird das gesamte Ausgangsdrehmoment der Maschine 2 zu dem Elektromotor 5 über den Differentialgetriebemechanismus 10 übertragen. Zusätzlich wird das Drehmoment des Motors 5, das als Last wirkt und die Drehzahl desselben so gesteuert, daß das Getriebezahnrad 16 von großem Durchmesser nicht gedreht wird, das mit der zweiten Welle oder der Eingangswelle 1b des Getriebes 3 verbunden ist.

Obwohl die Drehzahl der Maschine 2 während des Leerlaufs auf einem vorgeschriebenen Pegel gesteuert wird, wird sie aufgrund von Schwankungen in dem Drehmoment der Maschine variieren. Es ist jedoch möglich, die Schwankungen des Maschinendrehmoments zu unterbinden und Schwankungen in der Drehzahl der Maschine 2 zu unterdrücken, indem das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 5 wie in Fig. 2 gezeigt, genau gesteuert wird. Eine solche Steuerung des Ausgangsdrehmoments der Maschine 2 durch den Leistungswandler 6 während des Leerlaufs wird auch im Detail in der vorher erwähnten japanischen Literatur beschrieben und daher wird keine weitere Beschreibung durchgeführt.

Als nächstes wird der Fall beschrieben, daß das Fahrzeug beschleunigt oder von einem Stillstand angefahren wird. Falls der Fahrer den nicht dargestellten Schiebehebel des Getriebes 3 vom Parkbereich zum Fahrbereich verändert, wird das Getriebe 3 von der Verriegelung freigegeben, so daß das Drehmoment von der zweiten Welle oder der Eingangswelle 1b zu der Ausgangswelle 3a übertragen werden kann.

Falls der Fahrer bei dieser Situation auf das nicht gezeigte Gaspedal tritt, wird ein Fahrzeuganfahrbefehl B in der Form eines Spannungssignals mit einer Größe proportional zum Betrag des Drückens des Gaspedals erzeugt und der Steuerung 30 zugeführt, welche daraufhin den Leistungswandler 6 in solcher Weise steuert, daß das Ausgangsdrehmoment oder Lastdrehmoment des Elektromotors 5 schrittweise gesteigert wird. Das durch den Motor 5 erzeugte Lastdrehmoment wird von diesem zum Differentialgetriebemechanismus 10 über die Zahnräder 25, 24 und weiter von dem zweiten Seitengetrieberad 12 zu den Ritzelzahnrädern 13, 14 als reaktive Kraft übertragen.

Folglich werden die Ritzelzahnräder 13, 14 zur Bewegung oder Rotation an der gezahnten äußeren Umfangsfläche des zweiten Seitenzahnrades 12 gebracht, wodurch das Zahnrad 16 mit großem Durchmesser zur Rotation gebracht wird. Als Ergebnis wird die Eingangswelle 1b des Getriebes 3 gestartet, um schrittweise zu rotieren, so daß das Fahrzeug mit dem Anfahren beginnt, wobei die Geschwindigkeit in der in Fig. 2 gezeigten Weise ansteigt.

Darüber hinaus steuert die Steuerung 30 den Startbetrieb des Fahrzeuges in einer gewünschten Weise, basierend auf dem Ausgangssignal V des Geschwindigkeitssensors 8 als Maß für die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 3a und dem Fahrzeugstartbefehl B. Das heißt, sie arbeitet, um das Fahrzeug in einer schnellen oder langsamen Weise anfahren zu lassen, gemäß dem Betrag, mit dem das nicht gezeigte Gaspedal durch den Fahrer niedergedrückt wird. Das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Elektromotors 5 werden nämlich in einem Rückkopplungsmodus gesteuert, um die Änderungsrate des Geschwindigkeitsanstiegs des Fahrzeugs innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches zu halten.

Weil die Fahrzeugstartsteuerung in dieser Weise elektrisch ausgeführt wird, ist die Freiheit und die Genauigkeit der Drehmomentübertragung verbessert auf einen praktischen Betrag, während die entstehenden Energieverluste verringert sind. Des weiteren ist es nicht nötig, einen getrennten Anlaßmotor und getrennten Generator vorzusehen, oder einen getrennten hydraulischen Konverter mit einer Startkupplungsfunktion oder eine handbetätigte Trockenkupplung, welche im allgemeinen bei einem konventionellen Leistungs-Übersetzungsapparat erforderlich ist. Dieses resultiert in einer Reduktion der Größe und der Herstellungskosten.

Die oben beschriebene elektrische Steuerung ist natürlich auch während der Gangwechseloperation des Getriebes 3 zusätzlich zum Fahrzeuganfahrbetrieb möglich.

Es wird nun ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung im folgenden beschrieben, wobei das Getriebe 3 eine vielstufige Übersetzung mit mehreren Gangwechselbereichen oder Übersetzungsverhältnissen aufweist, und in welcher Drehmoment in einer Ein-Aus-Weise auf die Veränderung eines Schiebehebels durch den Fahrer hin gesteuert werden kann.

In diesem Fall wird ein Schiebeknopf eingesetzt, der einen Signalgenerator enthält, der ein Schiebehebelbetriebssignal (nicht gezeigt) oder andere geeignete Übersetzungsverhältnis-/Erfassungseinrichtungen (nicht gezeigt) zur Erfassung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 3, als eine Einrichtung zum Erfassen des Betriebes des Schiebehebels eingesetzt, welcher durch den Fahrer zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 3 betätigt wird. Das Ausgangssignal des Schiebeknopfs oder der Getriebeverhältnis-Erfassungseinrichtung wird in die Steuerung 30 eingegeben als ein Signal, das den Fahrzustand des Fahrzeugs wiedergibt.

Der Schiebeknopf wird im allgemeinen mit einem halbautomatischen Getriebe eingesetzt und erzeugt ein Ausgangssignal in der Form eines Gangwechsel-Betriebsignals, wenn der Fahrer den Schiebehebel betätigt.

Die Erfassungseinrichtung für das Getriebeübersetzungsverhältnis wird im allgemeinen mit einem automatischen Getriebe eingesetzt, und enthält einen beweglichen Kontakt, der betriebswirksam mit einem beweglichen Abschnitt eines Schiebehebels verbunden ist, zur Erzeugung eines Ausgangssignals in der Form eines elektrischen Signals, das zur Betriebsposition des Schiebehebels korrespondiert. In diesem Zusammenhang im Fall des dreistufigen Getriebes mit drei Übersetzungsverhältnissen weist das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung für das Übersetzungsverhältnis zum Beispiel auf: sechs EIN/AUS Signale, jeweils entsprechend einem ersten, einem zweiten und einem Dritten Gang/Getriebebereich, dem neutralen Getriebebereich, dem Parkgetriebebereich und dem Rückwärtsgetriebebereich.

Als nächstes wird der Betrieb der obigen Ausführungsform, in welcher die Betriebserfassungseinrichtung einen Schiebeknopf beispielhaft aufweist, im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 1 und die Signalformdiagramme aus Fig. 2 und 3 beschrieben.

Wenn der Fahrer den Schiebehebel des Getriebes 3 von der Tragposition zu der ersten Geschwindigkeitsposition verschiebt, wird das Getriebe 3 in einen Zustand gebracht, in welchem das Drehmoment von der Eingangswelle 1b zur Ausgangswelle 3a übertragen wird. Wenn anschließend der Fahrer auf das Gaspedal in diesem Zustand tritt, wird ein Fahrzeuganfahrbefehl B in die Steuerung 30 eingegeben, welche den Anstieg des durch den Elektromotor 5 erzeugten Drehmoments in einer schrittweisen Art bewirkt, wie in Fig. 2 dargestellt, wodurch das Fahrzeug weich anfährt.

Zu diesem Zeitpunkt, da das in der Steuerung 30 gespeicherte Steuerprogramm so entworfen ist, erfaßt die Steuerung 30 den Anfahrzustand des Fahrzeugs, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als 7 oder 8 km/h ist, und ändert die Rate des Wechsels des Drehmomentes, erzeugt durch den Elektromotor 5 hinsichtlich der Zeit, gemäß dem Betrag des Niederdrückens des Gaspedals durch den Fahrer, wenn festgestellt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als der obige Wert ist. Somit können verschiedene Fahrzeuganfahroperationen von einem langsamen Anfahren bis zum schnellen Anfahren durch die Betätigung des Gaspedals des Fahrers ausgeführt werden, ohne daß Reibungsenergieverluste mechanischer Natur erzeugt werden.

Wenn das Übersetzungsverhältnis von dem ersten Gang zum zweiten Gangbereich nach Beendigung des Fahrzeugstartbetriebes in dieser Weise gewechselt wird, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit zu einem bestimmten Pegel angestiegen ist, muß der Fahrer üblicherweise den Schiebehebel von dem ersten zum zweiten Geschwindigkeitsbereich durch den Neutralbereich verschieben. Auf diese Schiebebetätigung hin erzeugt ein in dem Schiebeknopf enthaltener Signalgenerator ein Getriebeschiebesignal für die Steuerung 30, welche augenblicklich in Synchronität damit die Übertragung des Drehmoments zwischen der Maschine 2 und dem Getriebe 3 unterbricht und dann den Elektromotor 5 so steuert, um diese wieder zu verbinden. Das Getriebeschiebesignal wird durch einen Schalter vom Kontakttyp erzeugt, welcher geöffnet und geschlossen durch die Kraft oder Bewegung des Schiebeknopfes wird, und wird hoch in dem neutralen Bereich des Schiebehebels während der Bewegung des Schiebehebels. Das Getriebeschiebesignal zeigt die Drehzahl V der Straßenräder sowie die Fahrbedingung des Fahrzeuges an. Des weiteren entspricht der mittlere Abschnitt des Getriebeschiebesignals bezeichnet durch die unterbrochene Linie während des Hochpegels desselben der Bedingung, in welcher das Getriebe in dem neutralen Bereich ist, mit einem übertragenen Drehmoment von 0.

Die Steuerung 30 verändert synchron mit dem Eingang eines Getriebeschiebesignals das Drehmoment, das von der Maschine 2 zu dem Getriebe 3 in der in Fig. 3 gezeigten Weise übertragen werden soll. Speziell ist die Rate der Veränderung im Übersetzungsdrehmoment groß im Fall des Abfallens des Getriebedrehmomentes bei einem ansteigenden Punkt des Getriebeschiebesignals, wohingegen sie im Fall des Anstiegs des Getriebedrehmoments klein ist, bei einem fallenden Punkt des Getriebeschiebesignals. Eine solche Veränderung im Getriebedrehmoment resultiert in einer entsprechenden Änderung in dem durch den Elektromotor 5 erzeugten Drehmoment, ohne daß viel Energieverlust erzeugt wird. Demgemäß wird das Getriebedrehmoment in das erzeugte Drehmoment des Elektromotors 5 ohne eine wesentliche Veränderung umgesetzt, obwohl dabei eine Veränderung in der Größe oder im Maßstab stattfindet.

Ein konkretes Verfahren zur Veränderung des durch den Elektromotor 5 erzeugten Drehmomentes ist im offengelegten japanischen Patent Nr. 63-27 77 499 beschrieben. Ein viel einfacheres Beispiel ist es, den Feldstrom des Motors 5 als einen der Steuerparameter zu verwenden, und ihn im Zeitverlauf in einer ansteigenden oder abfallenden Weise zu steuern. In dieser Weise, durch Veränderung des erzeugten Drehmomentes des Elektromotors synchron zu einem Verschieben des Betriebsbereichs des Schiebehebels oder einem Getriebeübersetzungs-Wechselbetrieb, ist die Übertragung des Drehmomentes von der Maschine 2 zu dem Getriebe 3 gesteuert, unterbrochen oder durchgeführt, so daß Stöße aufgrund der Drehmomentübertragung in einer effektiven Weise unterdrückt werden können.

Fig. 5 zeigt sechs Betriebspositonen des Schiebehebels in einer erklärenden Weise. In diesem Fall hat das Getriebe 3 drei Geschwindigkeitsstufen oder Übersetzungsverhältnisse mit dem ersten bis zum dritten Gang zusätzlich zu dem neutralen, dem Park und dem Rückwärtsbereich.

Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betriebszeitablauf der vorliegenden Vorrichtung zeigt, d. h., EIN/AUS-Signale entsprechend zum ersten bis zum dritten Gang und dem Neutralbereich, das Übertragene Drehmoment zu dem Getriebe 3, welches dem durch den Elektromotor 5 erzeugten Drehmoment entspricht und das zur Unterbrechung oder Übertragung abhängig von den EIN/AUS-Signalen gesteuert wird und die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b des Getriebes 3.

Zunächst erfaßt die Erfassungseinrichtung für das Getriebeverhältnis den Betriebs- oder Verbindungszustand des Getriebes 3 und erzeugt ein Ausgangssignal, das das erfaßte Übersetzungsverhältnis der Steuerung 30 anzeigt.

Wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis von dem ersten Gang zum zweiten Gang verändert wird, wird der Schiebehebel zur Bewegung von der ersten Geschwindigkeitsposition zu der zweiten Geschwindigkeitsposition ohne Durchlaufen der neutralen Position betrieben, wie in Fig. 5 dargestellt. Dieser Wechsel ist durch ein Hochschieben während eines Wechsels im ersten Geschwindigkeitssignal festgelegt (d. h. ein Fallen desselben).

Falls darauf das Übersetzungsverhältnis vom zweiten Gang zum dritten Gang verändert wird, passiert der Schiebehebel die neutrale Position, so daß ein neutrales Signal während der Zeit erzeugt wird, die von der fallenden Flanke des zweiten Geschwindigkeitssignals beginnt und das mit der steigenden Flanke des dritten Geschwindigkeitssignals endet. Als Ergebnis wird der Wechsel im Übersetzungsverhältnis als Hochschieben festgelegt.

Zum Zeitpunkt eines solchen Hochschiebens steuert die Steuerung 30 das durch den Elektromotor 5 erzeugte Drehmoment so, daß die Drehzahl der Eingangswelle 1b zu dem Zeitpunkt reduziert wird, der direkt nach dem Wechsel im Getriebeübersetzungsverhältnis liegt, im Vergleich zu dem vor dem Wechsel. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Steuerung 30 während der Zeit vom Start der Unterbrechung des Drehmoments zur Wiederverbindung oder Wiederübertragung derselben die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b in einer solchen Weise, daß kein wesentlicher Unterschied in der Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b vor und nach dem Getriebewechsel entsteht.

Wenn des weiteren das Übersetzungsverhältnis von der zweiten zu der ersten Geschwindigkeit hinuntergeschoben wird, wird ein neutrales Signal während der Getriebeübersetzungs-Wechseloperation erzeugt, so daß festgestellt wird, daß ein Hinunterschieben und kein Aufwärtsschieben vorliegt. In diesem Fall steuert die Steuerung 30 das Generatordrehmoment des Elektromotors 5, so daß die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b direkt nach dem Wechsel des Getriebeverhältnisses auf einen Wert ansteigt, der größer als der kurz vor dem Wechsel ist. Bei dieser Gelegenheit berechnet die Steuerung 30 eine Zieldrehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b, basierend auf der Drehgeschwindigkeit V der Ausgangswelle 3a, die durch den Geschwindigkeitssensor 8 erfaßt wird und dem Erfassungssignal, das das erfaßte geänderte Getriebeverhältnis durch die Getriebeverhältnis- Erfassungseinrichtung anzeigt. Um die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b der errechneten Zielgeschwindigkeit anzugleichen, steuert die Steuerung 30 den Elektromotor 5 so, daß das durch den Motor 5 erzeugte Drehmoment eine Last oder eine Ausgangsleistung wird.

Falls die Drehgeschwindigkeit der Maschine 2 während der Getriebeverhältniswechseloperation für konstant gehalten wird, kann die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b des Getriebes 3 basierend auf der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 5 berechnet werden, welche als Rotationswinkel R durch den Winkelsensor 9 erfaßt wird, und durch das Übersetzungsverhältnis des Differentialgetriebemechanismus 10 oder sie kann direkt durch einen nicht gezeigten Geschwindigkeitssensor erfaßt werden.

In dieser Weise wird das durch den Motor 5 erzeugte Drehmoment in Synchronität mit der Veränderung der Betriebsposition des Schiebehebels (d. h. Getriebeübersetzungsverhältnis-Wechseloperation) verändert, so daß das von der Maschine 2 zum Getriebe 3 übertragene Drehmoment demgemäß in einer EIN/AUS Weise gesteuert wird. Des weiteren kann während der Zeit der Unterbrechung der Drehmomentübertragung bis zum Wiederherstellen derselben, die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1b in Abhängigkeit von dem gewechselten Übersetzungsverhältnis gesteuert werden, so daß keine große Differenz in der Rotationsgeschwindigkeit derselben vor und nach dem Getriebewechsel auftritt.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Motor 5 als Generator während des Anfahrens des Fahrzeugs wirkt, kann er auch als Leistungsquelle zur Steigerung des Ausgangsdrehmomentes des Getriebes 3 dienen.

In der obigen Ausführungsform wird der Differentialgetriebemechanismus 10 durch die Kegelzahnräder 11, 12, Ritzelräder 13, 14, die U-förmige Ritzelwelle 15 und das Zahnrad 16 von großem Durchmesser gebildet, wobei die ersten bis dritten Wellen 1a bis 1c in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet sind. Jedoch können sie auch anders aufgebaut oder angeordnet sein. Zum Beispiel kann auch ein bekannter Planetengetriebemechanismus einer kompakten Konstruktion mit mehreren koaxialen Wellen ohne Probleme eingesetzt werden.

Obwohl die Rotationskraft-Übertragungseinrichtung 1 mit drei Wellen dargestellt wurde, kann auch eine Vielzahl von ähnlichen Planetengetrieben in Kombination verwendet werden, um eine Rotationskraft-Übertragungseinrichtung mit mehr als drei Wellen zu schaffen.

Claims (3)

1. Fahrzeugleistungs-Übertragungsvorrichtung mit einer Startfunktion mit:
einer Drehmomentwandlereinrichtung (1) mit einem Differentialgetriebemechanismus (10) und zumindest einer ersten (1a), einer zweiten (1b) und einer dritten (1c) Welle;
einer Maschine (2), die betriebswirksam mit der ersten Welle (1a) der Drehmomentwandlereinrichtung (1) verbunden ist;
einem mit der zweiten Welle (1b) verbundenen Getriebe (3) zum Übertragen eines Drehmoments auf eine Antriebswelle des Fahrzeugs;
einem mit der dritten Welle (1c) der Drehmomentübertragungseinrichtung (1) verbundenen Elektromotor (5);
einem Leistungswandler (6) zum Steuern des Elektromotors (5);
einer elektrischen Leistungsquelle (7) zur Zufuhr von Leistung zum Elektromotor über den Leistungswandler; und
einer Steuerungsvorrichtung (30) zur Steuerung des Leistungswandlers in der Weise, daß der Elektromotor als Leistungsquelle oder als Last in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung des Fahrzeugs arbeitet.

2. Fahrzeugleistungs-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (30) den Leistungswandler (6) so steuert, daß der Elektromotor (5) als Leistungsquelle zum Starten der Maschine betrieben wird, wenn die zweite Welle (1b) der Leistungsübersetzungseinrichtung gegen Rotation verriegelt ist und wenn die Maschine gestartet wird.

3. Fahrzeugleistungs-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (3) mehrere Betriebspositionen hat und die Steuerung (30) den Leistungsumsetzer (6) in der Weise steuert, daß das Drehmoment des Elektromotors (5) synchron mit einem Wechsel der Betriebsposition des Getriebes (3) verändert wird, um eine EIN/AUS-Steuerung der Drehmomentübersetzung von der Maschine zu dem Getriebe (3) durchzuführen.