检测转矩、控制混合驱动的车辆的附加驱动装置的装置的制作方法

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的装置；其中，关于车辆涉及的是水上车辆或者陆地车辆，所述水上车辆或者陆地车辆主要利用肌肉力量前进，但是也具有原则上任意类型的、马达式的附加驱动装置来支持这个前进运动。在此，肌肉力量通常经由例如脚踏船的或者单轨的或者多轨的自行车的踏板-曲轴作用在输出轴上，所述输出轴附加地受附加驱动装置的影响。但是，即使在将被推动的或者被牵引的陆地车辆作为利用肌肉力量前进的车辆时，这种用于检测转矩（所述转矩由肌肉力量引入）的装置也能够有利地被用于控制尤其是电动马达式的附加驱动装置。

背景技术：

通过附加驱动装置对前进运动的支持应当被使用，当所引入的肌肉力量达到能够预先给定的功率水平时；因此，它需要此后在实践中不被超过，因为在肌肉贡献不变时，附加的功率需求由附加驱动装置供给进输出轴的旋转运动中。

为了使对附加驱动装置的这种控制取决于作为主驱动装置的当前肌肉贡献，用于检测这种转矩的、不同的装置得到使用，所述转矩由肌肉力量例如直接在踏板-曲轴处或者也在与其旋转连接的传动搭档处引起。

这种装置从de102013214395a1中已知，然而，例如从de2931230c2中也是已经已知的。单臂的杠杆以其自由端部支撑在壳体固定的支座上，所述杠杆被设计为横梁、能够摆动地被支承。围绕轴承位置出现的转矩导致所述横梁的、可逆的变形。这种变形能够借助应变片在测量技术上被检测出。然而，受待检测的转矩的影响，梁的弯曲并不是依照圆弧的。因此，视应变片沿着横梁的安装的位置而定，测量值发生变化。在制造中，测量位置的优化和多个测量位置的彼此调整是容易出错的并且与相当大的附加花费相关。

为此，在静止的状态下，在力平衡时，被支撑的横梁的反应转矩应当是在横梁-支座处的支撑力与横梁的长度的乘积，所述长度在构造上被预先给定。但是，横梁的有效长度随着横梁的弯曲而变化，这导致其他的误差影响。这种不稳定性特别地干扰，当附加驱动装置然而应当稳定地运行时，所述附加驱动装置在那里波动地、转矩相关地被操控。

在认识到这种条件的情况下，本发明基于下述技术问题：在尽可能简单的构造的情况下，设计根据前序部分的类型的装置来用于更可靠的转矩检测。

技术实现要素：

这个任务通过在权利要求1中所说明的特征的协同作用被解决。据此，就转矩-测量装置而言，抗弯地确定尺寸的、能够摆动地支承的杠杆臂在转矩的影响下支撑在支座上，所述支座被弹簧弹性地支撑。由此，它抵抗壳体固定的回位弹簧的反应力被移位，即，被摆动或者尤其被线性地推移，直到实现在杠杆臂处的力平衡。所述支座至到那时所经过的路程是转矩的量度，所述转矩作用在所述杠杆臂上。

所述支座抵抗复位弹簧的力的位移能够小型地并且可靠地通过常用的、测量技术上的方法被确定；例如感应地通过在一方面壳体固定的电极和另一方面杠杆固定的电极之间的活动铁芯-距离测量、涡流测量或者电容式的距离测量。

在仪器上更有利的是，实践中无路地(weglos)检测转矩对支座的影响。为此，尤其是金属的传感器杆的弹性用作“回位弹簧”，所述回位弹簧在所述支座下方壳体固定地被支撑。现在，转矩测量被减小为：借助应变片检测在传感器杆中的、瞬时的拉应力或者压应力。由于在直的、棱柱形的杆（所述杆在轴向上受压缩或者拉伸，具有其圆形的或者多边形的横截面）中在壳体固定地支撑的底面和对置的、以遮盖面的形式的支座（所述支座被所述杠杆臂的前端部（stirnende）加载）之间到处存在相同的、内部的应力比，现在——与就横梁而言不同地——应变片(所述应变片被施加在棱柱-罩面上)的轴向位置是不重要的，

对优选受预应力的应变片的拉伸-应力或者压缩-应力的测量技术上的检测能够通过桥电路进行，所述桥电路提供例如应力-值，所述应力-值与所述传感器杆的、当前的、线性的、机械的负载成比例。因此，提供了可靠的量，所述量用于混合驱动的车辆（例如，尤其是具有附加驱动装置的自行车或者类似的踏板运行的车辆）的附加驱动装置的、运行相关的控制。

从de-ps102014009833b4中已知一种在那里是电动马达式的自行车-附加驱动装置。行星齿轮传动装置一方面受踏板-曲轴的影响，并且另一方面受附加驱动装置的驱动轴的影响，所述踏板-曲轴利用作为主驱动装置的肌肉力量被转动。所述行星齿轮传动装置的两个转矩通过对行星齿轮传动装置的空心轮的、两侧的加载彼此叠加。为此，行星架由所述曲轴驱动，所述行星架在空心轮中以其行星齿轮环绕，并且所述空心轮本身由附加驱动装置的驱动轴驱动。在所述行星齿轮之间中心接合的太阳轮在那里在转矩-测量装置处壳体固定地停住（stillgesetzt）。借助所述转矩-测量装置的转矩-测量值实现了对驱动转矩的控制，所述驱动转矩由所述附加驱动装置提供，即，根据由利用肌肉力量所提供的转矩。在那里，薄壁的空心轮具有轴向阶梯状的直径，所述直径是能够切换的传动装置的组成部分，输出-空心轴通过所述传动装置被驱动，所述输出-空心轴在那里被曲轴承载并且装配有输出轮或者传动轮（链环（kettenblatt）或者皮带轮（riemenscheibe））。

那些预先已知的、传动的解决方案虽然是能运转的，但是非常耗费空间，因为所述行星架仅产生相对小的、变为更快的转速转换，所述行星架在那里由作为主驱动装置的曲轴转动。因为由肌肉力量引发的转速的增速（übersetzung）和来自附加传动装置的转速的减速（untersetzung）应当为了传动上的转矩叠加而被引导至相同的量级上。正面啮合（stirnverzahnt）轮为此提供基本贡献，所述正面啮合轮为此必须具有相当大的直径。这以在包围壳体中的、大的安装空间为条件。在功能上，此外造成困难的是：在那里，换挡通过行星齿轮传动装置的、生产技术上和运行技术上关键的空心轮进行，所述空心轮在那里是轴向阶梯状的、薄壁的。

在认识到所描述的条件的情况下，此外，本发明基于下述技术问题：对于其包围壳体的更小的尺寸设计转矩控制的附加驱动装置；并且，在此，开启传动技术上不成问题的档位切换（gangumschaltung），所述档位切换根据需要也能够无问题地在多个档位上延伸。

根据本发明地，在本发明的框架中的、这个进一步的任务通过在权利要求6中所说明的基本特征的、附加的协同作用被解决。

关于用于在行星-太阳轮的接合轮中的转矩叠加的轮几何形状，由此产生了几何上较不复杂的、更紧凑的结构；并且，通过在轴向彼此偏移的、不同地计量的圆柱齿轮对之间的、单纯的交替，太阳轮的力通量（kraftfluss）连同用于输出的附加转矩在这里一方面利用接合轮并且另一方面利用驱动轮实现了多级换挡，所述驱动轮在输出方向上旋转固定地与输出轴连接。

由附加驱动装置所提供的转矩的、传动的耦入（einkoppeln）同样能够通过圆柱齿轮传动装置或者通过皮带传动装置实现。然而，由于同心的输入轴和输出轴，更有利的是小型的行星齿轮传动装置，特别是当在那里轴向突出的、作为驱动小齿轮的驱动轴直接装配有这个另外的行星齿轮传动装置的太阳轮时。所述另外的行星齿轮传动装置的空心轮被壳体固定地设计，另外的驱动装置传动上由这个附加的、设置在附加驱动装置处的行星齿轮传动装置出发来实现。

附图说明

在本发明的框架中的、附加的替代方案以及其变型方案从其他权利要求中得出，并且在考虑其优点的情况下，也从用于根据本发明的解决方案的实施例的、下述的描述中得出，所述实施例是在限于必要功能时所概述的、优选的实施例。在附图中示出：

图1在轴向-纵剖面中，在绘制平面中展开地示出了根据本发明设计的、电动马达式的自行车-附加驱动装置的、在驱动技术上和传动技术上功能上必要的部件；

图2在原理示意图中示出了具有弹簧弹性的传感器杆的转矩-测量装置，在抗弯的杠杆臂的轴向影响下，该杠杆臂用于停住行星齿轮-传动搭档（在这里为其行星架）；以及

图3示出相对于图2改型的、具有刚性传感器杆的转矩-测量装置。

具体实施方式

稳定的包围壳体11在车辆框架（未示出）处除其他外占据脚踏轴承13的位置，所述脚踏轴承用于从包围壳体11两侧伸出的曲轴14，所述曲轴具有用于肌肉驱动一混合驱动的车辆10（这里为自行车）的踏板（未示出），所述车辆具有电动马达式的附加驱动装置12。在当前的发明描述中，所引入的肌肉力量用作用于前进运动的主驱动，所述前进运动根据需要能够被附加驱动装置12支持。

从肌肉力量中所获得的转矩与基于附加驱动装置12的操控的转矩的叠加在行星齿轮传动机构（umlaufgetriebe）处进行，所述行星齿轮传动机构优选被设计为行星齿轮传动装置（planetengetriebe）15。就这种行星齿轮传动装置而言，至少一个行星齿轮20同时与中心轮（太阳齿轮21）的外周以及与空心轮18的内周处于作用有效连接中、尤其是处于啮合（verzahnungseingriff）中，所述行星轮偏心地支承在同心地环绕的架22上。这三个同心的传动搭档（太阳轮21-架22-空心轮18）中的一个传动搭档由踏板-曲轴14以肌肉力量驱动，并且，另一传动搭档由驱动马达31的传动轴35以马达力量驱动；而用于产生反应转矩（reaktionsmomentes）的第三传动搭档能够被制动地一起运行（mitlaufen）、然而优选壳体固定地停住，所述反应转矩用于输出由叠加得到的（输出-）转矩。在此，在本发明的框架中，“搭档”不能够仅仅被理解为传动装置本身的、直接的组成部分（例如，齿轮），而是也能够被理解为：延伸至与其旋转固定耦接的或者装配的、功能上在前或者随后的结构元件（如杠杆、轴或者车轮）。

例如轴平行于曲轴14地偏置的、具有中心轴40的行星齿轮传动装置15被设计用于转换（übersetzen）曲轴14的、当前的转速。为此，曲轴14旋转固定地装配有圆柱齿轮16，所述圆柱齿轮与相反更小的直径的空心轮18的外齿部17接合（kämmen），所述空心轮在内部也被啮合。行星齿轮20也啮合在所述空心轮的内齿部19中，所述行星齿轮被偏心地支承在同心布置的行星架22上。正面啮合的行星齿轮20一方面与在它们之间居中啮合的太阳轮21接合，并且，另一方面与与其同心的空心轮18的内齿部19接合。

行星架22虽然能够旋转地被支承在中心轴40上，但是，它借助在包围壳体11处的支撑部41在转矩-测量装置47中锁定（arretiert）以防止旋转，所述支撑部被设计为模制的（anformen）或者安装的、抗弯的杠杆臂46。在此，在本发明的框架中，杠杆臂46的概念不限于以梁形状的、传统的标准-实施；它延伸至抵靠着支座（widerlager）51的、有关的传动搭档的任意承载部41，所述支座的应力状态、变形或者位移能够被测量。因此，杠杆臂46能够例如也简单地被构造为偏心的突出部（vorsprung），所述突出部在待固定的传动搭档自身处或者在转动刚性地位于其处的盘（scheibe）处。

在太阳轮21借助行星齿轮20旋转时，从抵靠着支座51的、偏心的承载部中获得反转矩（gegenmoment），所述反转矩被测量装置47记录，当这些由以踏板-曲轴14的形式的主驱动装置（在这个示例中，通过圆柱齿轮16和空心轮18）驱动时。就来自主驱动装置以及来自附加驱动装置的、相应的转矩供给（momenteneinspeisung）而言，原则上，所述传动搭档中的另一个传动搭档（在行星齿轮传动装置中，例如是它的空心轮）也能够在转矩-测量装置47处停住。

在用于阐述传动装置功能的原理图中，曲轴固定的齿轮16直接与空心轮18的外齿部17接合。然而，在实践中，还有一个齿轮（未示出）被插入（zwischengeschaltet）在二者之间。由此，在随后的传动链（getriebezug）中引起旋转方向逆转，以便最终在前进-旋转方向上驱动输出侧的传动轮（transmissionsrad）28。如果为此中间插入双圆柱齿轮，则有利地带来对传动曲轴14的转速的转换的贡献。

就在图1中绘制的实施例而言，轴圈（manschette）24的外齿部23用作在行星齿轮传动装置15中的太阳轮21，空心轮19能够旋转地被支承在所述轴圈上。与此相对在轴向方向上向行星齿轮传动装置15的外部偏置地，中心轴40转动刚性地装配有在这里被称为接合轮（koppelrad）25的齿轮，所述中心轴能够旋转地被支承在包围壳体11中。如所示出的，这个齿轮能够与轴圈24（即，太阳轮21）一体地构造或者与其旋转固定地连接。然而，为了考虑到实践，太阳轮21和轴圈24是两个彼此在轴向上叠加的部件，以便通过单向离合器（freilauf）（未示出）将它们置于定向的旋转连接中。当驱动-转矩能够由太阳轮21在输出轮或者传动轮28的方向上传递时，单向离合器接合；但是，它开启，当旋转方向通过在曲轴14连同其圆柱齿轮16处的后向-踩踏被逆转时，以便于是可靠地排除可能的传动装置阻塞（getriebeblockaden）。由于类似的原因，能够有利的是，使在图1中绘制的传动装置的、其他的齿轮在其轴上借助单向离合器仅仅在运行方向上传递转矩（未示出）。

太阳-接合轮25与驱动轮（triebrad）26接合，主-转矩和附加-转矩在所述太阳-接合轮中彼此叠加，输出轴27（在这里为能够由曲轴14能够旋转地承载的空心轴）无论如何在载荷方向上旋转固定地装配有所述驱动轮。轴向上相反偏置地，输出轴27旋转固定地承载输出轮或者传动轮28，所述输出轮或者传动轮用于通过链29（或者，就适配的齿几何形状而言，通过齿形带（zahnriemen））驱动车辆10。这样，车辆10能够通过将肌肉力量经由踏板引入进所述踏板的曲轴14中而行驶。

此外，接合轮25与中间轮30接合，附加驱动装置12的驱动马达31通过所述中间轮将它的转矩引入至输出轴27中，所述输出轴用于传动轮28。为了降低在转矩上升的情况下的转速，驱动马达31作用在减速器（untersetzungsgetriebe）32上，所述减速器能够是常规的圆柱齿轮传动装置或者是传动器（transmission）；然而，它优选被设计为第二行星齿轮传动装置33。其太阳轮34作为小齿轮（ritzel）转动刚性地位于轴向突出的马达-驱动轴35上，并且，在本地的行星齿轮36之间接合。它们在转动刚性的空心轮37中滚压（abwälzen），并且，因此使它们的行星架38连同其之前同轴地、旋转固定地连接的驱动小齿轮39旋转。这个驱动小齿轮与已经提到的中间轮30接合，以便将产生的驱动转矩附加地供给至接合轮25中并且然后经由驱动轮26供给至输出轴27中。

如从附图中可看出的那样，中间轮30能够被设计为双重-齿轮30，以便跨接（überbrücken）在驱动小齿轮39和接合轮25之间的轴向距离，所述驱动小齿轮作为第二驱动-减速器32的部分。同时，在那里，附加的传动级能够通过设计彼此接合的啮合对被实现，所述传动级用于降低（untersetzen）附加驱动装置12的转速。

在接合轮25和驱动轮26之间的、所示出的、传动比（getrieblicheübersetzung）可以表示多档切换（mehrgangschaltung）的第一档位。于是，能够切换至其他的档位（传动比），通过在包围壳体11的这个区域中将不同设计的这种齿轮-对25-26彼此轴向相邻地提供在输出轴27上（未示出），所述输出轴可选地能够有效地切换，即，能够被置于啮合中。输出轴27通过单向离合器装配有驱动轮26（未示出），使得较低的档位由当前承载载荷的档位滚过（überrollen），而不造成阻塞。

根据就行星齿轮传动装置15而言的安装条件以及位置比例，在绘制的实施例中，偏心的、抗弯的杠杆臂46能够直接被模制或者固定在行星架22处，所述杠杆臂用于在测量装置47处停住传动搭档；或者，它利用行星架22的、同轴的延长部被构造或者被布置在行星齿轮传动装置15轴向前方，如在图3中所绘制的那样。由此，杠杆臂46（所述杠杆臂被旋转固定地布置在行星架22处）例如根据在抗弯折地确定尺寸的转盘45中的四分之一扇形（viertelsektor）的方式被构造为向心的支撑-切口（stütz-einschnitt）44或者被抽象用于抗弯地测定（bemessen）的、传统的杠杆臂46。

出现在测量装置47处的支撑力是用于转矩的量度，所述转矩由停住的传动搭档、在这里由行星架22接收；并且，因此也是用于以曲轴14的形式的主驱动装置的转矩的量度，所述转矩被以肌肉力引入至行星齿轮传动装置15中，所述曲轴用于能够混合驱动的车辆41的前进运动。在由于肌肉力量的功率上升而造成支撑力-测量值的升高时，例如在山上、在有清爽的（auffrischend）逆风时或者对于更高的行驶速度来说，附加驱动装置12承担更高的功率贡献，所述附加驱动装置由此借助马达控制器（未示出）被更强地控制（ausgesteuerte），并且，肌肉转矩能够再次被撤回。

在根据图2设计转矩-测量装置47时，在一定程度上，软弹性的传感器杆49与抗弯地确定尺寸的杠杆臂46连接，所述传感器杆以原则上任意类型的弹簧50的形式。通过杠杆臂46的摆动（verschwenken），进行弹簧50的、从其初始位置中的偏移（在将力引入至在弹簧50上的支座51中的情况下），直到出现转矩平衡。然后所达到的摆动角度（即，间接地，当前的弹簧长度）能够在测量装置47中被获取。这能够借助电极、通常借助距离测量设备52实现，所述电极用于在壳体11和杠杆臂46之间的、电容式的距离测量。当距离测量设备感应地（induktiv）工作时，活动铁芯（tauchkern）-线圈-系统能够被设置，或者，为了涡流测量，压在静止的电路板上的线圈被设置在例如小铜板（kupferplättchen）的附近，所述小铜板例如被集成在杠杆臂46中，所述杠杆臂由纤维增强的塑料制成。

更紧凑地，根据图3的测量装置47的设计利用应变片48构建，所述应变片被施加在棱柱形的传感器杆49上并且例如在电桥电路中被评估。由于缺乏弯曲应力，沿着传感器杆49的、dms-接收器的安装的位置不是关键的。

金属的传感器杆49纵向应力固定地（längsspannungsfest）并且抗弯地（knicksicher）被确定尺寸，所述传感器杆被抗弯的杠杆臂46通过支座51置于拉应力和压应力下。为了使它仅在（压缩的或者拉伸的）纵向方向上受应力，传感器杆49在其底面以及遮盖面处优选铰接地与包围壳体11或者与用于杠杆臂46的支座51连接，如所绘制的那样。

具有优选电动马达式的附加驱动装置12的混合驱动装置具有由曲轴14加载的并且由附加驱动装置12加载的传动装置，所述混合驱动装置被设计用于主要能够以肌肉力量运动的车辆10（如自行车），其中，传动搭档中的一个传动搭档——就行星齿轮传动装置15而言是三个能够同心旋转的传动搭档中的一个传动搭档（空心轮18、行星架22或者太阳轮21）——借助抗弯的杠杆臂46被锁定在壳体固定的转矩-测量装置47处。优选地，测量装置47具有传感器杆49，所述传感器杆被杠杆臂46在纵向方向上加载。在软弹性的传感器杆49的情况下，它能够通过螺旋弹簧50被实现；于是，杠杆臂46的角度位置在转矩平衡时借助例如电容式或者感应式工作的距离传感器52被获取。在硬弹性的（尤其是金属的）、直的、棱柱形的传感器杆49的情况下，支撑转矩通过其内部的纵向应力借助应变片48被检测，所述应变片被施加在杆-罩面上。

附图标记

10车辆

11包围壳体

12（具有31的）附加驱动装置

13（用于在11中的14的）脚踏轴承

14曲轴（主驱动装置；穿过13/11）

15（用于14的）行星齿轮传动装置

16（在14处的）圆柱齿轮

17（在18处的）外齿部

18（15的）空心轮

19（18的）内齿部

20（在18中的）行星齿轮

21（在20-20-20之间的）太阳轮

22（用于20的）行星架

23（24/21的）外齿部

24（作为在40上的21的）轴圈

25（在24/40处的）接合轮

26（在27处的）驱动轮

27输出轴

28（在27处的）传动轮

29（在28上的）链

30（在15和31之间的）中间轮

31（12的）驱动马达

32（在31后面的）减速器

33（作为32的）（驱动-）行星齿轮传动装置

34（在36-36-36之间的33的）太阳轮

35（31的、用于34的）驱动轴

36（围绕在37中的34的）行星齿轮

37（33的）空心轮

38（具有在37中的36的）行星架

39（在38处的、在30之后的）驱动小齿轮

40（15的、具有25的、用于18、22的）中心轴

41（用于22的）支撑部

42-

43-

44切口

45盘

46（作为41的）杠杆臂

47测量装置

48（dms；在49上的）应变片

49（在47中的）传感器杆

50（作为在46和11之间的49的）弹簧

51支座

52（在46和11之间的）距离测量设备