DE102021208977A1 - Shifting method for a pedal-operated vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug, mit einem Motor (M), einer Abtriebswelle (Wa), einem Mehrstufengetriebe (G), einer als Eingangswelle des Mehrstufengetriebes (G) ausgebildete Tretkurbelwelle (We) und mindestens einem Drehmomentübertragungspfad zum Übertragen eines Drehmomentflusses von dem Motor (M) zu der Abtriebswelle (Wa); wobei eine Ausgangswelle des Getriebes über eine fixe Übersetzung mit der Abtriebswelle (Wa) verbunden ist; und wobei der Drehmomentübertragungspfad vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes (G) verläuft. Ein Antriebsmoment des Motors (M) wird in Abhängigkeit eines Schaltvorgangs des Mehrstufengetriebes (G) erhöht.The invention relates to a method for operating a drive arrangement for a pedal-operated vehicle, having a motor (M), an output shaft (Wa), a multi-speed gearbox (G), a pedal crankshaft (We) designed as an input shaft of the multi-speed gearbox (G) and at least one torque transmission path for transmitting a torque flow from the engine (M) to the output shaft (Wa); wherein an output shaft of the transmission is connected to the output shaft (Wa) via a fixed ratio; and wherein the torque transmission path runs entirely outside of the multi-speed gearbox (G). A drive torque of the motor (M) is increased depending on a shifting operation of the multi-stage transmission (G).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Steuervorrichtung nach Anspruch 6 und ein Computerprogramm nach Anspruch 7.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, a control device according to claim 6 and a computer program according to claim 7.
Aus dem Stand der Technik sind Steuerungen für Schaltgetriebe von Fahrrädern bekannt, die einen Schaltvorgang in Abhängigkeit der Stellung der Tretkurbel eines Fahrrads auslösen. Der Schaltvorgang wird ausgelöst, sobald die Tretkurbel einen Totpunkt erreicht. Im Totpunkt sind die von dem Fahrer aufgebrachten Pedalkräfte am geringsten. Indem im Totpunkt geschaltet wird, lassen sich Lastschaltungen daher weitestgehend vermeiden bzw. entschärfen.Controls for manual transmissions of bicycles are known from the prior art, which trigger a switching process depending on the position of the pedal crank of a bicycle. The switching process is triggered as soon as the pedal crank reaches a dead center. The pedal forces applied by the driver are at their lowest at dead center. By shifting at dead center, load shifts can be largely avoided or mitigated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gangwechsel bei einem pedalbetriebenen Fahrzeug zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Steuervorrichtung nach Anspruch 6 und ein Computerprogramm nach Anspruch 7. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.The object of the invention is to improve gear changing in a pedal-operated vehicle. This object is achieved by a method according to claim 1, a control device according to claim 6 and a computer program according to claim 7. Preferred developments are contained in the dependent claims and result from the following description.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb einer Anordnung für ein pedalbetriebenes Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich etwa um ein Fahrrad.The method according to the invention serves to operate an arrangement for a pedal-operated vehicle. The vehicle is, for example, a bicycle.
Die Antriebsanordnung umfasst einen Motor, eine Abtriebswelle, ein Mehrstufengetriebe, eine Tretkurbelwelle und mindestens einen Drehmomentübertragungspfad.The drive assembly includes a motor, an output shaft, a multi-speed gearbox, a pedal crankshaft and at least one torque transmission path.
Als Motor kommt vorzugsweise ein Elektromotor zum Einsatz. Der Motor ist über den Drehmomentübertragungspfad mit der Abtriebswelle verbunden.An electric motor is preferably used as the motor. The motor is connected to the output shaft via the torque transmission path.
Ein Drehmomentübertragungspfad ist eine Anordnung zum Übertragen eines Drehmomentflusses. Die Anordnung umfasst ein oder mehrere Mittel, die zum Übertragen des Drehmomentflusses zusammenwirken. Die Mittel sind relativ zueinander beweglich, vorzugsweise drehbeweglich, sodass mit dem Drehmomentfluss Bewegungsenergie übertragen wird.A torque transmission path is an arrangement for transmitting a torque flow. The arrangement includes one or more means that cooperate to transmit the torque flow. The means can be moved relative to one another, preferably in rotation, so that kinetic energy is transmitted with the torque flow.
Vorliegend überträgt der Drehmomentübertragungspfad einen Drehmomentfluss von dem Motor bzw. dessen Rotor zu der Abtriebswelle. Insbesondere sind der Rotor des Motors und die Abtriebswelle Teil des Drehmomentübertragungspfads. Zum Übertragen des Drehmomentflusses bzw. der Bewegungsenergie von dem Motor bzw. dessen Route zu der Abtriebswelle bildet der Drehmomentübertragungspfad eine drehwirksame Verbindung zwischen dem Motor bzw. dessen Rotor und der Abtriebswelle aus.In the present case, the torque transmission path transmits a torque flow from the engine or its rotor to the output shaft. In particular, the motor's rotor and the output shaft are part of the torque transmission path. In order to transmit the torque flow or the kinetic energy from the motor or its route to the output shaft, the torque transmission path forms a rotationally effective connection between the motor or its rotor and the output shaft.
Eine drehwirksame Verbindung bezeichnet eine Verbindung mit einem beliebigen Getriebefreiheitsgrad, vorzugsweise mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1. Eine allgemeine Definition des Begriffs Getriebefreiheitsgrad, auch Getriebelaufgrad genannt, befindet sich im „Dubbel“ (Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen; 22. Auflage, 2007). Der Getriebefreiheitsgrad einer Getriebestufe stimmt mit der Anzahl relativer Bewegungen überein, die vorgegeben werden müssen, damit die Bewegungen aller Glieder der Getriebestufe vollständig festgelegt sind. Dies entspricht der Anzahl relativer Bewegungen, die zu verhindern sind, um alle Glieder der Getriebestufe bewegungsunfähig zu machen.A rotary connection designates a connection with any gear degree of freedom, preferably with a gear degree of freedom of 1. A general definition of the term gear degree of freedom, also called gear running degree, can be found in the "Dubbel" (Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen; 22nd edition, 2007) . The gear degree of freedom of a gear corresponds to the number of relative movements that must be specified so that the movements of all elements of the gear are fully defined. This corresponds to the number of relative movements that must be prevented in order to immobilize all the links in the gear stage.
Eine drehwirksame Verbindung mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1 entspricht einem eindeutigen Drehzahlzusammenhang zwischen den Gliedern. Sind also der Motor bzw. dessen Rotor und die Abtriebswelle mit einem Getriebefreiheitsgrad von 1 verbunden, so ist in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Motors bzw. dessen Rotor eine Drehzahl der Abtriebswelle eindeutig bestimmt. Insbesondere kann zwischen den Drehzahlen des Motors bzw. von dessen Rotor und der Abtriebswelle ein linearer Drehzahlzusammenhang bestehen.A rotationally effective connection with a gear degree of freedom of 1 corresponds to a clear speed relationship between the links. If the motor or its rotor and the output shaft are connected with a transmission degree of freedom of 1, then a speed of the output shaft is clearly determined as a function of a speed of the motor or its rotor. In particular, there can be a linear speed relationship between the speeds of the motor or of its rotor and the output shaft.
Über die Abtriebswelle wird eine Abtriebsleistung an das Fahrzeug abgegeben. Entsprechend ist die Abtriebswelle über einen Übertragungsmechanismus derart mit einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs verbunden, dass der Übertragungsmechanismus Abtriebsleistung von der Abtriebswelle auf die ein oder mehreren Räder überträgt. Bei einem Fahrrad erfolgt die Übertragung gewöhnlich zu einem Hinterrad. An output power is delivered to the vehicle via the output shaft. Accordingly, the output shaft is connected to one or more wheels of the vehicle via a transmission mechanism such that the transmission mechanism transmits output power from the output shaft to the one or more wheels. In a bicycle, the transmission is usually to a rear wheel.
Vorzugsweise ist die Antriebsanordnung in einem Tretlager des Fahrrads angeordnet. Als Übertragungsmechanismus dient dann bevorzugt ein Zugmittelgetriebe, etwa ein Kettenantrieb oder ein Riemenantrieb.The drive arrangement is preferably arranged in a bottom bracket of the bicycle. A traction mechanism, such as a chain drive or a belt drive, is then preferably used as the transmission mechanism.
Die Abtriebswelle ist bevorzugt drehfest mit einem Glied des Zugmittelgetriebes verbunden. Im Falle eines Kettenantriebs handelt es sich bei diesem Glied um ein Kettenblatt.The output shaft is preferably non-rotatably connected to a member of the traction mechanism. In the case of a chain drive, this link is a chainring.
Ein weiteres Glied des Zugmittelgetriebes ist koaxial zu dem Hinterrad angeordnet und vorzugsweise mindestens teilweise drehfest mit dem Hinterrad verbunden. Bei einem Kettenantrieb ist das weitere Glied als Ritzel ausgebildet, das über eine Kette drehwirksam mit dem Kettenblatt verbunden ist.Another link of the traction mechanism is arranged coaxially to the rear wheel and preferably at least partially non-rotatably connected to the rear wheel. In the case of a chain drive, the further link is designed as a pinion which is rotationally connected to the chain wheel via a chain.
Ein Mehrstufengetriebe ist ein Getriebe mit mehreren schaltbaren Übersetzungen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Mehrstufengetriebes. Zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle besteht dabei jeweils eine drehwirksame Verbindung.A multi-speed gearbox is a gearbox with several gear ratios that can be switched between an input shaft and an output shaft of the multi-stage transmission. There is in each case a rotationally active connection between the input shaft and the output shaft.
Als Eingangswelle des Mehrstufengetriebes ist vorliegend eine Tretkurbelwelle ausgebildet. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie zwei Tretkurbeln aufweist. Die Tretkurbeln sind drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden.In the present case, a pedal crankshaft is designed as the input shaft of the multi-speed transmission. This is characterized by the fact that it has two pedal cranks. The pedal cranks are non-rotatably connected to the pedal crank shaft.
Die Ausgangswelle des Getriebes ist drehwirksam mit der Abtriebswelle verbunden. Ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Ausgangswelle und der Abtriebswelle ist dabei fix, das heißt unveränderlich. Vorzugsweise ist die Ausgangswelle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Insbesondere können die Ausgangswelle und die Abtriebswelle einstückig miteinander verbunden sein.The output shaft of the gearbox is rotationally connected to the output shaft. A transmission ratio between the output shaft and the output shaft is fixed, that is, unchangeable. The output shaft is preferably connected to the output shaft in a rotationally fixed manner. In particular, the output shaft and the driven shaft can be connected to one another in one piece.
Der von dem Motor bzw. dessen Rotor zu der Abtriebswelle verlaufende Drehmomentübertragungspfad verläuft nicht durch das Mehrstufengetriebe hindurch. Der Drehmomentübertragungspfad verläuft also vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes. Kein Teil des Drehmomentübertragungspfads ist gleichzeitig Teil des Mehrstufengetriebes.The torque transmission path running from the motor or its rotor to the output shaft does not run through the multi-speed gearbox. The torque transmission path therefore runs completely outside of the multi-speed transmission. No part of the torque transmission path is also part of the multi-speed gearbox.
Erfindungsgemäß wird ein Antriebsmoment, mit dem der Rotor des Motors beaufschlagt wird, in Abhängigkeit eines Schaltvorgangs des Mehrstufengetriebes, das heißt in Abhängigkeit eines Wechsels der Übersetzung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Mehrstufengetriebes, erhöht. Das Antriebsmoment erhöht sich dabei ausgehend von einem Ausgangswert auf einen erhöhten Wert. Der erhöhte Wert zeichnet sich dadurch aus, dass er größer ist als der Ausgangswert.According to the invention, a drive torque applied to the rotor of the motor is increased as a function of a shifting operation of the multi-speed transmission, ie as a function of a change in the transmission ratio between the input and output shafts of the multi-speed transmission. Starting from an initial value, the drive torque increases to an increased value. The increased value is characterized by being greater than the initial value.
Da der Drehmomentübertragungspfad von dem Motor zu der Abtriebswelle vollständig außerhalb des Mehrstufengetriebes verläuft, bewirkt die Erhöhung des Antriebsmoments eine Entlastung des Mehrstufengetriebes. Dadurch lässt sich der Schaltvorgang im entlasteten Zustand durchführen. Dies ist von Vorteil, da der Schaltvorgang ohne zeitliche Verzögerung durchgeführt werden kann. Es ist nicht notwendig, den Schaltvorgang zurückzustellen, bis sich die Tretkurbelwelle im Totpunkt befindet. Vorzugsweise wird aber das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Schaltvorgang im Totpunkt der Tretkurbelwelle kombiniert, um eine vollständige und sichere Entlastung des Mehrstufengetriebes während des Schaltvorgangs zu erzielen.Since the torque transmission path from the engine to the output shaft runs completely outside of the multi-speed gearbox, the increase in drive torque relieves the load on the multi-speed gearbox. This allows the switching process to be carried out in the unloaded state. This is advantageous since the switching process can be carried out without a time delay. It is not necessary to reset the shifting process until the crankshaft is at dead center. However, the method according to the invention is preferably combined with a shifting operation at dead center of the pedal crankshaft in order to achieve complete and reliable relief of the multi-speed transmission during the shifting operation.
In einer bevorzugten Weiterbildung liegt der erhöhte Wert des Antriebsmoments während mindestens eines Teils des Schaltvorgangs an. Während dieses Teils des Schaltvorgangs ist das Schaltgetriebe aufgrund des erhöhten Antriebsmoments des Motors entlastet.In a preferred development, the increased value of the drive torque is present during at least part of the shifting process. During this part of the shifting process, the gearbox is unloaded due to the increased drive torque of the engine.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung liegt der erhöhte Wert des Antriebsmoments während des gesamten Schaltvorgangs, das heißt von Beginn des Schaltvorgangs bis zum Ende des Schaltvorgangs, an.In a further preferred development, the increased value of the drive torque is present during the entire shifting process, ie from the beginning of the shifting process to the end of the shifting process.
Weiterhin bevorzugt wird eine Erhöhung des Antriebsmoments bereits vor dem Schaltvorgang, sodass der Schaltvorgang erst dann startet, wenn der erhöhte Wert des Antriebsmoments bereits anliegt. Dies ist von Vorteil, da das Mehrstufengetriebe bereits zu Beginn des Schaltvorgangs entlastet ist.Also preferred is an increase in the drive torque even before the shifting process, so that the shifting process only starts when the increased value of the drive torque is already present. This is advantageous because the multi-speed gearbox is already relieved at the beginning of the shifting process.
Nach dem Schaltvorgang wird das Antriebsmoment in einer bevorzugten Weiterbildung abgesenkt. Vorzugsweise nimmt das Antriebsmoment nach der Absenkung wieder seinen Ausgangswert an.After the shifting process, the drive torque is reduced in a preferred development. The drive torque preferably resumes its initial value after the reduction.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist ausgebildet, die oben beschriebene Antriebsanordnung zu steuern. Die Antriebsvorrichtung wird dabei so gesteuert, dass das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung ausgeführt wird. Insbesondere ist die Steuervorrichtung ausgebildet, das Antriebsmoment des Motors zu steuern und den Schaltvorgang des Mehrstufengetriebes auszulösen. Bei der Steuervorrichtung kann es sich um ein einzelnes Steuergerät oder eine Anordnung von mehreren Steuergeräten handeln.A control device according to the invention is designed to control the drive arrangement described above. The drive device is controlled in such a way that the method according to the invention or a preferred development is carried out. In particular, the control device is designed to control the drive torque of the engine and to trigger the shifting process of the multi-speed transmission. The control device can be a single control device or an arrangement of several control devices.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist ausgebildet, die Steuervorrichtung zu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung auszuführen, das heißt die Anordnung so zu steuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung ausgeführt wird. Bei einer Steuervorrichtung mit einem darauf lauffähigen erfindungsgemäßen Computerprogramm handelt es sich also um eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung.A computer program according to the invention is designed to cause the control device to carry out the method according to the invention or a preferred development, ie to control the arrangement in such a way that the method according to the invention or a preferred development is carried out. A control device with a computer program according to the invention that can run on it is therefore a control device according to the invention.
Ein Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Anordnung ist in
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1 ein Antriebslayout.
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1 a drive layout.
Eine Eingangswelle We eines Hauptgetriebes G ist als Tretkurbelwelle ausgestaltet. Von einem Fahrer aufgebrachte Tretenergie wird über die Eingangswelle We in das Hauptgetriebe G eingeleitet.An input shaft W e of a main transmission G is designed as a pedal crankshaft. Pedaling energy applied by a driver is introduced into the main transmission G via the input shaft W e .
Eine Ausgangswelle Wa des Hauptgetriebes G weist als Festrad ein Kettenrad K auf. Zwischen der Ausgangswelle Wa und dem Kettenrad K besteht eine drehfeste Verbindung. Die von dem Fahrer aufgebrachte Tretenergie wird somit durch das Hauptgetriebe entsprechend der jeweils eingelegten Gangstufe gewandelt und über die Ausgangswelle Wa an das Kettenrad K abgegeben.An output shaft W a of the main transmission G has a chain wheel K as a fixed wheel. Between the output shaft W a and the sprocket K there is a rotatable connection. The pedaling energy applied by the driver is thus converted by the main transmission in accordance with the currently engaged gear and delivered to the sprocket K via the output shaft W a .
Das Hauptgetriebe G ist als Mehrstufengetriebe ausgeführt. Dadurch stehen mehrere schaltbare Gangstufen bereit, die jeweils einer Übersetzung zwischen der Eingangswelle We und der Ausgangswelle Wa entsprechen.The main transmission G is designed as a multi-stage transmission. As a result, several switchable gears are available, each of which corresponds to a transmission ratio between the input shaft W e and the output shaft W a .
Um den Fahrer zu unterstützen, ist ein Motor M vorgesehen. Dieser treibt eine Rotorwelle R an.A motor M is provided to assist the driver. This drives a rotor shaft R.
Die Rotorwelle R ist als Eingangswelle eines Nebengetriebes G' ausgebildet. Das Nebengetriebe G' wandelt die an der Rotorwelle R anliegende Motorleistung und gibt sie an ein Antriebsrad A ab. Das Antriebsrad A ist wie das Kettenrad K als Festrad der Ausgangswelle Wa ausgebildet und entsprechend drehfest mit der Ausgangswelle Wa verbunden. Dadurch summiert die Ausgangswelle Wa die Antriebsleistungen des Fahrers und des Motors M.The rotor shaft R is designed as an input shaft of an auxiliary transmission G'. The auxiliary gear G' converts the engine power applied to the rotor shaft R and outputs it to a drive wheel A. The drive wheel A, like the chain wheel K, is designed as a fixed wheel of the output shaft W a and is correspondingly connected in a rotationally fixed manner to the output shaft W a . As a result, the output shaft W a adds the drive power of the driver and the motor M.
BezugszeichenlisteReference List
- Wewe
- Eingangswelleinput shaft
- Wawha
- Ausgangswelleoutput shaft
- GG
- Hauptgetriebemain gear
- G'G'
- Nebengetriebeauxiliary gear
- MM
- Motorengine
- RR
- Rotorwellerotor shaft
- AA
- Antriebsraddrive wheel
- KK
- KettenradSprocket
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| DE3033640C2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R230 | Request for early publication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |