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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Schaltmittels nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betätigen eines
Schaltmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mittels derer mit geringem konstruktivem Aufwand eine Überprüfung einer
Funktion eines Schaltmittels ermöglicht
werden kann.
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Es
ist allgemein üblich,
in automatisierten Kraftfahrzeuggetrieben bzw. in Automatisierungseinheiten
für Kraftfahrzeuggetriebe
eine Vorrichtung zum Betätigen
eines Schaltmittels mittels eines Steuerdrucks zu verwenden. Das
Schaltmittel ist üblicherweise
mit einem in einem Geberzylinder beweglichen Kolben verbunden und
kann zum Wählen
einer Gasse eines schaltbaren Getriebes oder zum Schalten eines
Gangs vorgesehen sein. Der Geberzylinder wird mit einem hydraulischen
oder pneumatischen Druck beaufschlagt. Ferner ist bekannt, gattungsgemäße Vorrichtungen
mit einem Drucksensor auszustatten, der dazu vorgesehen ist, eine
fehlerfreie Funktion des Schaltmittels zu überprüfen. Ein beispielsweise durch
einen Ausfall einer den Druck erzeugenden Pumpe bedingter Druckabfall
kann dann sensiert werden und entsprechende Notmaßnahmen können getroffen
werden, ohne dass es zu einer Beschädigung des Kraftfahrzeuggetriebes
und/oder der Vorrichtung kommen kann.
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schaltmittels eines
Kraftfahrzeugs mittels eines Steuerdrucks, der dazu vorgesehen ist,
das Schaltmittel aus einer Ruhelage auszulenken.
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Es
wird vorgeschlagen, dass eine Kontrolleinheit dazu vorgesehen ist,
zumindest in einem Betriebszustand eine Kenngröße für eine Reaktion des Schaltmittels
auf eine Änderung
des Steuerdrucks zu erfassen. Dadurch kann erreicht werden, dass
eine Fehlfunktion der Vorrichtung durch die Kenngröße offenbar
wird. Die Kenngröße kann
durch ein Signal vorhandener Sensoren gegeben sein. Dadurch kann auf
separate Sensoren zur Detektion einer Fehlfunktion der Vorrichtung
vorteilhaft verzichtet werden.
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Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang
auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden.
Die Kenngröße kann
von einer in die Kontrolleinheit integrierten oder von einer von
der Kontrolleinheit unabhängigen
Sensoreinheit erfasst werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Kontrolleinheit dazu vorgesehen ist, zumindest in einem Betriebszustand
eine Kenngröße für eine Verstellgeschwindigkeit
des Schaltmittels zu erfassen. Dadurch können aus der Kenngröße vorteilhaft
Rückschlüsse auf
die Verstellgeschwindigkeit gezogen werden, an der eine Fehlfunktion
der Vorrichtung besonders unmittelbar ablesbar ist.
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Zudem
wird vorgeschlagen, dass die Kontrolleinheit dazu vorgesehen ist,
zumindest eine Kenngröße für eine Rückstellge schwindigkeit
des Schaltmittels zu erfassen. Dadurch können besonders zuverlässige Informationen über ein
reibungsloses Funktionieren der Vorrichtung, insbesondere von Druckerzeugungsaggregaten
und Druckventilen der Vorrichtung, erreicht werden.
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Eine
mit besonders geringem konstruktivem Aufwand erfassbare Kenngröße ist eine
Rückstellzeit.
Prinzipiell sind jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende
Kenngrößen für die Reaktion
des Schaltmittels auf die Änderung
des Steuerdrucks und insbesondere für einen zeitlichen Verlauf
der Auslenkung im Anschluss an die Änderung denkbar.
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Ist
die Kontrolleinheit dazu vorgesehen, aus der erfassten Kenngröße den Steuerdruck
zu bestimmen, kann erreicht werden, dass ein fehlerhafter Steuerdruck,
der beispielsweise durch eine Fehlfunktion eines Druckerzeugungsaggregats
und/oder eines Ventils verursacht sein kann, unmittelbar erkannt werden
kann. Insbesondere dann, wenn der Steuerdruck von einem Druckreservoir
abgeleitet ist, von dem auch weitere Steuerdrücke zum Betätigen weiterer Einheiten ableitbar
sind, kann beispielsweise ein Druckabfall des Steuerdrucks vorteilhaft
auf eine mögliche
Fehlfunktion der weiteren Einheiten hindeuten und entsprechende
Gegenmaßnahmen
können getroffen
werden.
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Dabei
kann ein besonders flexibler Einsatz der Kontrolleinheit in Verbindung
mit verschiedenartigen Schalteinheiten und/oder Kenngrößen erreichbar
sein, wenn die Vorrichtung eine Speichereinheit zum Speichern einer
Zuordnungstabelle zur Zuordnung der Kenngröße zum Steuerdruck umfasst.
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Ist
die Kontrolleinheit dazu vorgesehen, den aus der Kenngröße bestimmten
Steuerdruck mit einem Extremalsteuerdruck zu vergleichen, kann ein Unterschreiten
eines Minimaldrucks bzw. ein Überschreiten
eines Maximaldrucks vorteilhaft erkennbar sein.
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Ist
das Schaltmittel zum Schalten eines automatisierten Kraftfahrzeuggetriebes
vorgesehen, kann eine erhöhte
Betriebssicherheit erreicht werden und eine Beschädigung des
Kraftfahrzeuggetriebes durch eine Fehlfunktion kann vermieden werden.
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Dabei
kann das Einstellen einer fehlerhaften Gassenposition vermieden
werden, wenn das Schaltmittel zum Schalten einer Gassenposition
des automatisierten Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen ist. Prinzipiell
ist jedoch der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung
mit jedem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Schaltmittel denkbar.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Figurenbeschreibung. Die Zeichnung
stellt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. Die Ansprüche,
die Figuren und die Beschreibung enthalten mehrere Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird diese auch einzeln betrachten und zu zweckmäßigen weiteren
Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Automatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes in einer
schematischen Darstellung und
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2 einen
zeitlichen Verlauf eines Steuerdrucks und einer axialen Auslenkung
einer Schaltwelle aus einer Ruhelage während eines Testvorgangs.
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1 zeigt
eine Automatisierungsvorrichtung zum automatisierten Betätigen eines
als Schaltwelle ausgebildeten Schaltmittels 10 eines Kraftfahrzeuggetriebes 13.
Das schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe 13 kann in bekannter
Weise durch ein Verschieben jeweils einer von drei Schaltschienen 15 – 17 betätigt werden.
Dazu weist das Schaltmittel 10 einen Schaltfinger 18 auf,
der durch axiales Verschieben des Schaltmittels 10 mit
einer Ausnehmung in einer der drei Schaltschienen 15 – 17 in
Eingriff gebracht werden kann. Eine Rotation des Schaltmittels 10 überträgt sich
durch den Schaltfinger 18 in eine Verschiebung der Schaltschiene 15 – 17,
mit der der Schaltfinger 18 im Eingriff ist. Die entsprechende Schaltscheine 15 – 17 verschiebt
im Kraftfahrzeuggetriebe 13 eine Verzahnung und stellt
dadurch eine von der Wahl der Schaltschiene 15 – 17 und
einer Richtung der Rotation abhängige Übersetzung
am Kraftfahrzeuggetriebe 13 ein.
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Ein
Gassenzylinder 19 umfasst einen Kolben 20, der
mit dem Schaltmittel 10 verbunden ist, und zwar so, dass
das als Schaltwelle ausgebildete Schaltmittel 10 drehbar
aber axial fest an einem mit dem Kolben 20 verbundenen
Verbindungsstück 21 gelagert
ist und dass eine axiale Verschiebung des Kolbens 20 im
Gassenzylinder 19 zu einer betragsgleichen axialen Verschiebung
einer Gassenposition s des Schaltmittels 10 führt. Der
Gassenzylinder 19 weist Anschlussstellen für zwei Druckleitungen 31, 32 auf, über die
ein Volumen V1 bzw. ein Volumen V2 oberhalb bzw. unterhalb des Kolbens 20 des
Gassenzylinders 19 mit einem hydraulischen Steuerdruck
p beaufschlagt werden kann. Eine Kontrolleinheit 11 betätigt Ventile,
durch welche die Volumina V1, V2 mit dem
Steuerdruck p beaufschlagbar sind. Der Kolben 20 des Gassenzylinders 19 steht
zudem in Wechselwirkung mit einer Gassenfeder 22, die als
Druckfeder ausgebildet ist. Die Gassenfeder 22 stabilisiert
eine Ruhelage des Schaltmittels 10, in der der Schaltfinger 18 im
Eingriff mit der zweiten Schaltschiene 16 steht, durch
die durch ein Drehen des Schaltmittels 10 ein erster bzw.
ein zweiter Gang des Kraftfahrzeuggetriebes 13 einschaltbar
ist.
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Veranlasst
die Kontrolleinheit 11, dass durch ein Öffnen eines ersten Ventils
das Volumen V1 mit dem Steuerdruck p beaufschlagt
wird, während
das Volumen V2 belüftet ist, verschiebt sich der
Kolben 20 in einer ersten Richtung bis zu einem Anschlag
an einer Stirnseite des Gassenzylinders 19. Das mit dem Kolben 20 verbundene
Schaltmittel 10 verschiebt sich gleichfalls axial, und
zwar so weit, dass der Schaltfinger 18 mit einer ersten
Schaltschiene 15 in Eingriff kommt, die einem dritten und
einem vierten Gang des Kraftfahrzeuggetriebes 13 zugeordnet
ist. Dabei wirkt die vom Steuerdruck p auf den Kolben 20 ausgeübte Kraft
gegen eine Rückstellkraft
der Gassenfeder 22. Die Gassenfeder 22 wird durch
ein erstes, mit dem Kolben 20 verbundenes Mitnahmeelement 23 und
durch ein zweites, mit einem Gehäuse des
Kraftfahrzeuggetriebes 13 verbundenes Mitnahmeelement 24 komprimiert.
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Veranlasst
die Kontrolleinheit 11, dass durch ein Öffnen eines zweiten Ventils
das Volumen V2 mit dem Steuerdruck p beaufschlagt
wird, während
das Volumen V1 belüftet ist, verschiebt sich der
Kolben 20 analog in einer zweiten axialen Richtung bis
zu einem Anschlag an einer zweiten Stirnseite des Gassenzylinders 19.
Das mit dem Kolben 20 verbundene Schaltmittel 10 verschiebt
sich gleichfalls axial, und zwar so weit, dass der Schaltfinger 18 mit
einer dritten Schaltschiene 17 in Eingriff kommt, die einem Rückwärtsgang
des Kraftfahrzeuggetriebes 13 zugeordnet ist. Dabei wirkt
die vom Steuerdruck p auf den Kolben 20 ausgeübte Kraft
gegen eine Rückstellkraft der
Gassenfeder 22. Die Gassenfeder 22 wird durch ein
drittes, mit dem Kolben 20 verbundenes Mitnahmeelement 25 und
durch ein viertes mit einem Gehäuse
des Kraftfahrzeuggetriebes 13 verbundenes Mitnahmeelement 26 komprimiert,
wobei sich das erste Mitnahmeelement 23 und das zweite
Mitnahmeelement 24 von der Gassenfeder 22 lösen.
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Analog
dazu ist die Kontrolleinheit 11 dazu vorgesehen, einen
Gangzylinder 27 zu betätigen,
der einen mit dem Schaltmittel 10 drehfest verbundenen Kolben
umfasst. Durch ein Öffnen
und/oder Schließen
weiterer Ventile veranlasst die Kontrolleinheit 11 eine
Verschiebung des Kolbens im Gangzylinder 27, die in eine
Rotation des Schaltmittels 10 übersetzt wird. Die Rotation
des Schaltmittels 10 wird wie oben beschrieben durch den
Schaltfinger 18 in eine Verschiebung derjenigen Schaltscheine 15 – 17 übersetzt,
mit der der Schaltfinger 18 im Eingriff ist.
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Die
Kontrolleinheit 11 ist zudem über eine Sensorleitung 28 mit
einem Gassensensor 29 verbunden, der eine axiale Gassenposition
s des Kolbens 20 bzw. des Schaltmittels 10 erfasst
und an die Kontrolleinheit 11 weitergibt. Ferner weist
die Kontrolleinheit 11 eine Schnittstelle 30 auf,
mittels derer sie mit anderen Einheiten des die Automatisierungsvorrichtung
umfassenden Kraftfahrzeugs kommuniziert und über welche sie Steuersignale
empfangen kann.
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Empfängt die
Kontrolleinheit 11 über
die Schnittstelle 30 ein Steuersignal, das dazu vorgesehen
ist, ein Druckmessprogramm zu starten, startet eine programmierbare
Recheneinheit der Kontrolleinheit 11 ein in die Recheneinheit
implementiertes Druckmessprogramm.
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Der
Ablauf des Druckmessprogramms ist unterschiedlich, je nachdem, ob
ein Gang des Kraftfahrzeuggetriebes 13 eingelegt ist oder
nicht.
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Ist
kein Gang des Kraftfahrzeuggetriebes 13 eingelegt, öffnet die
Kontrolleinheit 11 in einem ersten Zeitpunkt t1 (2)
das erste Ventil und belüftet das
erste Volumen V1 mit dem Steuerdruck p.
Dabei steigt der Steuerdruck p durch den endlichen Durchflussquerschnitt
des Ventils innerhalb einer Füllzeit von
etwa 300 ms auf seinen Sättigungswert
an. In einem zweiten Zeitpunkt t2 überschreitet
die vom Steuerdruck p auf den Kolben 20 ausgeübte Kraft
eine Vorspannkraft der Gassenfeder 22, woraufhin das Schaltmittel 10 aus
seiner Ruhelage ausgelenkt wird. Der Kolben 20 und das
Schaltmittel 10 verschieben sich in der ersten axialen
Richtung, bis der Kolben 20 in einem Zeitpunkt t3 an der Stirnseite des Gassenzylinders 19 zum
Anschlag kommt. Die Kontrolleinheit 11 hat dann das Schaltmittel 10 zu
Testzwecken ausgelenkt. Ist die Füllzeit verstrichen, öffnet die
Kontrolleinheit 11 in einem Zeitpunkt t4 ein
Auslassventil und entlüftet
das Volumen V1. Eine Zeitmesseinheit 14 der
Kontrolleinheit 11 beginnt eine vom Zeitpunkt t4 an laufende Zeit zu messen. Dabei ist bis
zu einem Zeitpunkt t5 der Steuerdruck p
größer als
die von der Gassenfeder 22 in der Anschlagkonfiguration
erzeugte Federkraft, die im auf den Zeitpunkt t5 folgenden
Zeitintervall den Kolben 20 und das Schaltmittel 10 in
seine Ruhelage zurückstellt.
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In
einem Zeitpunkt t6 unterschreitet die vom Gassensensor 29 sensierte
Gassenposition s einen in einer Speichereinheit 12 der
Kontrolleinheit 11 gespeicherten Schwellenwert so und die
Zeitmesseinheit 14 stoppt die Zeitmessung. Die Kontrolleinheit 11 speichert
den von der Zeitmesseinheit 14 gemessenen Wert als Kenngröße T in
der Speichereinheit 12.
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Ist
kein Gang des Kraftfahrzeuggetriebes 13 eingelegt, startet
die Kontrolleinheit 11 ein analoges Druckmessprogramm,
bei dem im Unterschied zum oben beschriebenen Verfahren nicht der
Kolben 20 zum Anschlag an die Stirnseite des Gassenzylinders 19 kommt,
sondern der Schaltfinger 18 sich innerhalb eines Spiels
der Ausnehmung in derjenigen Schaltschiene 15 – 17 bewegt,
mit der der Schaltfinger 18 gerade im Eingriff ist. Dabei ändert sich
dementsprechend die Gassenposition s nur um wenige Millimeter. Abhängig vom
eingelegten Gang des Kraftfahrzeuggetriebes 13 appliziert
die Kontrolleinheit 11 einen an den Gang angepassten Schwellenwert
so. Der von der Zeitmesseinheit 14 ermittelte Wert wird von
der Kontrolleinheit 11 mit einem Korrekturfaktor multipliziert,
der den unterschiedlichen Füllvolumina der
einzelnen Gänge
Rechnung trägt.
Die Kontrolleinheit 11 nutzt den korrigierten Wert als
Kenngröße T.
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Die
Kenngröße T charakterisiert
die Reaktion des Schaltmittels 10 auf die Änderung
des Steuerdrucks p im Volumen V1 und im
Zeitpunkt t4. Da die Zeit, die das Schaltmittel 10 benötigt, um
den Schwellenwert so zu erreichen, von einer Verstellgeschwindigkeit
des Schaltmittels 10 bestimmt ist, ist der von der Zeitmesseinheit 14 ermittelte
Wert gleichzeitig eine Kenngröße T für die Verstellgeschwindigkeit
bzw. für
eine Rückstellgeschwindigkeit
des Schaltmittels 10. Die Kenngröße T bezeichnet genauer eine
Rückstellzeit.
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In
der Speichereinheit 12 der Kontrolleinheit 11 ist
eine Zuordnungstabelle gespeichert, aus der die Recheneinheit der
Kontrolleinheit 11 abhängig von
der erfassten Kenngröße T einen
gespeicherten Wert auslesen kann, der den Steuerdruck p darstellt, der üblicherweise
zur Messung der erfassten Kenngröße T führt. Dadurch
ordnet die Kontrolleinheit 11 die erfasste Kenngröße T dem
Steuerdruck p zu. Den ermittelten Steuerdruck p macht die Kontrolleinheit 11 über die
Schnittstelle 30 für
den CAN-Bus des Kraftfahrzeugs verfügbar.
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Nach
dem Ermitteln des Steuerdrucks p vergleicht die Kontrolleinheit 11 den
Steuerdruck p mit einem in der Speichereinheit 12 gespeicherten
Extremalsteuerdruck pmin, der einen Minimalwert
darstellt. Ist der ermittelte Steuerdruck p kleiner als der Extremalsteuerdruck
pmin, macht die Kontrolleinheit 11 eine entsprechende
Fehlerinformation über
den CAN-Bus verfügbar, die
zum Einschalten eines Notmodus des Kraftfahrzeugs führt.
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Es
sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die
Zeitmesseinheit 14 anstelle des Zeitintervalls zwischen
den Zeitpunkten t4 und t6 ein
anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Zeitintervall bestimmt.
Ferner ist es denkbar, dass die Kontrolleinheit 11 dazu
vorgesehen ist, das Schaltmittel 10 durch eine kleine Druckänderung
in einem der Volumina V1, V2 um
ein weniges auszulenken, und zwar ohne dass der Kolben 20 oder
der Schaltfinger 18 zum Anschlag kommt. Aus der über den
Gassensensor 29 ermittelten Reaktion der Gasse kann die
Kontrolleinheit 11 mittels einer in der Speichereinheit 12 gespeicherten Zuordnungstabelle
Rückschlüsse auf
die Steifigkeit des Systems und damit auf den Steuerdruck p ziehen.
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- 10
- Schaltmittel
- 11
- Kontrolleinheit
- 12
- Speichereinheit
- 13
- Kraftfahrzeuggetriebe
- 14
- Zeitmesseinheit
- 15
- Schaltschiene
- 16
- Schaltschiene
- 17
- Schaltschiene
- 18
- Schaltfinger
- 19
- Gassenzylinder
- 20
- Kolben
- 21
- Verbindungsstück
- 22
- Gassenfeder
- 23
- Mitnahmeelement
- 24
- Mitnahmeelement
- 25
- Mitnahmeelement
- 26
- Mitnahmeelement
- 27
- Gangzylinder
- 28
- Sensorleitung
- 29
- Gassensensor
- 30
- Schnittstelle
- 31
- Druckleitung
- 32
- Druckleitung
- p
- Steuerdruck
- T
- Kenngröße
- pmin
- Extremalsteuerdruck
- s0
- Schwellenwert
- s
- Gassenposition
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- t3
- Zeitpunkt
- t4
- Zeitpunkt
- t5
- Zeitpunkt
- t6
- Zeitpunkt
- V1
- Volumen
- V2
- Volumen