DE10045253B4

DE10045253B4 - Actuator head for actuating a gear stick

Info

Publication number: DE10045253B4
Application number: DE2000145253
Authority: DE
Inventors: Kurt Staehle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: DE10045253A1

Abstract

Aktuatorkopf zur Betätigung eines Schaltknüppels, insbesondere eines Kfz-Schaltknüppels, gekennzeichnet durch ein um eine erste zentrale Achse (Z) drehbares erstes Steuerelement, durch das um parallel zur ersten Achse und außerhalb der ersten Achse angeordnete zweite Achsen (A...D) drehbar gehaltene zweite Steuerelemente gemeinsam betätigt werden, die Betätigungselemente aufweisen, die den Schaltknüppel (S) mit einem durch das Maß der Verdrehung des ersten Steuerelements einstellbaren seitlichen Spiel umgeben. actuator head for actuation a gear stick, in particular a motorized gear stick by a first control element rotatable about a first central axis (Z), by the second arranged parallel to the first axis and outside the first axis Axes (A ... D) rotatably held second control elements together actuated be the actuators have the shift stick (S) with one by the measure of Rotation of the first control adjustable side play surround.

Description

Technischer Hintergrundtechnical background

Die Erfindung betrifft einen Aktuatorkopf zur Betätigung eines Schaltknüppels, insbesondere des Griffstücks eines KFZ-Schaltknüppels.The The invention relates to an actuator head for actuating a shift stick, in particular of the handle a car gear stick.

Bei Funktions- und Dauertests der Einrichtungen eines Kraftfahrzeuges ist es üblich, beispielsweise die Pedal- und Lenkradbewegungen durch entsprechende Roboter vornehmen zu lassen, so dass Bewegungsabläufe bei diesen Einrichtungen erzeugt werden, die den tatsächlichen Abläufen bei der Bedienung des Kraftfahrzeugs weitgehend entsprechen. Solche Vorrichtungen bestehen aus der Regel aus Gestellen mit hebelähnlich aneinander gelenkten Armen, die diese typischen Bewegungen erzeugen, und den eigentlichen Betätigungselementen, die das jeweilige Bedienelement, beispielsweise das Gaspedal oder einen Schaltknüppel beaufschlagen und den gewünschten Bewegungsablauf erzeugen.at Functional and endurance tests of the facilities of a motor vehicle it is usual, for example, the pedal and steering wheel movements by appropriate Let robots do it, so that motion sequences at These facilities are created to match the actual procedures largely correspond to the operation of the motor vehicle. Such Devices usually consist of frames with levers like each other articulated arms that produce these typical movements, and the actual actuators, which the respective control element, for example the accelerator pedal or a gear stick act and the desired Generate motion sequence.

Gegenstand der Erfindung ist ein solches Betätigungselement, das nach Kopplung mit den genannten Weg erzeugenden Vorrichtungen die bei der Betätigung eines Schaltknüppels eines Kraftfahrzeuges auftretenden Bewegungen veranlasst, und damit im wesentlichen die Funktion der Hand des Fahrers, die den Schaltknüppel ergreift und die typischen Schaltabläufe zum Gangwechsel durchführt, übernimmt.object The invention is such an actuator that after coupling with the above-mentioned devices generating the actuation of a Gear stick caused a motor vehicle movements, and thus in essential the function of the driver's hand that grips the gear stick and the typical switching sequences to change gears, takes over.

Stand der TechnikState of technology

Aus der DE 34 39 376 C2 ist ein Gangschaltautomat bekannt, mit einem Gestänge mit zwei motorbetätigten Betätigungsstangen, deren eines Ende am Schaltknüppel angreift.From the DE 34 39 376 C2 an automatic gearshift is known, with a linkage with two motor-operated actuating rods, one end of which engages the gear stick.

Zur Übertragung der Schaltkräfte sind die Enden der Betätigungsstangen oder mindestens einer starren Stange in Kugellagern als unmittelbaren Betätigungselementen auf dem Schaltknüppel gelagert. Die konstruktive Ausgestaltung dieser Lagerung ist nicht näher erläutert; es ist davon auszugehen, dass es einer spezifischen Anpassung/Anbringung der Kugellager bei der Verbindung des Gestänges mit dem jeweiligen Schaltknüppel bedarf.For transmission of switching forces are the ends of the operating rods or at least one rigid rod in ball bearings as direct actuators on the gear stick stored. The design of this storage is not explained in more detail; it it can be assumed that there is a specific adaptation / attachment of the Ball bearings required when connecting the linkage with the respective gear stick.

Aus der GB 2 090 347 A ist ein Fahrroboter bekannt, bei dem die Ankopplung von hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Organen an den Schaltknüppel über Führungsstangen- und flansche als Schaltungsaktuatoren erfolgt, die den nicht näher dargestellten Schaltknüppel umfassen.From the GB 2 090 347 A a driving robot is known in which the coupling of hydraulically or pneumatically operating organs to the shift stick takes place via guide rod and flanges as shift actuators which comprise the shift stick, not shown in any more detail.

Aus der US-5 816 106 A ist ein Fahrroboter (7,8) bekannt, bei dem die Kraftübertragung von einer Motorik u.a. auch auf den auf dem Getriebetunnel oder am Lenkrad befestigten Schaltknüppel eines Automatikgetriebes erfolgt. Der Aktuator ist als einfache Gelenkverbindung ausgestaltet, da die Bewegung des Gangwahlhebels nur in einer vertikalen Ebene erfolgt. Dennoch ist eine individuelle Montage am Schaft des Gangwahlhebels mittels muffenähnlichen Elementen erforderlich.From the U.S. 5,816,106 A. is a driving robot ( 7 . 8th ) known, in which the power transmission from a motor system takes place, among other things, on the shift stick of an automatic transmission attached to the transmission tunnel or the steering wheel. The actuator is designed as a simple articulated connection, since the gear selector lever only moves in a vertical plane. Nevertheless, an individual assembly on the shaft of the gear selector lever using sleeve-like elements is required.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Aufgabe der Erfindung ist ein Aktuatorkopf, der bei einfachem und zuverlässigem konstruktiven Aufbau für eine Vielzahl von unterschiedlich geformten Schaltknüppeln einsetzbar ist und diese sicher schaltet. Ziel der Erfindung ist also eine Synthese aus Funktionsfähigkeit über große Zeiträume und Flexibilität hinsichtlich der Anpassbarkeit an Schaltknüppel verschiedener Formung und Bemaßung.task The invention is an actuator head with a simple and reliable design for one A variety of differently shaped gear stick can be used and this switches safely. The aim of the invention is therefore a synthesis of functionality over long periods and flexibility in terms of adaptability to gearshift sticks of various shapes and dimensioning.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Aktuatorkopf gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention Task with an actuator head according to the features of the claim 1 solved.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der Umsetzung einer Drehbewegung eines ersten Steuerelementes in synchrone Drehbewegungen mehrerer zweiter Steuerelemente, die Betätigungselemente tragen, die den Schaltknüppel mit einem vorgebbaren seitlichen Spiel umgeben, wobei insbesondere die Dimension des Steuerknüppels in der Schwenkebene berücksichtigt werden kann.The The basic idea of the invention is to implement a rotary movement of a first control element in synchronous rotary movements of several second controls, the actuators who carry the gear stick surrounded with a definable lateral play, in particular the dimension of the joystick taken into account in the swivel plane can be.

Zur Umsetzung der Drehbewegung des ersten Steuerelementes auf mehrere zweite Steuerelemente mit den Betätigungselementen dient vorteilhafterweise eine Steuerscheibe mit einer der Anzahl der zweiten Steuerelemente entsprechenden spiralbogenförmigen Kulissenführungen, über die die Drehbewegung des ersten Steuerelements auf eine Drehbewegung der Betätigungselemente übertragen wird.to Implementation of the rotary motion of the first control element to several second control elements with the actuating elements advantageously serves a control disc with one of the number of second control elements corresponding spiral arch Scenic tours about the rotational movement of the first control element to a rotational movement the actuators is transmitted.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Betätigungselemente aus jeweils einem Schwenkarm gebildet, der flügel- oder schaufelähnlich gekrümmt ist, so dass eine Verdrehung des ersten Steuerelementes zu einer Verschwenkung dieser flügel- oder schaufelähnlichen Schwenkarme als Betätigungselemente führt, die dann den seitlichen Anschlag (mit dem einstellbaren Spiel) für die Kontaktierung und Beaufschlagung des Schaltknüppels bilden.According to one The actuating elements are a further advantageous embodiment each made up of a swivel arm that is curved like a wing or shovel, so that the first control element is rotated to pivot it wing- or shovel-like Swivel arms as actuators leads, which then the side stop (with the adjustable play) for contacting and loading of the gear stick form.

Vorteilhafterweise wird der Aktuatorkopf so angeordnet, dass vier solche Schwenkarme vorgesehen sind. Die Anordnung des Aktuatorkopfes an einem oben erwähnten Gestänge oder Roboterarm sollte dann so erfolgen, dass die Kontaktflächen dieser Schwenkarme mit dem Schaltknüppel weitgehend in den Betätigungsachsen des Schaltvorganges liegen, d.h., zwei gegenüberliegende Betätigungselemente für die Bewegungsachse zwischen dem Gangwechsel und die beiden anderen gegenüberliegenden Betätigungselemente für die hierzu orthogonal verlaufende Schaltbewegung zum Einlegen/Herausnehmen des Ganges.The actuator head is advantageously arranged such that four such swivel arms are provided hen are. The arrangement of the actuator head on an above-mentioned linkage or robot arm should then take place in such a way that the contact surfaces of these swivel arms with the shift stick are largely in the actuation axes of the switching process, i.e. two opposing actuating elements for the movement axis between the gear change and the two other opposing actuating elements for the shift movement orthogonal to this for inserting / removing the gear.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuatorkopfes wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:On preferred embodiment of the actuator head according to the invention is now explained in more detail with reference to drawings, which show:

1: Eine erste perspektivische Gesamtansicht des Aktuatorkopfes, 1 : A first overall perspective view of the actuator head,

2: eine zweite perspektivische Teilansicht des Aktuatorkopfes auf dessen Oberseite mit abgenommener Abdeckung, 2 a second perspective partial view of the actuator head on its top with the cover removed,

3: eine dritte perspektivische Teilansicht des Aktuatorkopfes auf dessen Unterseite, 3 : a third partial perspective view of the actuator head on its underside,

4A: eine schematische Aufsicht auf die Position der Betätigungselemente in ihrer Öffnungsposition gemäß den 1 bis 3, und 4A : a schematic plan view of the position of the actuating elements in their open position according to the 1 to 3 , and

4B: eine schematische Aufsicht auf die Position der Betätigungselemente in ihrer Schließposition. 4B : a schematic plan view of the position of the actuating elements in their closed position.

In den 1 bis 3 ist der Aktuatorkopf als solcher dargestellt, ohne die zu seiner Anlenkung und Verbindung zu einem Antrieb erforderlichen Schaltgestänge oder – arme, die die Bewegung in der Ebene des Schaltvorganges durchführen und somit den Arm des Fahrers simulieren. Wie oben schon erwähnt, dient der erfindungsgemäße Aktuator als letztes Glied in dieser Betätigungskette und entspricht damit im Wesentlichen der Hand des Benutzers als Kopplungsglied zwischen dem Bewegungsantrieb und dem Schaltknüppel. Ein solcher Schaltknüppel S ist in 1 zur Verdeutlichung gestrichelt dargestellt.In the 1 to 3 the actuator head is shown as such, without the shift linkage or arms required for its articulation and connection to a drive, which perform the movement in the plane of the shifting process and thus simulate the driver's arm. As already mentioned above, the actuator according to the invention serves as the last link in this actuation chain and thus essentially corresponds to the hand of the user as a coupling link between the movement drive and the shift stick. Such a shift stick S is in 1 shown in dashed lines for clarity.

Die zur Umschließung des Schaltknüppels S vorgesehenen Bauteile und die Bauteile zu deren Bewegung sind in einem Gehäuse G mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt untergebracht, das mit einer Haube H abgedeckt ist, die aus Gründen der Verdeutlichung in 2 entfernt ist. Das Gehäuse G weist eine Montageplatte M auf, die den gleichen Querschnitt aufweist wie das Gehäuse G und auf diesem befestigt ist. Zur Verdeutlichung der Darstellung ist die Montageplatte M in 2 an ihren Eckbereichen ausgebrochen, um die Funktionsweise der Betätigungselemente des Aktuatorkopfes deutlich werden zu lassen.The components provided for enclosing the shift stick S and the components for their movement are accommodated in a housing G with an essentially square cross section, which is covered with a hood H, which is shown in FIG 2 is removed. The housing G has a mounting plate M, which has the same cross section as the housing G and is fastened thereon. For clarification of the illustration, the mounting plate M in 2 broken out at their corner areas to make the operation of the actuators of the actuator head clear.

In der Mittelachse Z befindet sich eine Welle, die von einem Motor angetrieben wird und die sich durch die Montageplatte M hindurch erstreckt, wo sie mit einer Steuerscheibe 10 verbunden ist. Die Steuerscheibe 10 hat die Aufgabe, die Drehbewegung der Antriebseinheit bzw. der Welle in eine definierte Schwenkbewegung von vier um parallel zur zentralen Achse Z angeordnete zweite Achsen A...D drehbar gehaltene zweite Steuerelemente umzusetzen, die dann die Umschließung eines Steuerknüp pels S mit bestimmten Ausmaßen in Kontakt oder mit einem vorgebbaren Spiel bewirken.In the central axis Z is a shaft which is driven by a motor and which extends through the mounting plate M, where it with a control disc 10 connected is. The control disc 10 has the task of converting the rotary movement of the drive unit or the shaft into a defined pivoting movement of four second control elements A ... D rotatably held parallel to the central axis Z, which then encloses a control knob S with certain dimensions in Contact or with a predetermined game.

Jedes dieser zweiten Steuerelemente besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich aus einem ersten Schwenkarm 20A...20D, dessen erstes Ende in das Innere des Gehäuses G ragt und dort mit der Steuerscheibe 10 zusammenwirkt, wie dies weiter unten noch erläutert wird, einer Welle 21A...21D, die in den Ecken des Gehäuses G geführt ist, sowie vier schaufelähnlichen zweiten Schwenkarmen 22A...22D, die unterhalb des Gehäuses G auf der Welle 21A...21D aufsitzen.Each of these second control elements essentially consists of three parts, namely a first swivel arm 20A ... 20D , the first end of which protrudes into the interior of the housing G and there with the control disk 10 cooperates, as will be explained below, a wave 21A ... 21D , which is guided in the corners of the housing G, and four shovel-like second pivot arms 22A ... 22D that are below the housing G on the shaft 21A ... 21D seated.

Die Steuerscheibe 10 ist insbesondere in der 3 dargestellt, man erkennt dort vier spiralförmig nach innen einander übergreifende Kulissenführungen 10A...10D, in die jeweils ein Ende eines zugehörigen ersten Schwenkarms 20A...20D eingreift, beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung oder mittels eines aufgesetzten oder aufgeschraubten Nockens oder Zapfens. Die Kulissenführungen 10A...10D sind zur Verdeutlichung in 3 schraffiert. Bei der Darstellung in 1,2 und 3 befindet sich die Steuerscheibe 10 in ihrer Öffnungsposition, bei der infolge der relativen Anordnung der ersten Schwenkarme und der zweiten Schwenkarme auf ihrer zugehörigen Welle die flügelähnlichen zweiten Schwenkarme ihre erste, äußere Endposition bezogen auf die zentrale Achse Z einnehmen. Vereinfacht ist diese Position in einer schematischen Unteransicht in 4A dargestellt. In dieser Position steht in dem zwischen der Steuerscheibe 10 und den Begrenzungsflächen der zweiten Schwenkarme 22A...22D gebildeten "Aufnahmevolumen" der maximal verfügbare Raum zur Einführung eines Schaltknüppels S zur Verfügung, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist.The control disc 10 is particularly in the 3 shown, there are four backdrop guides that overlap one another in a spiral 10A ... 10D , in each one end of an associated first swivel arm 20A ... 20D intervenes, for example by an appropriate shape or by means of an attached or screwed-on cam or pin. The scenery tours 10A ... 10D are in for clarification 3 hatched. When represented in 1 . 2 and 3 is the control disc 10 in its open position, in which, as a result of the relative arrangement of the first swivel arms and the second swivel arms on their associated shaft, the wing-like second swivel arms assume their first, outer end position with respect to the central axis Z. This position is simplified in a schematic bottom view in 4A shown. In this position it stands between the control disc 10 and the boundary surfaces of the second swivel arms 22A ... 22D formed "recording volume" of the maximum available space for the introduction of a shift stick S, as shown in 1 is shown schematically.

Eine Verdrehung der Steuerscheibe 10 mittels des Motors um die zentrale Achse Z entgegen der Uhrzeigerrichtung (3) führt dazu, dass infolge des zunehmenden Abstandes der Kulissenführungen 10A...10D vom Rand der Steuerscheibe 10 die Drehbewegung der Steuerscheibe 10 in eine Schwenkbewegung der ersten Schwenkarme 20A...20D, die in der Steuerscheibe 10 geführt sind, und infolge der starren Kopplung über die Welle 21A...21D auch in eine Schwenkbewegung der schaufelähnlichen zweiten Schwenkarme 22A...22D umgesetzt wird. Diese Bewegung kann beim dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Winkelbereich von etwa 120° der Steuerscheibe 10 ausgeführt werden, bis dann als zweite, innere Endposition die Schließposition erreicht ist, die schematisch in 4B dargestellt ist: Die Drehung D der (hier nicht dargestellten) Steuerscheibe führt zu einer Innenverschwenkung V der zweiten Schwenkarme 22A...22D. Es versteht sich von selbst, dass eine entsprechend gegenläufige Drehung der Steuerscheibe 10 dann wieder den in 4A angedeuteten Bewegungsablauf verursacht, die Drehung der Steuerscheibe in Uhrzeigerrichtung führt also zu einem "Öffnen" der zweiten Schwenkarme 22A...22D.A twist of the control disc 10 counterclockwise by means of the motor around the central axis Z ( 3 ) causes that due to the increasing distance between the link guides 10A ... 10D from the edge of the control disc 10 the rotary movement of the control disc 10 in a pivoting movement of the first pivot arms 20A ... 20D that in the control disc 10 are led and due to the rigid coupling across the shaft 21A ... 21D also in a pivoting movement of the shovel-like second pivot arms 22A ... 22D is implemented. In the exemplary embodiment shown, this movement can extend through an angular range of approximately 120 ° of the control disk 10 be carried out until the closing position, which is shown schematically in 4B is shown: The rotation D of the control disk (not shown here) leads to an inner pivoting V of the second pivot arms 22A ... 22D , It goes without saying that a correspondingly opposite rotation of the control disc 10 then the in again 4A indicated movement sequence causes, the rotation of the control disc in the clockwise direction leads to an "opening" of the second swivel arms 22A ... 22D ,

Der in den 4A und 4B jeweils gestrichelt eingezeichnete Kreis stellt somit die in beiden Endpositionen (Schließposition bzw. Öffnungsposition) zur Verfügung stehenden Querschnitte zur Aufnahme eines Schaltknüppelkopfes dar. Bei einer konkreten bevorzugten Ausgestaltung des Aktuatorkopfes ist dieser so dimensioniert, dass der Durchmesser DX des "großen Betätigungskreises" bei etwa 8 cm liegt, der Durchmesser DY des "kleinen Betätigungskreises" der 4B bei etwa 4 cm, so dass handelsübliche Knaufe von KFZ-Schaltknüppeln aufgenommen werden können.The one in the 4A and 4B Each circle drawn with a broken line thus represents the cross-sections available in both end positions (closed position or open position) for receiving a gear stick head. In a specific preferred embodiment of the actuator head, this is dimensioned such that the diameter DX of the "large actuating circle" is approximately 8 cm, the diameter DY of the "small operating circle" of the 4B at about 4 cm, so that commercially available knobs can be picked up by vehicle gear stick.

Zweckmäßigerweise wird daher der erfindungsgemäße Aktuatorkopf mittels des (nicht dargestellten) roboterarm-ähnlichen Betätigungsmechanismus oder einer ähnlichen Vorrichtung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, über den Schaltknüppel geschwenkt und durch Betätigung des Motors und Verdrehung der Steuerscheibe 10 werden die zweiten Schwenkarme 22A...22D so weit an den Knauf des Schaltknüppels herangefahren, bis dieser vorzugsweise mit geringem Spiel umgeben wird, so dass insbesondere eine geringfügige Vertikalverschiebung des Knaufs während des simulierten Schaltvorganges oder auch ein seitlicher Versatz keine Beeinträchtigung des Schaltvorgangs hervorruft. Dieses seitliche Spiel ersetzt also sozusagen die gefühlsmäßige Handhabung des Schaltknaufs durch den Fahrer, mit der individuelle Gegebenheiten des Schalt-Bewegungsablaufs je nach Kraftfahrzeugtyp berücksichtigt werden.The actuator head according to the invention is therefore expediently pivoted over the shift stick by means of the robot arm-like actuation mechanism (not shown) or a similar device which is not the subject of the invention and by actuating the motor and rotating the control disk 10 become the second swivel arms 22A ... 22D so far approach the knob of the shift stick until it is preferably surrounded with little play, so that in particular a slight vertical displacement of the knob during the simulated shift process or a lateral offset does not impair the shift process. This side play thus replaces, so to speak, the emotional handling of the shift knob by the driver, with which the individual circumstances of the shift movement sequence are taken into account depending on the type of motor vehicle.

Claims

Actuator head for actuating a gear stick, in particular of a motor vehicle gear stick by a first control element rotatable about a first central axis (Z), through that arranged parallel to the first axis and outside the first axis second axes (A ... D) rotatably held second controls actuated be the actuators have the shift stick (S) with one by the amount of twist surrounding the first control adjustable side play.

Actuator head according to claim 1, characterized in that the first axis (Z) is formed by a shaft that with a drive unit is coupled.

Actuator head according to claim 1, characterized in that that the first control element consists of at least one component, the one non-positive Establishes coupling with the second controls.

Actuator head according to claim 3, characterized in that the first control element from a control disc ( 10 ) with the number of second control elements corresponding spiral-arc-shaped link guides ( 10A ... 10D ) is formed for a second control element

Actuator head according to claim 1 and 2, characterized in that each of the second control elements from a first swivel arm ( 20A ... 20D ) is formed, the first end of which is in the associated link guide ( 10A ... 10D ) engages, and the other end of which is a shaft ( 21A ... 21D ) acted on, on which the actuating elements are held.

Actuator head according to claims 1 and 5, characterized in that each of the actuating elements consists of a second swivel arm ( 22A ... 22D ) is formed, which on the associated shaft ( 21A ... 21D ) is arranged that its distance from the central axis (Z) can be adjusted by rotating the first control element.

Actuator head according to claim 6, characterized in that the second swivel arm ( 22A ... 22D ) towards the central axis (Z) is curved like a wing or a shovel.

Actuator head according to claim 5 to 7, characterized in that every second control element is a one-piece plastic part.

Actuator head according to claim 1, characterized in that that at least 3 second controls are equidistant from each other and are arranged at the same distance from the first control element.

Actuator head according to claim 9, characterized in that the shafts ( 21A ... 21D ) are held by 4 second control elements in the corners of a housing (G), on the underside of which the first control element is arranged.