DE4102202A1 - Fahrzeugleistungs-uebertragungsvorrichtung mit einer motorstartfunktion - Google Patents
Fahrzeugleistungs-uebertragungsvorrichtung mit einer motorstartfunktionInfo
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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.
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.
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.
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