DE10143324A1

DE10143324A1 - Positionserkennung an automatisierten Getrieben

Info

Publication number: DE10143324A1
Application number: DE2001143324
Authority: DE
Inventors: Bernd Somschor; Frank Miehle; Norbert Sommer; Juergen Neuenfeld; Oliver Buchhold
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-04-03

Abstract

In einer Vorrichtung zur Erkennung der Position eines Elementes einer Schalteinrichtung eines Schaltgetriebes bei Fahrzeugen, die einen Elektromotor (8, 32, 34) und das von dem Elektromotor (8, 32, 34) betätigte Element sowie Sensoren umfasst, die eine Position des Elementes identifizieren, weist die Schalteinrichtung Referenzschalter auf, die definierte Absolutpositionen des Elementes festlegen. Der Elektromotor (8, 32, 34) weist einen Inkrementalgeber auf, der Inkremente (8, 32, 34) für einen zurückgelegten Drehweg des Elektromotors (8, 32, 34) in einer Drehrichtung an eine Steuerung (4) weiterleitet, in der in einer H-Brücke (2) eine Strommessvorrichtung (10) vorgesehen ist, die den aufgenommenen Strom des Elektromotors (8, 32, 34) misst und in der aus dem gemessenen Stromverlauf eine berechnete Absolutposition des Elementes ermittelbar ist, die bei Erreichen der Referenzschalter mit der definierten Absolutposition abgeglichen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Position von Schaltelementen einer Schalteinrichtung eines automatisierten Schaltgetriebes bei Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Betrieb automatisierter Getriebe ist es wichtig, die Position der Schaltgabeln oder Schaltschwingen und das Einlegen der einzelnen Gangstufen zu jedem Zeitpunkt exakt zu erkennen. Durch Sensoren können die Positionen von Schaltschienen der Schalteinrichtung absolut gemessen werden und so ein Einlegen eines Ganges erkannt werden.

Beispielgebend ist aus der EP 0 198 111 A2 eine Schalteinrichtung für ein Schaltgetriebe mit einem Elektromotor bekannt geworden, bei der von dem Elektromotor eine Schaltwelle solange verstellt wird, bis die Schaltwelle Sensoren betätigt, die den Elektromotor abstellen.

Wird eine Wegmessung über Relativsensoren vorgenommen, so ist ein Abgleich der Sensoren relativ zur Schalteinrichtung nach einer bestimmten Anzahl von Schaltvorgängen notwendig. Um dabei in der Schalteinrichtung Einflüsse einer Serienstreuung zu verhindern und Funktionssicherheit zu gewährleisten, sind Toleranzeinschränkungen gegenüber den bei einem nicht automatisierten Getriebe zugelassenen Toleranzen notwendig. Diese Einschränkungen führen in aller Regel zu einer Verschlechterung der Kostenposition des Produktes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schalteinrichtung eines automatisierten Schaltgetriebes eine genaue Positionserkennung der Schaltelemente zu erreichen und Toleranzeinschränkungen zu vermeiden.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung vorgeschlagen zur Erkennung der Position eines Elementes einer Schalteinrichtung eines Schaltgetriebes insbesondere bei Fahrzeugen. Die Schalteinrichtung umfasst einen Elektromotor und das von dem Elektromotor betätigte Element sowie Sensoren, die eine Position des Elementes identifizieren. Weiter weist die Schalteinrichtung Referenzschalter auf, die definierte Absolutpositionen des Elementes festlegen und nur bei Erreichen dieser definierten Absolutposition ein Signal ausgeben. Der Elektromotor weist einen Inkrementalgeber auf, der Inkremente für einen zurückgelegten Drehweg des Elektromotors in einer Drehrichtung an eine Steuerung weiterleitet, in der in einer H-Schaltung eine Strommessvorrichtung vorgesehen ist. Der Inkrementalgeber gibt keine Absolutposition aus, sondern nur Inkremente pro zurückgelegtem Weg und eine Drehrichtung des Elektromotors. Aus den Weginkrementen des Inkrementalgebers wird in der Steuerung ein absolutes Wegsignal berechnet. Diese Berechnung wird mit bekannten Wegpunkten kontinuierlich abgeglichen. Die Strommessvorrichtung misst den aufgenommenen Strom des Elektromotors. In der Steuerung wird aus dem gemessenen Stromverlauf eine berechnete Absolutposition des Elementes ermittelt. Diese berechnete Absolutposition wird bei Erreichen der Referenzschalter mit der definierten Absolutposition abgeglichen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Elektromotor für die Wählbewegung und ein Elektromotor für die Schaltbewegung vorgesehen. Zum Abgleich der Absolutposition für den Elektromotor für die Wählbewegung ist ebenfalls ein Referenzschalter vorgesehen. Wird ein Signal von diesem Referenzschalter empfangen, so ist die definierte Absolutposition des von diese Elektromotor bewegten Elementes bekannt. Die aktuell berechnete Absolutposition wird dann mit dieser definierten Absolutposition verglichen und gegebenenfalls korrigiert. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Referenzschalter für den Elektromotor für die Wählbewegung in einem Schaltbild des Schaltgetriebes im Bereich der Wählgasse zwischen der Schaltgasse des Rückwärtsganges und der ersten benachbarten Schaltgasse für Vorwärtsgänge angeordnet. Wenn die berechnete Absolutposition verlorengeht, beispielsweise bei einem Reset während der Fahrt, so kann beim Überstreichen des so angeordneten Referenzschalters aus der aktuellen Drehrichtung des Elektromotors auf den sich ergebenden Fahrtrichtungsbereich des Getriebes geschlossen werden. In einer Ausführungsform liegen die Referenzschalter für den Elektromotor für die Schaltbewegung an mechanisch festgelegten Endpositionen des bewegten Elementes, insbesondere einer Schaltwelle oder Schaltschiene, die einem vollständig eingelegten Gang entsprechen, also der Position, in der die Schaltung abgeschlossen ist. Vorzugsweise wird die Vorrichtung oder das Verfahren in einem automatisierten Schaltgetriebe verwendet, in dem die Schaltsignale nach vorbestimmten Rechenregeln von einer Steuerung abgegeben werden. Ebenfalls anwendbar ist die Vorrichtung und das Verfahren auch bei einem elektrisch geschalteten Getriebe, dessen Schaltsignale manuell vom Fahrer über entsprechende Schalter abgegeben werden.

Bei der Schalteinrichtung des Schaltgetriebes kann eine Mehrschienenschaltung mit einem Wähl- und einem Schaltelement in Form einer zentralen Wähl- und Schaltwelle vorgesehen sein, die wenigstens über je einen Elektromotor für die Schaltbewegung und für die Wählbewegung verfügt. Diese zentrale Wähl- und Schaltwelle greift auf mehrere Schienen zu, die jeweils ein Schaltelement betätigen. Alle Schienen sind in der Endposition der Gänge sowie in der Neutralposition über Rastelemente fixiert.

Die Schalteinrichtung kann auch eine Einschienenschaltung darstellen, bei der die von den Elektromotoren betätigte Wähl- und Schaltwelle direkt auf die Schaltelemente zugreift. Die Wähl- und Schaltwelle ist in der Endposition der Gänge sowie in der Neutralposition über Rastelemente fixiert.

Durch die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung kann ohne gravierende Toleranzeinschränkungen der Schalteinrichtung bei einem Getriebe, insbesondere bei einem automatisierten Getriebe, der Schaltablauf überwacht, das Einlegen der Gänge erkannt und das Erreichen der Endposition mit einem Sensor festgestellt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine H-Schaltung in der Steuerung;

Fig. 2 ein Schaltbild;

Fig. 3 ein Stromverlauf während einer Schaltung und

Fig. 4 Darstellung eines Getriebestellers mit Elektromotor.

Die Fig. 1 zeigt eine H-Brücke 2 in einer Steuerung 4, eine Spannungsquelle 6, einen Elektromotor 8 und eine Strommessvorrichtung 10 aufweist. Die Strommessvorrichtung 10 ermöglicht eine indirekte Messung des Momentes des Elektromotors 8. Die Fig. 3 zeigt einen typischen Verlauf des in der Strommessvorrichtung 10 gemessenen Stroms I über der Zeit t, wie er prinzipiell beim Einschalten eines beliebigen Ganges gemessen wird. In einer ersten Phase von t₀ bis t₁ liegt der Strom auf einem konstanten Niveau. In der Ansynchronisierphase von t₁ bis t₂ steigt der Strom beim Auftreffen der Schiebemuffe in der Schalteinrichtung auf zugehörige Elemente des zu schaltenden Zahnrades an bis Synchronlauf der Bauteile erreicht ist. In der Phase von t₃ bis t₄ fällt der Strom beim Entsperren der Synchronisierung wieder ab, während die Schiebemuffe in Richtung der Position des Erreichen des zu schaltenden Ganges bewegt wird. Wird diese über Rastelemente fixierte Endposition der Schaltschiene bzw. Schaltwelle erreicht, steigt der Strom I im Elektromotor in der Phase von t₅ bis t₆ wieder an. Schaltet der Motor beispielsweise durch Erreichen eines Referenzschalters ab, so verbleibt die Schaltschiene bzw. Schaltwelle in der über Rastelemente fixierten Endposition. Wird in einem Getriebesteller 24 der Schalteinrichtung ein mit einer Schaltelastizität 76, 78 versehenes Schaltelement 50 verwendet (Fig. 4), so wird die gespannte Schaltelastizität 76, 78 entspannt und schiebt dabei die nicht selbsthemmende Kugelumlaufspindel 52 zurück. Der Elektromotor 8, 34 befindet sich damit in einer definierten Absolutposition und diese Absolutposition kann mit der berechneten Absolutposition verglichen werden. Die berechnete Absolutposition kann dann gegebenenfalls abgeglichen werden. Dieser Abgleich wird für jeden Gang bei jedem Schalten durchgeführt.
Die Fig. 2 zeigt ein Schaltbild 12 für ein 6-Gang- Schaltgetriebe. In einer Wählgasse 14 ist zwischen einer Schaltgasse 16 für den Rückwärtsgang und einer Schaltgasse 18 für den ersten und zweiten Vorwärtsgang die Position 20 für einen Referenzschalter vorgesehen, der überstrichen werden kann bei Verlust der berechneten Absolutposition.
Die Fig. 4 zeigt einen Getriebesteller 24, der zur Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet ist.
Der Elektromotor 32 treibt die Kugelumlaufspindel 46 an, die in zwei Lagern 60 und 62 gelagert ist. Auf der Kugelumlaufspindel 46 wird die Kugelmutter 44 bei Drehung des Elektromotors 32 axial verschoben. An der Kugelmutter 44 ist ein hier nicht gezeigter Schaltfinger vorgesehen, der in eine Wähl- und Schaltwelle des Getriebes eingreift, die sich rechtwinklig zur Drehachse der Kugelumlaufspindel 46 erstreckt. Durch eine axiale Bewegung der Kugelmutter 44 entlang der Kugelumlaufspindel 46 verdreht der Schaltfinger die Wähl- und Schaltwelle um ihre Drehachse und führt damit eine Wählbewegung in der Schalteinrichtung durch. Der größere Elektromotor 34 treibt die Kugelumlaufspindel 52 an, die in zwei Lagern 70 und 72 gelagert ist. Auf der Kugelumlaufspindel 52 wird die Kugelmutter 74 bei Drehung des Elektromotors 34 axial verschoben. Dabei drückt die Kugelmutter 74 zunächst je nach Drehrichtung entweder die Tellerfedern im Federpaket 76 oder im Federpaket 78 zusammen, die beide je auf einer Seite der Kugelmutter 74 innerhalb des Schaltzylinders 50 vorgesehen sind. Die axiale Bewegung der Kugelmutter 74 wird durch einen nicht gezeigten Umlenkhebel derart umgelenkt, dass die senkrecht zur Kugelumlaufspindel 52 angeordnete Wähl- und Schaltwelle entlang ihrer Drehachse verschoben wird und dadurch eine Schaltbewegung in der Schalteinrichtung durchführt. Die unterschiedlich großen Elektromotoren 32 und 34 sind geschlossen in Draufsicht dargestellt, während der geschnittene Bereich der Kugelumlaufspindeln 46 und 52 geöffnet die Federpakete 76 und 78 auf beiden Seiten der Kugelmutter 74 auf der Kugelspindel 52 zeigen. Die Tellerfedern in den Federpaketen 76 und 78 nehmen die Bewegung der Kugelmutter 74 zunächst auf und, wenn die Situation in der Schaltung es zulässt, wird die Bewegung über den Schaltzylinder 50 auf die Schalteinrichtung übertragen. Die Drehbewegung der Elektromotoren 32 und 34 werden von den Drehachsen über Kreuzkupplungen 96 und 98 auf die Kugelumlaufspindeln 46 und 52 übertragen. Dadurch kann das Drehmoment zwischen den Bauteilen trotz eines eventuellen Achsversatzes zwischen der Drehwelle des Elektromotors und der Kugelumlaufspindel übertragen werden. Im Gehäuse 30 des Getriebestellers 24 ist der Entlüfter 58 angeordnet. Bezugszeichen 2 H-Brücke
4 Steuerung
6 Spannungsquelle
8 Elektromotor
10 Strommessvorrichtung
12 Schaltbild
14 Wählgasse
16 Schaltgasse
18 Schaltgasse
20 Position
24 Getriebesteller
30 Gehäuse
32 Elektromotor
34 Elektromotor
44 Kugelmutter
46 Kugelumlaufspindel
50 Schaltzylinder
52 Kugelumlaufspindel
58 Entlüfter
60 Lager
62 Lager
70 Lager
72 Lager
74 Kugelmutter
76 Federpaket
78 Federpaket
96 Kreuzkupplung
98 Kreuzkupplung

Claims

1. Vorrichtung zur Erkennung der Position eines Elementes einer Schalteinrichtung eines Schaltgetriebes bei Fahrzeugen, die einen Elektromotor (8, 32, 34) und das von dem Elektromotor (8, 32, 34) betätigte Element sowie Sensoren umfasst, die eine Position des Elementes identifizieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung Referenzschalter aufweist, die definierte Absolutpositionen des Elementes festlegen, dass der Elektromotor (8, 32, 34) einen Inkrementalgeber aufweist, der Inkremente für einen zurückgelegten Drehweg des Elektromotors (8, 32, 34) in einer Drehrichtung an eine Steuerung (4) weiterleitet, in der in einer H-Brücke (2) eine Strommessvorrichtung (10) vorgesehen ist, die den aufgenommenen Strom des Elektromotors (8, 32, 34) misst und in der aus dem gemessenen Stromverlauf eine berechnete Absolutposition des Elementes ermittelbar ist, die bei Erreichen der Referenzschalter mit der definierten Absolutposition abgleichbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (32) für die Wählbewegung und ein Elektromotor (34) für die Schaltbewegung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzschalter für den Elektromotor (8, 32) für die Wählbewegung in einem Schaltbild (12) des Schaltgetriebes im Bereich der Wählgasse (14) zwischen der Schaltgasse (16) für den Rückwärtsgang und der ersten benachbarten Schaltgasse (18) für Vorwärtsgänge angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzschalter für den Elektromotor (8, 34) für die Schaltbewegung an mechanisch festgelegten Endpositionen des Elementes liegen, die einem vollständig eingelegten Gang entsprechen.

5. Verfahren zur Erkennung der Position eines Elementes einer Schalteinrichtung eines Schaltgetriebes bei Fahrzeugen, bei dem von Sensoren die Position des von einem Elektromotor (8, 32, 34) betätigten Elementes identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schalteinrichtung Referenzschalter verwendet werden, die definierte Absolutpositionen des Elementes festlegen, und dass von einem Inkrementalgeber in dem Elektromotor (8, 32, 34) Inkremente für einen zurückgelegten Drehweg des Elektromotors (8, 32, 34) in einer Drehrichtung an eine Steuerung (4) weiterleitet werden, in der in einer Strommessvorrichtung (10) einer H-Brücke (2) der aufgenommene Strom des Elektromotors (8, 32, 34) gemessen wird und in der aus dem gemessenen Stromverlauf eine berechnete Absolutposition des Elementes ermittelt wird, die bei Erreichen der Referenzschalter mit der definierten Absolutposition abgeglichen wird.

6. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 oder des Verfahrens nach Anspruch 5 in einem automatisierten Schaltgetriebe.