AT507732B1 - Einrichtung zur schaltkraftverstärkung bei einem kfz-handschaltgetriebe - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Schaltkraftverstärkung bei einem Kfz-Handschaltgetriebe, umfassend:- ein Kraftübertragungsmittel (2), das die bei einer Schalthandlung an einem Schalthebel (6) manuell eingeleitete Schaltkraft an ein Schaltgetriebe (7) weiterleitet,- eine Messeinrichtung (10), die mit dem Kraftübertragungsmittel (2) gekoppelt ist und den Schaltweg bei einer Schalthandlung erfasst,- einen Elektromotor (1), dessen Motorstrom mittels einer Steuereinrichtung (3) in Abhängigkeit des Schaltweges vorgegeben wird, um die manuelle Schaltkraft motorisch zu unterstützen.

Description

österreichisches Patentamt AT507 732 B1 2010-11-15

Beschreibung [0001] Bei einem KfZ-Handschaltgetriebe wird die von der Hand eines Fahrzeuglenkers eingeleitete Schaltkraft über verschiedene Kraftübertragungsmittel an das Getriebe weitergeleitet. Um die Gangzahnräder im Getriebe in Eingriff zu bringen, ist eine mehr oder weniger große Schaltkraft erforderlich. Je nach Größe der aufzubringenden Schaltkraft, ergibt sich die Größe des Schalthebels und auch dessen Anordnung im Innenraum des Kraftfahrzeugs.

[0002] Um den Schaltvorgang für den Lenker eines Fahrzeugs vom Kraftaufwand her leichter zu gestalten, sind kraftunterstützte Getriebeschaltungen bekannt. Eine solche Kraftunterstützung kann beispielsweise mittels eines hydraulischen Schaltkraftverstärkers erfolgen. Durch ein Hydraulikaggregat unterstützt, braucht der Lenker für den Schaltvorgang nicht mehr die gesamte Schaltkraft aufbringen.

[0003] Obwohl hydraulische Schaltkraftverstärker sehr robust sind, ist deren Einsatz aufgrund des teuren Hydraulikaggregats beschränkt. Ein vollständig automatisiertes Handschaltgetriebe ist meist Fahrzeugen der Oberklasse Vorbehalten.

[0004] Es besteht daher ein Bedarf nach einer kostengünstigen Einrichtung, die auf möglichst einfache Weise bei einem herkömmlichen KfZ-Handschaltgetriebe die manuell eingebrachte Schaltkraft verstärkt.

[0005] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Schaltkraftverstärkung bei einem KfZ-Handschaltgetriebe anzugeben, welche einfach und robust gebaut ist und in der Herstellung kostengünstig ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

[0007] Erfindungsgemäß wird bei einer vom Fahrer am Schalthebel eingeleiteten Schalthandlung der Schaltweg erfasst und in Abhängigkeit des Schaltweges der Strom eines Elektromotors so vorgegeben, dass dieser die manuelle Schaltkraft motorisch verstärkt. Mit anderen Worten, beim Aufbringen der Schaltkraft ist sowohl der Fahrer als auch der Elektromotor beteiligt. Dabei ist am Beginn der Schaltbewegung der Motor zunächst stromlos geschaltet. Durch die manuelle Schalthandlung wird der Rotor um einen Drehwinkel gedreht.

[0008] Diese Drehung des Rotors wird mittels einer Messeinrichtung gemessen. Eine Steuereinrichtung berechnet in Abhängigkeit eines vorbekannten Kraft-Drehwinkel-Verlaufs den motorischen Anteil der Schaltkraftunterstützung und gibt dem Elektromotor einen entsprechenden Motorstrom vor. Durch die motorische Unterstützung der Schaltbewegung kann der Schaltweg auf mehr als 50% verringert werden. Der Schalthebel kann dadurch kleiner ausgeführt werden. Es ist möglich, den Schalthebel an einer Stelle anzuordnen, die bislang aufgrund des vergleichsweise großen Schaltweges nicht möglich war, beispielsweise am Lenkrad. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vergleichsweise einfach aufgebaut, da nicht die vom Fahrer eingeleitete Schaltkraft, sondern der messtechnisch einfachere Schaltweg erfasst wird.

[0009] Der motorische Anteil der Schaltkraft lässt sich durch eine Recheneinrichtung, beispielsweise einem Mikrokontroller, einfach durch Vorgabe des Motorstroms einstellen. Eine vorteilhafte Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Motorstrom so vorgegeben wird, dass die zunächst manuell aufgebrachte Schaltkraft durch den Elektromotor verdoppelt wird. Das heißt, am Schaltvorgang sind in diesem Fall der Fahrer und der Elektromotorgleichermaßen beteiligt.

[0010] Mit Vorteil wird als Motor ein bürstenloser Elektromotor eingesetzt. Ein bürstenloser Elektromotor verfügt üblicherweise über einen Drehwinkelgeber, beispielsweise einen Inkrementalgeber. Dieser Inkrementalgeber kann mit Vorteil zur Messung des Schaltweges herangezogen werden. Dadurch entfallen zusätzliche Sensoren zur Erfassung des Weges. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und kostengünstig. 1/7 österreichisches Patentamt AT507 732 B1 2010-11-15 [0011] Eine besonders robuste und kostengünstige Ausführungsform der Erfindung verwendet einen elektronisch kommutierten Elektromotor, dessen Rotorstellung über ein Magnetrad und Magnetfeldsensoren, beispielsweise Hallsensoren erfasst wird.

[0012] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Drehimpuls des Inkrementalgebers der Motorstrom neu berechnet und von der Steuereinrichtung dem Motor aufgeprägt wird.

[0013] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigt: [0014] Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schaltkraftver stärkung bei einem KfZ-Handschaltgetriebe, wobei das Gehäuse teilweise geschnitten ist; [0015] Figur 2 ein Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne Gehäuse; [0016] Figur 3 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung; [0017] Figur 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.

[0018] Die Figur 1 zeigt in einer räumlichen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfin-dungsgemäßen Einrichtung 8 zur Verstärkung der Schaltkraft bei einem KfZ-Handschaltgetriebe. Diese Einrichtung 8 besteht im Wesentlichen aus einer Zahnstange 2, einem Elektromotor 1 und einer Steuereinrichtung 3.

[0019] Wie aus Figur 2 am besten zu entnehmen ist, ist die Zahnstange 2 an einem Ende 5 mit einem Schalthebel 6 und mit einem anderen Ende 9 mit einem Schaltgetriebe 7 in Verbindung. Die Verbindung zwischen dem Motor 1 und der Zahnstange 2 erfolgt durch ein mehrstufiges Stirnradgetriebe 4.

[0020] Die Figur 3 zeigt die einzelnen Baukomponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung 8 in einer auseinander gezogenen Darstellung.

[0021] Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung.

[0022] Gemäß der Erfindung wird die Kraft, die vom Fahrer über den Schalthebel 6 in die Zahnstange beziehungsweise Schaltstange 2 eingebracht wird durch den Elektromotor 1 verstärkt (Booster). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Verstärkung so gewählt, dass die manuell eingeleitete Schaltkraft durch den Elektromotor 1 verdoppelt wird. Das heißt, der Fahrer und der Motor beteiligen sich je zur Hälfte am Schaltvorgang.

[0023] Bei herkömmlichen Lösungen der Schaltkraftverstärkung ist eine Kraftmessung mit entsprechenden Kraftsensoren nötig. Diese Sensoren sind teuer, schwer einzubauen und aufwändig in der Verdrahtung. Gemäß der Erfindung wird die aufwändige Kraftmessung umgangen, indem eine Wegmessung am Motor durchgeführt wird. Dies erfolgt dadurch, dass der Drehwinkel eines Magnetrades, das mit dem Rotor des Elektromotors 1 gekoppelt ist, mittels Hallsensoren gemessen wird. Dadurch wird der Schaltweg erfasst. In der Steuereinrichtung 3 ist die erforderliche Schaltkraft als Funktion des Schaltweges gespeichert. Wird nun vom Fahrer ein Schaltvorgang eingeleitet, wird der vorerst stromlose Motor 1 über das Stirnradgetriebe 4 gedreht. Der Motor 1 wird mit einem Moment beaufschlagt. Dieses Moment kann fest eingestellt oder adaptiv sein. Nach einigen Impulsen des Drehgebers kann unter Zuhilfenahme des bekannten Kraft—Weg-Verlaufs aus dem gemessenen Weg und dem Kraftanteil des Motors der Kraftanteil des Fahrers berechnet werden. Dieser stellt einen Sollwert da. Der Motorstrom wird soweit verändert, bis der gewünschte Verstärkungsfaktor zwischen Fahrerkraft und Motorkraft erreicht ist. Dieser Vorgang wird während des ganzen Schaltvorgangs durchgeführt und mit jedem Drehgeberimpuls neu gerechnet und eingestellt.

[0024] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass der Kraft-Weg-Verlauf bekannt ist. Sollten im Kraftverlauf Teilstrecken mit zu wenig Wege vorhanden sein, kann es vorteilhaft sein, wenn eine zusätzliche Feder eingebaut wird. 2/7

Claims (7)

1. österreichisches Patentamt AT507 732B1 2010-11-15 [0025] Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist darin zu sehen, dass anstelle der sonst bei einer Schaltkraftverstärkung erforderlichen Kraftmessung eine Wegmessung am Motor erfolgt. Indem diese Kraftmessung durch eine Wegmessung umgangen wird, kann die erfindungsgemäße Einrichtung technisch einfach aufgebaut und kostengünstig hergestellt werden. Es ist möglich, dass die komplette Elektrik auf eine einzige Leiterplatte gebaut werden kann (Figur 1). ZUSAMMENSTELLUNG DER VERWENDETEN BEZUGSZEICHEN 1 Elektromotor 2 Zahnstange 3 Steuereinrichtung 4 Stirnradgetriebe 5 Ende von 2, schalthebelseitig 6 Schalthebel 7 Schaltgetriebe des Kraftfahrzeugs 8 Einrichtung zur Schaltkraftverstärkung 9 Ende von 2, getriebeseitig 10 Messeinrichtung Patentansprüche 1. Einrichtung zur Schaltkraftverstärkung bei einem Kfz- Handschaltgetriebe, umfassend: - ein Kraftübertragungsmittel (2), das die bei einer Schalthandlung an einem Schalthebel (6) manuell eingeleitete Schaltkraft an ein Schaltgetriebe (7) weiterleitet, - eine Messeinrichtung (10), die mit dem Kraftübertragungsmittel (2) gekoppelt ist und den Schaltweg bei einer Schalthandlung erfasst, - einen Elektromotor (1), dessen Motorstrom mittels einer Steuereinrichtung (3) in Abhängigkeit des Schaltweges vorgegeben wird, um die manuelle Schaltkraft motorisch zu unterstützen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinrichtung (3) der Motorstrom so vorgegeben wird, dass die manuell eingeleitete Schaltkraft vom Elektromotor (1) verdoppelt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ein bürstenloser Elektromotor ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (10) einen Drehgeber umfasst, der die Drehstellung des Rotors des bürstenlosen Elektromotors (1) erfasst.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber ein Inkrementalgeber ist und während eines Schaltvorgangs mit jedem Drehgeberimpuls der Motorstrom neu gerechnet und eingestellt wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (3) eine Speichereinrichtung vorhanden ist, in welcher die erforderliche Schaltkraft in Abhängigkeit des Schaltweges in Form einer Tabelle gespeichert ist und diese Tabelle bei der Vorgabe des Motorstroms verwendet wird.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel (2) ein Federnmittel enthält. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 3/7