DE10161636A1 - Electromechanical actuation device for the automatic control of a motor vehicle transmission and transmission equipped with such an actuation device - Google Patents
Electromechanical actuation device for the automatic control of a motor vehicle transmission and transmission equipped with such an actuation deviceInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung (10) für die automatische Steuerung des Gangswechsels eines Schaltgetriebes, umfassend eine Steuer- und Leistungselektronik (11) für die Speisung einer Antriebseinheit (12), die ein Antriebsmittel und ein Bewegungsumwandlungsmittel umfaßt und die ein Betätigungselement (14) verschieben und/oder verschwenken kann, wobei vorzugsweise ein verformbares elastisches Element (13) in einer Zwischenposition zwischen der Antriebseinheit (12) und dem Betätigungselement (14) angebracht ist, wobei das Betätigungselement (14) dazu bestimmt ist, direkt auf ein Verbindungselement (17) einzuwirken, das die Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung (10) und dem Stellelement (19) eines Nehmers (18) herstellt, wobei durch das Stellelement (19) eine Synchronisiereinrichtung zur Synchronisierung der Drehzahl einer Welle des Getriebes betätigbar ist, wobei die Betätigungseinrichtung (10) außerdem einen als erster Positionsgeber (15) bezeichneten Positionsgeber, der an die Elektronik (11) Informationen über die Position der Antriebseinheit (12) liefern kann, oder einen als zweiter Positionsgeber (16) bezeichneten Positionsgeber umfaßt, der an die Elektronik (11) Informationen über die Position eines der Elemente Betätigungselement (14), Verbindungselement (17) oder Stellelement (19) liefern kann, wobei ein Mittel vorgesehen ist, um die Drehzahl der zu synchronisierenden Getriebewelle zu messen, oder ein anderes Mittel vorgesehen ist, um ...The invention relates to an actuating device (10) for automatically controlling the gear change of a manual transmission, comprising control and power electronics (11) for supplying a drive unit (12), which comprises a drive means and a movement conversion means and which shift an actuating element (14) and / or can pivot, preferably a deformable elastic element (13) being mounted in an intermediate position between the drive unit (12) and the actuating element (14), the actuating element (14) being intended to be directly connected to a connecting element (17) to act, which establishes the connection between the actuating device (10) and the actuating element (19) of a slave (18), wherein a synchronizing device for synchronizing the speed of a shaft of the transmission can be actuated by the actuating element (19), the actuating device (10) also designate one as the first position transmitter (15) th position transmitter, which can provide information about the position of the drive unit (12) to the electronics (11), or a position transmitter, referred to as a second position transmitter (16), which provides information about the position of one of the actuating element elements (11) 14), connecting element (17) or adjusting element (19), wherein a means is provided to measure the speed of the gear shaft to be synchronized, or another means is provided to ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektro mechanische Betätigungseinrichtung mit kontrolliertem Kraftaufwand, sowie ein Getriebe mit einer derartigen Betätigungseinrichtung. Sie betrifft dabei ins besondere eine Betätigungseinrichtung nach dem Ober begriff von Anspruch 1.The present invention relates to an electro mechanical actuator with controlled Exertion of force, as well as a transmission with such Actuating device. It affects ins special an actuator according to the waiter Concept of claim 1.
Derartige elektromechanische Betätigungseinrichtungen sind bekannt. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine schematische. Gesamtübersicht zur Darstellung einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung 10 zu er kennen, die ein Stellelement 19 eines Nehmers 18 über ein Verbindungselement 17 betätigen kann. Such electromechanical actuators are known. Referring to Fig. 1 is a schematic. Complete overview of the representation of an electromechanical actuating device 10 to know who can actuate an actuating element 19 of a slave 18 via a connecting element 17 .
Die Betätigungseinrichtung 10 umfaßt eine Steuer- und Leistungselektronik 11 für die Speisung einer Antriebs einheit 12, die ein Antriebsmittel und ein Bewegungs umwandlungsmittel umfaßt und ein Betätigungselement 14, vorzugsweise über ein verformbares elastisches Element 13, verschieben kann, wobei das Betätigungs element 14 direkt auf das Verbindungselement 17 einwirkt, das die Verbindung zwischen der Betä tigungseinrichtung 10 und dem Nehmer 18 herstellt.The actuating device 10 comprises a control and power electronics 11 for the supply of a drive unit 12 , which comprises a drive means and a movement conversion means and an actuating element 14 , preferably via a deformable elastic element 13 , can move, the actuating element 14 directly on the Connecting element 17 acts, which establishes the connection between the actuating device 10 and the slave 18 .
Die Elektronik 11 enthält beispielsweise einen Rech ner mit Digitalprozessor und Speicher in Multiplex- oder Nicht-Multiplexausführung und eine für das Antriebsmittel der Antriebseinheit 12 geeignete Leistungselektronik.The electronics 11 includes, for example, a computer with a digital processor and memory in multiplex or non-multiplex design and power electronics suitable for the drive means of the drive unit 12 .
Bei dem Antriebsmittel der Antriebseinheit 12 kann es sich um einen mit Gleichstrom betriebenen rotierenden Elektromotor mit oder ohne Kohlebürsten oder um einen Elektrolinearmotor oder um einen oder mehrere Elektro magneten oder um ein hydraulisches oder pneumatisches Stellelement handeln.The drive means of the drive unit 12 can be a rotating electric motor operated with direct current with or without carbon brushes or an electric linear motor or one or more electric magnets or a hydraulic or pneumatic actuating element.
Das Bewegungsumwandlungsmittel der Antriebseinheit 12 kann ein Untersetzungsgetriebe in der Ausführung als Stirnrädergetriebe, als Getriebe mit achsparallelen Zahnrädern oder als Planetengetriebe sein, oder es kann sich um ein Schnecken-Zahnradgetriebe oder um einen Schnecken-Mutter-Trieb mit oder ohne Kugeln handeln. Außerdem kann es sich um einen Bewegungs umwandler mit Exzenter oder Gelenkstange auf Zahnrad strang handeln. Der Ausgang des Bewegungsumwandlungs mittels kann drehbar, linear oder mit Kurbelstange ausgeführt sein. The movement conversion means of the drive unit 12 can be a reduction gear in the form of a spur gear, a gear with axially parallel gears or a planetary gear, or it can be a worm gear or a worm-nut drive with or without balls. It can also be a motion converter with an eccentric or articulated rod on a gear train. The output of the movement conversion means can be designed to be rotatable, linear or with a crank rod.
Das verformbare elastische Element 13 kann eine Druck- oder Dehnungsfeder sein. Es kann gerade oder gekrümmt, mit konstantem oder veränderlichem elas tischem Querschnitt ausgeführt sein. Außerdem kann es sich um eine Torsionsfeder, wie sie beispielsweise bei einer Wäscheklammer ausgeführt ist, oder in sonstiger Art oder um ein Teil aus Elastomer oder ähnlichem handeln.The deformable elastic element 13 can be a compression or extension spring. It can be straight or curved, with a constant or variable elastic cross-section. In addition, it can be a torsion spring, such as is embodied, for example, in a clothes peg, or in some other way, or a part made of elastomer or the like.
Im allgemeinen ist es möglich, daß das elastisch ver formbare Element 13 nicht durch ein spezifisches Mittel in der Art einer Feder ausgeführt ist, sondern durch die natürliche relative Elastizität der Teile gebildet wird, die das Betätigungselement 14, das. Ver bindungselement 17 oder das Stellelement 19 bilden.In general, it is possible that the elastically deformable ver member 13 is not carried out by a specific means in the manner of a spring, but is formed by the natural relative elasticity of the parts that the actuator 14 , the. Ver connecting element 17 or the actuator 19 form.
Das Betätigungselement 14 kann beispielsweise ein drehbarer Hebel oder eine Druck- oder Zugstange oder sonstiges sein.The actuating element 14 can be, for example, a rotatable lever or a push or pull rod or the like.
Das Verbindungselement 17 zur Verbindung mit dem Nehmer 18 kann zum Beispiel ein Seilzug, eine Gelenk stange, eine hydrostatische Verbindung oder jede andere Verbindungsart sein.The connecting element 17 for connection to the slave 18 can for example be a cable, an articulated rod, a hydrostatic connection or any other type of connection.
Das Stellelement 19 des Nehmers 18 ist insbesondere ein rotatorisch oder geradlinig bewegbarer Stellhebel.The adjusting element 19 of the slave 18 is, in particular, an adjusting lever that can be moved in a rotational or straight line.
Beim Nehmer 18 handelt es sich um eine Nehmervor richtung, die von ihrem Stellelement 19 eine Stell kraft erfährt, die beherrscht werden muß. Dies ist beispielsweise bei einem Kraftfahrzeuggetriebe der Fall, dessen Stellelement 19 verschoben wird, um einen Gang einzulegen. The slave 18 is a Nehmervor direction, which experiences an actuating force from its actuator 19 , which must be mastered. This is the case, for example, in a motor vehicle transmission, the actuating element 19 of which is shifted in order to engage a gear.
Eine solche Anwendung wird beispielsweise in der am 28. April 1998 unter der Nummer 98 05309 eingereich ten französischen Patentanmeldung beschrieben, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird.Such an application is for example in the April 28, 1998 filed under number 98 05309 described French patent application the content of which is expressly referred to here.
Bei seiner Verschiebung zum Einlegen eines Gangs bewegt sich das Stellelement 19 durch eine charakter istische Position, die der Synchronisierstufe ent spricht. Von dieser Position aus speichert einerseits das verformbare elastische Element 13 Energie, während andererseits die durch das Stellelement 19 übertragene Kraft beherrscht werden muß. Wenn die Synchronisiereinrichtungen die Drehzahlen der Antriebs- und Abtriebswelle des Getriebes synchronisiert haben, muß das Einlegen des gewünschten Gangs erfolgen, wobei dann eine positionsbezogene und nicht mehr eine kraftbezogene Regelung erforderlich ist.When it is shifted to engage a gear, the actuating element 19 moves through a characteristic position that speaks the synchronization stage. From this position, on the one hand, the deformable elastic element 13 stores energy, while, on the other hand, the force transmitted by the adjusting element 19 must be mastered. If the synchronizing devices have synchronized the speeds of the input and output shafts of the transmission, the desired gear must be engaged, in which case position-based and no longer force-based control is required.
In der bereits erwähnten Patentanmeldung ist eine elektromechanische Betätigungseinrichtung für ein mechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahr zeuge, beschrieben worden, die dazu bestimmt ist, die automatischen Betätigungen der Gangwahl und des Gang wechsels zu bewirken. Sie umfaßt wenigstens eine Getriebemotor-Antriebseinheit, um die für die Betäti gungen erforderliche mechanische Energie bereitzu stellen.In the patent application already mentioned is a electromechanical actuator for a mechanical transmission, especially for motor vehicles witness has been described, which is intended to automatic actuation of gear selection and gear to effect change. It includes at least one Geared motor drive unit to the for the Actu required mechanical energy ready put.
Mit dem Ausdruck "Gangwahl" soll der Betätigungs vorgang bezeichnet werden, der einer seitlichen Bewegung des Schalthebels auf der Schaltkulisse entspricht, während mit dem Ausdruck "Gangwechsel" der Betätigungsvorgang bezeichnet werden soll, der einer Längsbewegung dieses Schalthebels entspricht, um den gewählten Gang einzulegen. Dieser in Längs richtung vorgenommene Gangwechsel nach vorn oder nach hinten geht in der Regel mit der Betätigung der Synchronriegel einher und erfordert daher einen gewissen Energieaufwand. Bei den Gangwahlbetätigungen fällt ein derartiger Energieaufwand deutlich geringer aus.With the expression "gear selection" the actuation process can be referred to as a lateral Movement of the shift lever on the shift gate corresponds, while with the expression "gear change" the actuation process is to be designated, the corresponds to a longitudinal movement of this shift lever, to engage the selected gear. This in length direction change gear forward or backward usually goes with the actuation of the rear Synchronous bolt and therefore requires one certain energy expenditure. In gear selection operations such an energy expenditure falls significantly less out.
Die elektromechanische Betätigungseinrichtung der in Frage stehenden Art kann als Originalteil in Neu fahrzeugen oder nachträglich in Fahrzeugen eingebaut werden, die bereits mit einer Handschaltbetätigung mit herkömmlichem Schalthebel ausgerüstet sind, ohne daß dazu eine Modifizierung der vorhandenen Betäti gung erforderlich wäre.The electromechanical actuator of the in Question type can be used as an original part in new vehicles or retrofitted in vehicles be already with a manual control are equipped with a conventional gear lever without that a modification of the existing actuators would be required.
Es werden Vorkehrungen dafür getroffen, daß ins besondere das Ende des Gangwechsels automatisch erkannt werden kann, um die Getriebemotor-Antriebs einheit automatisch abzuschalten, wenn das Einlegen des gewünschten Gangs abgeschlossen ist.Provisions are made to ensure that the special the end of gear change automatically can be recognized to drive the geared motor unit to switch off automatically when inserting of the desired gear is complete.
Dazu ist diese Antriebseinheit einerseits mit einem Federspeichersystem zur Speicherung ihrer mecha nischen Energie, wie mit dem verformbaren elastischen Element 13, verbunden, wobei dieses System diese Energie der Antriebseinheit wieder abgeben kann, um wahlweise die automatische Betätigung über ein Schaltgestänge zu bewirken, und andererseits mit einem Endschalter, der das Auftreten eines Signals herbeiführen kann, das je nach Fall für den zusammen gedrückten Zustand (Energiespeicherung) des besagten Federspeichersystems, für den Anschlag der besagten Antriebseinheit und für den Umstand repräsentativ ist, daß die Wahl oder das Einlegen der gewünschten Gangstufe des Schaltgetriebes tatsächlich erfolgt ist.For this purpose, this drive unit is connected on the one hand to a spring storage system for storing its mechanical energy, such as with the deformable elastic element 13 , this system being able to deliver this energy to the drive unit again, in order to optionally effect the automatic actuation via a shift linkage, and on the other hand with a limit switch which can cause the occurrence of a signal which, depending on the case, is representative of the compressed state (energy storage) of said spring-loaded system, of the stop of said drive unit and of the fact that the choice or engagement of the desired gear stage of the Manual transmission is actually done.
Dank des Energiefederspeichersystems können die durch das Einlegen der Gänge bedingten Betätigungen verein heitlicht und beschleunigt werden, wobei keine große Leistung für die Betätigung erforderlich ist. Die Getriebemotor-Antriebseinheit liefert die für die Schaltbetätigungen benötigte Energie mit geringerer Leistung durch die progressive Speicherung der Energie im Federspeichersystem, bevor die schnelle Entspannung erfolgt. Diese Energie wird erst dann freigegeben, wenn die Leistung ausreichend ist, um das direkte Einlegen des gewählten Gangs herbeizu führen, oder nach der Zeit, die die Synchronisier einrichtungen benötigen, um die Synchronisierung der Drehzahlen herbeizuführen, ohne eine kurzzeitige Erhöhung der Leistung der Antriebseinheit zu er fordern und ohne ihre Verlangsamung zu bewirken.Thanks to the energy spring storage system, the through the shifting of gear related operations be lighted and accelerated, not a big one Power is required for actuation. The Gear motor drive unit supplies the for Switch actuations require less energy Performance through the progressive storage of the Energy in the spring storage system before the fast one Relaxation takes place. Only then will this energy released when the performance is sufficient to to engage the selected gear directly lead, or after the time the synchronizer facilities need to synchronize the Achieve speeds without a short-term He increased the power of the drive unit demanding and without slowing them down.
Das Federspeichersystem, dessen Vorspannung und Steifigkeit bekannt sind, ermöglicht daher eine bessere Beherrschung der Gangwahlkräfte sowie der Synchronisierkräfte beim Schalten im Zusammenwirken mit einem Positionsgeber für die Antriebseinheit, etwa mit dem Positionsgeber 15 von Fig. 1, wobei die Getriebemotor-Antriebseinheit nicht nach Kraft, sondern nur nach Position gesteuert werden muß. Das Federspeichersystem vereinheitlicht automatisch die seitens der Antriebseinheit erforderlichen Kräfte. The spring-loaded system, the preload and rigidity of which are known, therefore enables better control of the gear selection forces and the synchronizing forces when shifting in cooperation with a position transmitter for the drive unit, for example with the position transmitter 15 from FIG. 1, the geared motor drive unit not according to force, but only needs to be controlled by position. The spring-loaded system automatically standardizes the forces required by the drive unit.
Die Antriebseinheit braucht sich auch nicht abzu schalten, wenn sie auf den Synchronisierwiderstand stößt, woraus sich eine entsprechende Zeitersparnis ergibt.The drive unit also does not need to be worn switch when on the synchronization resistor comes across, which results in a corresponding time saving results.
Der Endschalter liefert die Information über den Anschlag der Antriebseinheit, wodurch die Schalt kulisse entweder bei der Gangwahl oder beim Gang wechsel in Erfahrung gebracht wird, was die Aus führung dieser Verstellung angibt, das heißt, daß die Gangstufe tatsächlich eingelegt wurde, oder woraus sich die Information ergibt, daß das Federspeicher system Energie gespeichert hat, was bei der Gang vorwahl oder kurz vor dem Gangwechsel erfolgt.The limit switch provides information about the Stop of the drive unit, causing the switching scenery either when choosing a gear or when gear change is found out what the end management of this adjustment indicates that the Gear was actually engaged, or from what there is information that the spring accumulator system energy has saved what is going on pre-selection or shortly before changing gear.
In Verbindung mit dem Positionsgeber für die Antriebseinheit bei einem Gangwechsel liefert, der Endschalter außerdem eine Information über die Synchronisierposition und dementsprechend über den Verschleiß der Synchronriegel.In connection with the position transmitter for the Drive unit in a gear change that delivers Limit switches also provide information about the Synchronization position and accordingly via the Wear of the synchronizer bolts.
Das Problem besteht darin, die Kraft zu beherrschen, um die zulässige Druckschwelle für den auf die Reib werkstoffe ausgeübten Druck nicht zu überschreiten. Andererseits soll aber auch ein möglichst schneller Gangwechsel herbeigeführt werden.The problem is to control the power the permissible pressure threshold for the friction material pressure not to be exceeded. On the other hand, it should also be as fast as possible Gear changes can be brought about.
Zur Beherrschung der Synchronisierkraft es notwendig, die auf die Synchronisiereinrichtung für die Gang stufe, die eingelegt werden soll, auszuübende Kraft entsprechend anzupassen, da die Bedingungen, unter denen der Gangwechsel erfolgt, sehr unterschiedlich ausfallen können und beispielsweise von der Ausgangs übersetzung, von der Endübersetzung sowie von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu Beginn des Gang wechsels abhängig sind.To master the synchronizing force it is necessary on the gear synchronizer level to be applied, force to be applied adjust accordingly because the conditions under who change gears are very different can fail and for example from the output translation, the final translation and the Vehicle speed at the beginning of the gear are dependent on each other.
Im übrigen haben die Getriebesynchronisierein richtungen im allgemeinen paarweise identische Eigen schaften, wobei die Synchronisiereinrichtung für den ersten Gang beispielsweise mit der Synchronisierein richtung für den zweiten Gang identisch ist. Dagegen unterscheiden sich ihre Eigenschaften von einer Gangwahllinie zur anderen, wobei sie beispielsweise vom Werkstoff oder vom mittleren Durchmesser des Reibkegels abhängig sind. Die darauf auszuübende Kraft ist daher von dem jeweils gewünschten Über setzungsverhältnis abhängig.Otherwise, the gearbox has synchronization directions generally identical in pairs shafts, the synchronization device for the First gear, for example, with the synchronization direction for the second gear is identical. On the other hand their properties differ from one Gear selection line to the other, for example of the material or the average diameter of the Friction cone are dependent. The one to be exercised on Force is therefore of the desired over setting relationship dependent.
In der am 30. Juni 1999 unter der Nummer 99 08386 eingereichten französischen Patentanmeldung, die der internationalen PCT-Anmeldung WO O1/02758 entspricht, ist eine Betätigungseinrichtung der vorgenannten Art vorgeschlagen worden, die eine Verschiebung des Stellelements des Nehmers durch die Regelung einer auf dieses Stellelement ausgeübten Kraft ermöglicht, insbesondere wenn dieses Stellelement durch eine je nach den Ausgangsbedingungen der Verschiebung veränderliche Beanspruchung blockiert ist, und zwar ohne Verwendung eines Kraftgebers, dessen Herstellung sich aufwendig gestalten würde.In the on June 30, 1999 under the number 99 08 386 French patent application filed by corresponds to international PCT application WO O1 / 02758, is an actuator of the aforementioned type proposed a postponement of the Control element of the recipient by regulating one force exerted on this control element, especially if this control element by a according to the initial conditions of the shift variable stress is blocked, namely without using a force generator, its manufacture would be complex.
Im Falle eines Kraftfahrzeuggetriebes ermöglicht eine derartige Betätigungseinrichtung die Regelung der Kräfte, die für eine optimale Synchronisierung der Gangstufen bei einem Gangwechsel erforderlich sind. In the case of a motor vehicle transmission, a such actuator the regulation of Forces required for optimal synchronization of the Gear levels are required when changing gear.
Außerdem ist in diesem Fall das verformbare elastische Element, das bei der Synchronisierstufe zusammengedrückt wird, so berechnet, daß seine ge speicherte Energie von mehreren Parametern abhängig ist, beispielsweise von der Position der Synchro nisierkegel im Getriebe, von den Eigenschaften der Synchronisiereinrichtungen und demzufolge von der einzulegenden Gangstufe, von der erforderlichen Energie für die Aufhebung des Drehzahlunterschieds zwischen der Ausgangsübersetzung und der gewünschten Übersetzung, von der Getriebetemperatur und/oder von anderen Parametern.In addition, the deformable in this case elastic element that at the synchronization stage is compressed, calculated so that its ge stored energy depends on several parameters is, for example, from the position of the synchro nisierkegel in the gearbox, from the properties of the Synchronizers and consequently from the gear required, of the required Energy for canceling the speed difference between the original translation and the desired one Gear ratio, gearbox temperature and / or other parameters.
In der vorgenannten Patentanmeldung ist vorgesehen, daß eine elektromechanische Betätigungseinrichtung, umfassend eine Steuer- und Leistungselektronik für die Speisung einer Antriebseinheit, die ein Antriebs mittel und ein Bewegungsumwandlungsmittel umfaßt und die ein Betätigungselement über ein verformbares elastisches Element verschieben kann, wobei das Betätigungselement dazu bestimmt ist, direkt auf ein Verbindungselement einzuwirken, das die Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung und einem Nehmer herstellt, wobei die besagte Betätigungseinrichtung außerdem einen als erster Positionsgeber bezeichneten Positionsgeber umfaßt, der an die Elektronik Informa tionen über die Position der Antriebseinheit liefern kann, ferner einen zweiten Positionsgeber umfaßt, der an die Elektronik Informationen über die Position des verformbaren elastischen Elements liefern kann.The aforementioned patent application provides for that an electromechanical actuator, comprehensive control and power electronics for the supply of a drive unit, which is a drive means and a movement converting means and which an actuator over a deformable can move elastic element, which Actuator is intended to be directly on a Interacting fastener that the connection between the actuator and a slave manufactures, said actuator also referred to as the first position transmitter Includes position sensor that is connected to the electronics Informa deliverations about the position of the drive unit can, further comprises a second position transmitter, the to the electronics information about the position of the deformable elastic element can deliver.
Die Beherrschung der auf das Stellelement des Nehmers ausgeübten Kraft erfolgt somit dadurch, daß die durch die zwei Positionsgeber gelieferten Informationen verglichen werden und daß der Elektronik ein Posi tionssollwert in Abhängigkeit von der vordefinierten Steifigkeit und Vorspannung des verformbaren elas tischen Elements vorgegeben wird.Mastery of the control element of the recipient exerted force is thus due to the fact that by the two position transmitters provided information be compared and that the electronics a Posi tion setpoint depending on the predefined Rigidity and preload of the deformable elas table element is specified.
Im Falle einer Betätigungseinrichtung eines Schalt getriebes, mit der die Ausführung der Gangwechsel vorgenommen werden kann, ermöglicht das verformbare elastische Element zunächst die Ausübung einer nahezu konstanten Kraft durch eine positionsabhängige Regelung, woraufhin der Kraftaufwand an der Synchro nisiereinrichtung durch eine entsprechende Positions änderung der Antriebseinheit verändert werden kann: Die vordefinierte Kraft-Weg-Kennlinie des verform baren elastischen Elements ist nicht gleichförmig, sondern ihre Steigung fällt hier in dem für das form schlüssige Eingreifen zulässigen Bereich stärker aus.In the case of an actuator of a switch gearbox with which the execution of the gear change can be made, the deformable enables elastic element initially practicing an almost constant force through a position dependent Regulation, whereupon the effort on the synchro nisiereinrichtung by a corresponding position change of the drive unit can be changed: The predefined force-displacement characteristic of the deformed elastic element is not uniform, but their slope falls here in that for the form conclusive intervention permissible range stronger.
Wie leicht verständlich sein dürfte, wird dank der Entspannung des verformbaren elastischen Elements nach der herbeigeführten Synchronisierung das form schlüssige Eingreifen schnell ausgeführt. Außerdem wird beim Anschlagen des Stellelements an der Synchronisierstufe das Anstoßen gedämpft.How easy it is to understand is thanks to the Relaxation of the deformable elastic element after the synchronization, the form conclusive intervention carried out quickly. Moreover is when the control element strikes the Synchronization level dampened the initiation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache und preiswert herzustellende Betätigungseinrichtung der voranstehend beschriebenen Art bereitzustellen, die zur Erzielung der gleichen Ergebnisse nur einen einzigen Positionsgeber benötigt. The object of the present invention is a structurally simple and inexpensive to manufacture Actuator described above Provide kind to achieve the same Results only a single position encoder needed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a Actuator according to claim 1 solved.
Dieser einzige Positionsgeber kann entweder der vorgenannte erste Positionsgeber, der an die Elek tronik Informationen über die Position der Antriebs einheit liefern kann, oder der vorgenannte zweite Positionsgeber, der an die Elektronik Informationen über die Position des Betätigungselements liefern kann.This only position encoder can either be the aforementioned first position transmitter, which is to the Elek tronics Information about the position of the drive unit can deliver, or the aforementioned second Position encoder that provides information to the electronics deliver on the position of the actuator can.
Der zweite Positionsgeber kann entweder am Betäti gungselement, am Verbindungselement oder am Stell element angeordnet sein.The second position encoder can either be on the actuator supply element, on the connecting element or on the position element be arranged.
In allen nachfolgenden Darlegungen wird durch den Ausdruck Synchronisierstufe die vom Stellelement erreichte charakteristische Position bezeichnet, in der das elastische Element die maximale Energie gespeichert hat.In all of the following, the Expression of synchronization level from the control element reached characteristic position referred to in the the elastic element the maximum energy saved.
Wenn die Position der Synchronisierstufe bekannt wäre, ließe sich die Kontrolle natürlich problemlos ausführen, da die Eigenschaften des elastischen Elements, das heißt seine Vorspannung und seine Steifigkeit, vollkommen bekannt sind.If the position of the synchronization stage is known control would of course be easy run because of the properties of the elastic Elements, that is, its bias and its Rigidity, are perfectly known.
Die Position der Synchronisierstufe fällt jedoch aufgrund der Alterung der Bestandteile des Getriebes und der Betätigungseinrichtung sowie der Fertigungs toleranzen der besagten Bestandteile nicht konstant aus. Es ist daher erforderlich, die Position der besagten Synchronisierstufe häufig oder nach jeder Benutzung neu aufzufinden. However, the position of the synchronization stage drops due to the aging of the components of the transmission and the actuator and manufacturing tolerances of said components are not constant out. It is therefore necessary to change the position of the said synchronization level frequently or after each Rediscover usage.
Eine eingehendere Beschreibung weiterer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform folgt nun anhand der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Übersichten und Diagrammen. Es zeigen:A more detailed description of further features and advantages of the embodiment according to the invention now follows on the basis of the overviews and diagrams shown in FIGS. 1 to 6. Show it:
Fig. 1 eine schematische Gesamtübersicht zur Darstellung einer Betätigungseinrichtung für die Steuerung eines Nehmers, Fig. 1 is a schematic overall view showing an actuating device for the control of a transferee,
Fig. 2 Diagramm der Stromaufnahme des Antriebs motors in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 2 diagram of the power consumption of the drive motors in function of time,
Fig. 3 Diagramm der Drehzahl der Antriebswelle in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 3 diagram of the rotational speed of the drive shaft as a function of time,
Fig. 4 Diagramm eines Schaltvorgangs in einem Getriebe in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 4 diagram of a shift into a gear as a function of time,
Fig. 5 Diagramm einer Synchronisierung in Abhängigkeit von der Zeit, und Fig. 5 diagram of a synchronization as a function of time, and
Fig. 6 Diagramm zur Veränderung der Beanspruchung bei Synchronringen mit einem Belag aus Kunststoff in Abhängigkeit von der Zeit. Fig. 6 diagram for changing the load on synchronizer rings with a plastic covering as a function of time.
In Fig. 2 ist in Abhängigkeit von der Zeit die Veränderung der Stromaufnahme I eines als Antriebs mittel verwendeten Gleichstrom-Elektromotors darge stellt. Die Verlaufskurve umfaßt insgesamt zwei Teilstücke 21 und 22, und zwar ein Teilstück 21, in dem dieser Strom einen nahezu konstanten Wert 20 aufweist, und ein ansteigendes Teilstück 22, das vom Punkt M aus ansteigt, in dem die Synchronisierstufe erreicht ist. Die Messung des Stroms I ermöglicht daher die Positionierung der Synchronisierstufe durch die Erfassung des Anstiegs der Stromaufnahme des Antriebsmittels. Es empfiehlt sich, diese Messung häufig durchzuführen, da sich die Drehmoment charakteristik eines Elektromotors bekanntlich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert.In Fig. 2, the change in the current consumption I of a direct current electric motor used as a drive medium represents Darge depending on the time. The curve comprises a total of two sections 21 and 22 , namely a section 21 , in which this current has an almost constant value 20, and an increasing section 22 , which rises from point M, in which the synchronization stage is reached. The measurement of the current I therefore enables the synchronization stage to be positioned by detecting the increase in the current consumption of the drive means. It is advisable to carry out this measurement frequently since the torque characteristic of an electric motor changes as a function of temperature.
Dadurch wird auch die unter Beanspruchung erfolgende Verformung des elastischen Elements, wie im übrigen auch die Geschwindigkeit des Vorgangs, beeinflußt: Es ist möglich, in die Berechnung der elastischen Ver bindung im Bereich der Elektronik 11 eine Korrektur in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie vorstehend genannt, einzuführen.As a result, the deformation of the elastic element under stress, as well as the speed of the process, is influenced: It is possible to make a correction in the calculation of the elastic connection in the area of electronics 11 as a function of various factors, as mentioned above to introduce.
So wird dank eines ersten Positionsgebers 15, der Informationen über die Position der Antriebseinheit liefert, und einer Messung der Stromaufnahme des elektrischen Antriebsmittels die auf das Stellelement 19 des Nehmers 18 ausgeübte Beanspruchung beherrscht.Thus, thanks to a first position transmitter 15 , which provides information about the position of the drive unit, and a measurement of the current consumption of the electrical drive means, the stress exerted on the actuating element 19 of the receiver 18 is mastered.
Im Falle eines Getriebes kann dieses mit einem Dreh zahlgeber verbunden sein, der die Drehzahl der zu synchronisierenden Welle mißt. Hier genügt es, den Verlauf dieser Drehzahl zu erfassen, um die Position der Synchronisierstufe in Erfahrung zu bringen. In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Kennlinie dieser Drehzahl V ein Segment 31 mit konstanter Drehzahl um faßt, das sich nach Erreichen der Synchronsierstufe M entlang dem Segment 32 nach unten neigt. In the case of a transmission, this can be connected to a rotary encoder, which measures the speed of the shaft to be synchronized. Here it is sufficient to record the course of this speed in order to find out the position of the synchronization stage. In Fig. 3 it can be seen that the characteristic of this speed V comprises a segment 31 with a constant speed, which tends downward after reaching the synchronization stage M along the segment 32 .
Wenn der einzige Positionsgeber der zweite Positions geber 16 ist, der Informationen über die Position eines der Elemente verformbares elastisches Element 13, Betätigungselement 14, Verbindungselement 17 oder Stellelement 19 liefert, dann läßt sich allein anhand der Veränderung dieser Position das Problem lösen.If the only position transmitter is the second position transmitter 16 , which provides information about the position of one of the elements deformable elastic element 13 , actuating element 14 , connecting element 17 or adjusting element 19 , then the problem can be solved solely by changing this position.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist zu erkennen, daß bei einem Schaltvorgang in einem Getriebe das Teilstück 41, das die Entwicklung der Position des elastischen Elements repräsentiert, der relativ schnellen An näherung des Stellelements bis zum Andrücken A der Synchronisiereinrichtung entspricht. Dieses Andrücken erfolgt mit einer geringeren Geschwindigkeit, die dem Segment 42 bis zur Synchronsierstufe M erfolgt, die während einer Zeit 43 konstant gehalten wird.With reference to Fig. 4 it can be seen that in a shift in a transmission, the portion 41 , which represents the development of the position of the elastic element, corresponds to the relatively fast approach to the actuating element until pressing A of the synchronizer. This pressing takes place at a lower speed, which takes place in the segment 42 up to the synchronization stage M, which is kept constant during a time 43 .
Ab der Synchronisierung bei S entspannt sich das elastische Element schnell entsprechend 44 bis zu E, wo das Einlegen des neuen Gangs stattfindet.From the synchronization with S, this relaxes elastic element quickly corresponding to 44 up to E, where the new gear is inserted.
Dem Absatz 43 entspricht ein nicht überschreitbarer maximaler Kraftwert, der von jedem Gang und von der Antriebsdrehzahl des die Antriebseinheit bildenden Elektromotors abhängig ist.Paragraph 43 corresponds to a maximum force value which cannot be exceeded and which is dependent on each gear and on the drive speed of the electric motor forming the drive unit.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist es not wendig, die Betätigungskraft nach dem Erreichen der Synchronisierstufe zu beherrschen. Wenn sich bei spielsweise im Falle eines Getriebes das Stellelement zu schnell verstellt und das elastische Element zu lang ist, dann bekommt der Endanschlag einen Stoß, der ein Geräusch und/oder einen Verschleiß erzeugt. According to another aspect of the invention, it is necessary maneuverable, the operating force after reaching the Master synchronization level. If at for example, in the case of a transmission, the control element adjusted too quickly and the elastic element too is long, then the end stop gets a push, which produces noise and / or wear.
Wenn sich das Stellelement zu langsam verstellt und das elastische Element zu kurz ist, findet das Ein legen des Gangs nicht korrekt statt.If the control element moves too slowly and the elastic element is too short, finds the one do not place the gear correctly.
Es werden daher Vorkehrungen getroffen, um das Zusam mendrücken des elastischen Elements so zu regeln, daß man die Beanspruchung oder Kraft, wenn sie zu groß ist, unmittelbar vor dem Ende der Synchronisierung absinken läßt, während man sie, wenn sie zu niedrig ausfällt, unmittelbar vor diesem Ende der Synchroni sierung ansteigen läßt.Precautions are therefore taken to ensure that the mend the elastic element to regulate so that you get the strain or force if it's too big is immediately before the end of the synchronization let it drop while if it is too low fails immediately before this end of the sync sation increases.
Das Ende der Synchronisierung kann mit Hilfe des Drehzahlgebers der Antriebswelle oder durch die Informationen des Positionsgebers in der Ausführung als erster Positionsgeber 15 erfaßt werden.The end of the synchronization can be detected with the aid of the speed sensor of the drive shaft or by the information from the position sensor in the embodiment as the first position sensor 15 .
Fig. 5 zeigt, daß ein solcher Positionsgeber zuerst ein Teilstück 51 erfaßt, auf das für einen Positions geber wie den vorgenannten ersten Positionsgeber ein Teilstück 52 bis zum Ende der Synchronisierung zum Zeitpunkt E folgt. Danach erhöht sich die Drehzahl des Elektromotors, und es ist ein Sektor 53 zu beobachten, der in 54 endet. Im Falle eines Positionsgebers in der Ausführung als vorgenannter zweiter Positionsgeber werden die Teilstücke 52 und 53 durch die Teilstücke 62 bzw. 63 ersetzt. Fig. 5 shows that such a position sensor first detects a section 51 , on which for a position encoder such as the aforementioned first position sensor, a section 52 follows until the end of synchronization at time E. Thereafter, the speed of the electric motor increases and a sector 53 can be observed which ends in 54. In the case of a position transmitter in the embodiment as the aforementioned second position transmitter, the sections 52 and 53 are replaced by the sections 62 and 63, respectively.
Insoweit die derzeitigen Synchronisiereinrichtungen keinen hohen Drücken und somit auch keinen Stößen standhalten, kann man parallel dazu, um diese Drücke und Stöße zu absorbieren, die Synchronringe mit einem aus Kunststoff ausgeführten Belag versehen. Die Ver änderung der Beanspruchung während eines durch einen solchen Belag übertragenen Stoßes ist in Fig. 6 dargestellt: Im Anschluß an einen bei F1 darge stellten abrupten Anstieg nimmt die Beanspruchung entsprechend F2 ab.Insofar as the current synchronizing devices do not withstand high pressures and therefore also no shocks, in parallel to absorb these pressures and shocks, the synchronizing rings can be provided with a covering made of plastic. The change in the stress during an impact transmitted by such a covering is shown in FIG. 6: Following an abrupt increase shown at F1, the stress decreases in accordance with F2.
Wie verständlich geworden sein dürfte, ermöglicht es ein einziger Positionsgeber, die Beanspruchungen an den Synchronisiereinrichtungen eines Getriebes zu kontrollieren, insoweit diese Einrichtungen Bean spruchungen nur innerhalb bestimmter Grenzen stand halten können.It makes it possible to understand how it should be understood a single position encoder, the stresses on the synchronizing devices of a transmission control as far as these facilities Bean spells only within certain limits can hold.
Der erste Positionsgeber 15 kann leicht in ein Unter setzungsgetriebe integriert werden. Das verformbare elastische Element 13 kann in das Schaltgetriebe selbst eingebaut werden.The first position encoder 15 can be easily integrated into a reduction gear. The deformable elastic element 13 can be installed in the gearbox itself.
Dank der Erfindung verringert sich die Anzahl der Ge ber, wodurch die Kosten entsprechend gesenkt werden. Es kann jede Art von Antriebseinheit verwendet werden, insbesondere jede Art von Bewegungsüber tragungsmittel, sowie jede Art von Positionsgeber. Entsprechende Beispiele werden in der bereits erwähnten Patentanmeldung 99 08386 bzw. WO 01/02758 beschrieben, auf deren Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird.Thanks to the invention, the number of Ge is reduced through which the costs are reduced accordingly. Any type of drive unit can be used especially any kind of movement means of transport, as well as any kind of position transmitter. Corresponding examples are already in the mentioned patent application 99 08386 or WO 01/02758 described, expressly referring to their content is taken.
Es können insbesondere Positionsgeber in der Aus führung als Absolut- oder Inkrementalgeber verwendet werden. Im Falle des ersten Positionsgebers 15 kann dieser direkt an der Welle des Elektromotors der Antriebseinheit 12 angebracht sein.In particular, position encoders can be used as absolute or incremental encoders. In the case of the first position transmitter 15 , this can be attached directly to the shaft of the electric motor of the drive unit 12 .
Claims (11)
umfassend eine Steuer- und Leistungselektronik (11) für die Speisung einer Antriebseinheit (12), die ein Antriebsmittel und ein Bewegungsumwandlungsmittel umfaßt und die ein Betätigungselement (14) ver schieben und/oder verschwenken kann,
wobei vorzugsweise ein verformbares elastisches Element (13) in einer Zwischenposition zwischen der Antriebseinheit (12) und dem Betätigungselement (14) angebracht ist,
wobei das Betätigungselement (14) dazu bestimmt ist, direkt auf ein Verbindungselement (17) einzuwirken, das die Verbindung zwischen der Betätigungsein richtung (10) und dem Stellelement (19) eines Nehmers (18) herstellt,
wobei durch das Stellelement (19) eine Synchronisier einrichtung zur Synchronisierung der Drehzahl einer Welle des Getriebes betätigbar ist,
wobei die Betätigungseinrichtung (10) außerdem einen als erster Positionsgeber (15) bezeichneten Positions geber, der an die Elektronik (11) Informationen über die Position der Antriebseinheit (12) liefern kann, oder einen als zweiter Positionsgeber (16) bezeich neten Positionsgeber umfaßt, der an die Elektronik (11) Informationen über die Position eines der Elemente Betätigungselement (14), Verbindungselement (17) oder Stellelement (19) liefern kann,
wobei ein Mittel vorgesehen ist, um die Drehzahl der zu synchronisierenden Getriebewelle zu messen, oder ein anderes Mittel vorgesehen ist, um die durch den Motor der Antriebseinheit (12) aufgenommene Strom stärke zu messen, falls dieser ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kontrolle der auf das Stellelement (19) aus geübte Beanspruchung Mittel vorgesehen sind, durch die die Synchronisierstufe, das heißt die durch das Stellelement (19) des Nehmers (18) erreichte Position, bei der die auf das Betätigungselement (14) ausgeübte Kraft maximal ausfällt, bestimmbar sind, wobei diese Mittel zur Bestimmung der Synchronisier stufe entweder aus dem Mittel zur Messung der Strom aufnahme des Antriebsmittels oder aber aus dem Mittel zur Messung der Drehzahl der zu synchronisierenden Getriebewelle bestehen.1. actuating device ( 10 ) for the automatic control of the gear change of a manual transmission, in particular a motor vehicle transmission,
comprising control and power electronics ( 11 ) for feeding a drive unit ( 12 ), which comprises a drive means and a movement conversion means and which can slide and / or pivot an actuating element ( 14 ),
preferably a deformable elastic element ( 13 ) is attached in an intermediate position between the drive unit ( 12 ) and the actuating element ( 14 ),
wherein the actuating element ( 14 ) is intended to act directly on a connecting element ( 17 ) which establishes the connection between the actuating device ( 10 ) and the actuating element ( 19 ) of a slave ( 18 ),
wherein a synchronizing device for synchronizing the speed of a shaft of the transmission can be actuated by the control element ( 19 ),
wherein the actuating device ( 10 ) also comprises a position transmitter, referred to as the first position transmitter ( 15 ), which can supply the electronics ( 11 ) with information about the position of the drive unit ( 12 ), or a position transmitter, referred to as the second position transmitter ( 16 ), which can supply the electronics ( 11 ) with information about the position of one of the elements actuating element ( 14 ), connecting element ( 17 ) or adjusting element ( 19 ),
a means is provided to measure the speed of the transmission shaft to be synchronized, or another means is provided to measure the current absorbed by the motor of the drive unit ( 12 ), if this is an electric motor, characterized in that
that are provided on the adjusting element (19) from experienced stress means to control, through which the synchronizing stage, that is the position reached by the actuator (19) on the slave (18), in which the force exerted on the actuating element (14) force maximum fails, can be determined, these means for determining the synchronizing stage either consisting of the means for measuring the current consumption of the drive means or of the means for measuring the speed of the gear shaft to be synchronized.
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