DE102005008383A1

DE102005008383A1 - Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes Getriebe

Info

Publication number: DE102005008383A1
Application number: DE200510008383
Authority: DE
Inventors: Aristides Goncalves Almeida
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: DE102005008383B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung mit einem Wählhebel, einem Steuergerät und Leitungen zwischen diesen für ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Getriebe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes Getriebe in einem Kraftfahrzeug, mit der Betriebsarten des automatisierten Getriebes sowie die Übersetzungsstufen des Getriebes auswählbar sind.
Bereits bekannt sind Betätigungseinrichtungen für automatisierte Getriebe, bei denen eine Betriebesart wie beispielsweise eine automatische Fahrstufe ausgewählt wird und danach von einem Steuergerät die entsprechenden Übersetzungsstufen automatisch gesteuert werden. Hierzu zählen beispielsweise Schaltstufenautomaten und automatisierte Schaftgetriebe. Eine derartige manuelle Anwahl von Übersetzungsstufen ist auch bei so genannten stufenlos verstellbaren Getrieben (CVT) wie beispielsweise Umschlingungsmittelgetrieben und Toroidgetrieben möglich, wenn entsprechende feste Übersetzungen simuliert werden.

Weiterhin ist bekannt, dem Fahrer für diese automatischen Getriebe eine Betätigungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der er diese Übersetzungsstufen auch manuell anwählen kann, beispielsweise über den Wählhebel und/oder über in der Nähe des Lenkrads angeordnete Schalter, Hebel oder Taster. Zur Kombination einer manuellen Auswahl von Übersetzungsstufen und Anwahl automatischer Betriebsarten wurden bereits Betätigungseinrichtungen vorgeschlagen, die zwei so genannte Wählgassen aufweisen, wobei eine erste Wählgasse für den reinen Automatikbetrieb und eine zweite Wählgase für die manuelle Bedienung des automatischen Getriebes vorgesehen ist. Von einer in die andere Wählgasse wird hierbei mittels einer Verbindungsgasse gewechselt, die zwischen dem Fahrbetrieb im automatischen Betrieb und einer Ausgangstellung des manuellen Betriebs angeordnet ist, wobei im manuellen Betrieb durch Richtungsänderungen nach vorne und hinten bezogen auf die Längsachse des Fahrzeugs vom ausgehenden Gang eine größere bzw. kleinere Übersetzungsstufe durch Antippen des Wählhebels in die entsprechende Richtung gewechselt werden kann. Ein Beispiel für eine Betätigungseinrichtung dieser Gattung zeigt die DE 195 47 750 A1 . Hier wird ausgehend von der normalen automatischen Fahrstufe des automatischen Getriebes der Wählhebel nach links in die manuelle Gasse verschoben und verbleibt dort. Gleichzeitig wird in dieser Stellung ein so genannter Sport-Modus als automatische Betriebsart ausgewählt, bei dem das automatische Getriebe insgesamt sportlicher schaltet, beispielsweise indem die Schaltpunkte von einer Übersetzungsstufe in die andere bei höheren Motordrehzahlen erfolgen. Von diesem Sport- Modus aus wird durch Antippen des Wählhebels nach vorne oder hinten manuell in eine entsprechende Übersetzungsstufe gewechselt.

Aufgabe der Erfindung ist die Vereinfachung einer Betätigungseinrichtung für automatisierte Getriebe mit den beschriebenen Funktionen.

Die Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine wie Brennkraftmaschine, Elektromaschine oder Hybridantrieb und einem automatisierten Getriebe wie einem Automatisierten Schaltgetriebe, Schaltstufenautomat oder CVT mit mehreren diskret einstellbaren – im Falle eines CVT simulierten – Übersetzungsstufen umfassend einen mit einem Steuergerät zur Steuerung des Getriebes in Verbindung stehenden Wählhebel mit mehreren aus einer energetisch stabilisierten Nulllage anwählbaren Positionen gelöst, wobei die Anwahl der Positionen jeweils mittels zumindest eines Sensors detektiert wird, die von dem zumindest einen Sensor ermittelten Werte zum Steuergerät übertragen und dort verarbeitet werden, und durch die Anwahl einer aus den Positionen ausgewählten Umschaltposition unterschiedliche Betriebsarten des Getriebes untereinander jeweils durch ein einmaliges Anwählen dieser Position umschaltbar sind.

Dabei können zumindest zwei unterschiedliche automatische Betriebsarten, in denen die Schaltvorgänge ohne Betätigung des Wählhebels durch eine Steuerung mittels des Steuergeräts eingelegt werden und der Wechsel von einer Übersetzungsstufe in eine andere bei unterschiedlichen, den unterschiedlichen automatischen Betriebsarten zugeordneten Bedingungen erfolgt, und zumindest eine halbautomatische Betriebsart, bei der der Fahrer einzelne Übersetzungsstufen des Getriebes durch Betätigen des Wählhebels in die entsprechenden zwei weiteren Positionen selbst wählt, vorgesehen sein. Die unterschiedlichen automatischen Betriebsarten können beispielsweise ein Economy-Modus, ein Sport-Modus und/oder ein Winter-Modus sein. Die Bedingungen für den Wechsel von Übersetzungsstufen – entweder als einfachem Sprung in die nächst höhere oder nächst niedrigere Übersetzungsstufe oder als Doppel- oder Dreifachschaltung – werden vom Steuergerät in Abhängigkeit von einer oder mehreren Kenngrößen festgelegt, indem eine Auswahl der im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Betriebsgrößen wie beispielsweise die Motordrehzahl, die Gaspedalstellung, die Gaspedalbeschleunigung, die eingelegte Übersetzungsstufe, die Getriebe- und Raddrehzahlen sowie die vom Fahrer mittels des Wählhebels gewünschte Beeinflussung des Getriebes ausgewertet werden. Beispielsweise kann eine Bedingung für den Wechsel einer Übersetzungsstufe ein Schwellwert einer Kenngröße der Antriebsmaschine, beispielsweise die Motordrehzahl sein. Eine Kenngröße für das Getriebe kann die Schaltzeit für einen Wechsel von einer Übersetzungsstufe in die andere sein.

Dabei können Umschaltvorgänge in den verschiedenen automatischen Betriebsarten wie im Economy-Modus auf eine gewünschte Fahrweise abgestimmt sein, bei der möglichst wenig Energie wie Kraftstoff oder elektrische Energie verbraucht wird, indem beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine Schaltungen bei relativ niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eingeleitet werden. Gleichzeitig kann dieser oder ein separater Komfort-Modus beispielsweise bei automatisierten Schaltgetrieben eine im Gegensatz zum Sport-Modus komfortablere Schaltung mit entsprechend weicher und zeitaufwändiger Betätigung der Kupplung und der Schaltglieder und/oder eine erhöhte Anzahl von Doppelschaltungen in die übernächste Übersetzungsstufe vorsehen. Im Sport-Modus können die Schaltpunkte entsprechend bei höheren Drehzahlen und/oder „härtere" Schaltungen mit schnelleren Schal und Kupplungsvorgängen vorgegeben sein. Im Wintermodus können Anfahrvorgänge besonders sanft erfolgen und/oder bereits in einer höheren Übersetzungsstufe angefahren werden und Auskuppelvorgängen beim Blockieren der Räder sowie weitere der Fahrsicherheit unter diesen Bedingungen dienende Maßnahmen vorgegeben sein.

Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung sieht lediglich eine elektrische Verbindung zu dem Steuergerät vor, so dass auf hydraulische Steuerelemente im Wählhebel verzichtet werden kann. Durch die Sensorsignale im Wählhebel wird festgestellt, an welcher Position sich der Wählhebel befindet, daraus kann das Steuergerät die entsprechenden Aktionen für das Getriebe bestimmen, so dass keine direkte mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen Wählhebel und Getriebe bestehen muss (Shift by-wire). Vorteilhafterweise kann aus Sicherheitsgründen vorgesehen sein, dass jede Position mehrfach, beispielsweise mittels zweier Sensoren überwacht wird, wobei zwei gleiche oder dem Messprinzip nach unterschiedliche Sensoren verwendet werden können. Als Sensoren zur Sensierung der Bewegung des Wählhebels können an den Endpositionen bzw. entlang der Bewegungsstrecke des Wählhebels berührungslose Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren, optische Sensoren oder dergleichen oder berührende Sensoren wie Endkontaktschalter, potentiometrischen Schleifkontakte, Dehnmessstreifen, Piezzo-Elemente oder dergleichen angebracht sein. Der Ort der Sensierung kann bei einer Lagerung des Wählhebels mit einer Beweglichkeit in die vorgesehenen Positionen sowohl zwischen Lagerung und dem vom Fahrer bedienten Wählschaft als auch an einem dem Wählschaft gegenüber liegenden, an der Lagerung entspringenden Fortsatz vorgesehen sein, wobei die entsprechende Richtungsumkehr der Sensorsignale zu berücksichtigen ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Bewegung des Wählhebels entlang der genannten Positionen auf einer der beiden Seiten oder aus Sicherheitsgründen auf beiden Seiten der Lagerung zu sensieren.

Die Lagerung des Wählhebels gegen ein feststehendes Teil des Kraftfahrzeugs erfolgt in der Weise, dass der Wählhebel nach einer Auslenkung durch den Fahrer stets in eine energetisch stabilisierte Nulllage zurückkehrt. Diese Nulllage kann durch entsprechende elastische Elemente, wie beispielsweise Schrauben-, Blatt-, Teller-, Membranfedern und/oder Gummielemente, die entsprechend mit dem feststehenden Fahrzeugteil und dem Wählhebel wirkverbunden sind, stabilisiert sein. Entsprechende Rastierungen bzw. Mittel zur Sicherungen von Druckpunkten, damit der Fahrer ein eindeutiges Gefühl hat, seinen Wählwillen ausgedrückt zu haben, können vorgesehen sein.

Der vorgeschlagene Wählhebel weist durch die energetische Stabilisierung nur eine einzige Nulllage auf, von der aus verschiedene Funktionen des Getriebes durch Bewegung dieses Wählhebels aus seiner Nulllage aufgerufen werden können. Zur Verdeutlichung, in welcher Betriebsart sich der Fahrer befindet, erhält der Fahrer vorzugsweise in einer Anzeige die Information in welcher Betriebsart sich das Fahrzeug befindet und welche Getriebeübersetzung eingelegt ist. Diese Anzeige kann in vorteilhafter Weise im unmittelbaren Gesichtsfeld des Fahrers, beispielsweise am Armaturenbrett, und/oder im Bereich des Wählhebels, beispielsweise auf dem Wählhebel selbst, vorgesehen sein. Als Option können zu den Positionen, mit denen der Fahrer in der entsprechenden Betriebsart die Gänge manuell wählt, am oder vom Lenkrad aus direkt vom Fahrer erreichbar entsprechende Schalter, Hebel oder Taster vorgesehen sein, die die Funktion der manuellen Schaltung parallel zum Wählhebel übernehmen können.

Der Wechsel der Betriebsarten in der Umschaltposition kann in der Weise erfolgen, dass bei einem einmaligen Anwählen der Umschaltposition die Betriebsart jeweils weitergeschaltet wird. Ist beispielsweise die Betriebsart Economy-Modus ausgewählt, kann durch Anwählen der Umschaltposition, beispielsweise durch Antippen des Wählhebels nach links, in den Sport-Modus, bei einem weiterem Antippen des Wählhebels nach links der manuelle Modus eingestellt werden. Besonders vorteilhaft kann die zyklische Abfolge der Auswahl der Betriebsarten sein, indem im vorgenannten Beispiel durch ein weiteres Antippen des Wählhebels nach links wieder in den Economy-Modus geschaltet wird. Es versteht sich, dass eine derartige zyklische Schleife noch um weitere Betriebsarten erweitert werden kann.

Alternativ oder zusätzlich zur Anwahl von Betriebsarten durch kurzes Antippen des Wählhebels in die Umschaltposition kann es vorteilhaft sein, die Dauer eines Anwählvorgangs auszuwerten und davon eine weitere Auswahl von Betriebsarten abhängig zu machen. So kann beispielsweise eine Betriebsart, die relativ selten erforderlich ist, wie beispielsweise der Winter-Modus, ausgewählt werden, indem der Wählhebel vergleichsweise lange, beispielsweise mehrere Sekunden, in der Wählstellung der Umschaltposition verbleibt Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Schalter zur Aktivierung einer derartigen Betriebsart vermieden werden. Es versteht sich, dass verschiedene Betriebsarten durch unterschiedliche Anwahlzeiten der Umschaltposition unterschieden werden können.

Die von den Sensoren des Wählhebels an das Steuergerät gelieferten Signale werden von diesem auf Plausibilität überprüft, bevor eine neue Übersetzungsstufe- beispielsweise im manuellen Modus – im Getriebe eingelegt wird, so dass sicherheitskritische oder für das Fahrzeug schädliche oder für den Fahrer entsprechend den gewünschten Vorgaben unkomfortable Schaltungen vermieden werden. Damit kann weitestgehend auf eine kulissenartige Ausgestaltung des Wählhebels verzichtet werden, so dass dieser entsprechend einfach zu fertigen ist. Um Gewohnheiten des Fahrers entgegen zu kommen, können jedoch Führungen vorgesehen sein, die der Fahrer aus Gewohnheit erwartet, beispielsweise dass der Rückwärtsgang nicht durch Antippen des Wählhebels eingelegt werden kann, obwohl ihm die Beurteilung, ob ein schädigendes Einlegen des Rückwärtsgangs vorliegt, von der Steuereinheit abgenommen wird.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs unter der Verwendung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Die Erfindung wird anhand der 1 bis 2 näher erläutert. Dabei zeigen die

1 eine skizzierte Ausführung einer Betätigungseinrichtung,

2 ein Schaltschema für den Wählhebel der Betätigungseinrichtung und

3 eine Tabelle zur Darstellung der Funktionsmatrix des Wählhebels.

Die 1 zeigt eine Betätigungseinrichtung 1 mit einem in einem feststehenden Teil 16 des Kraftfahrzeugs eingebrachten Wählhebel 10. Der Wählhebel 10 ist mittels- nicht dargestellten
Energiespeichern entlang der in 2 dargestellten Positionen A, N, R, +, – bewegbar und wird durch die Energiespeicher in der energetisch stabilen Nulllage SP (2) gehalten. Wird er in eine der Position ausgelenkt, kehrt er nach dem Loslassen selbständig wieder in die stabile Nulllage zurück. Durch Auslenken des Wählhebels 10 in eine der Positionen A, N, R, +, – detektiert der entsprechende Sensor 11, 12, 13, 14, 15 ein Signal und leitet dieses Signal über die entsprechende Signalleitung 11a, 12a, 13a, 14a, 15a an das Steuergerät 20 weiter. Das Steuergerät 20 überprüft die Plausibilität des Signals und errechnet daraus entsprechende Steuergrößen zur Ansteuerung des hier beispielhaft dargestellten automatisierten Schaltgetriebes 30 mit Kupplung 40 und der Brennkraftmaschine 50, die mittels CAN-Bus 20a miteinander verbunden sind, so dass weitere zur Steuerung von Brennkraftmaschine 50, Kupplung 40, Getriebe 30 vorteilhafte oder nötige Signale von anderen – nicht dargestellten – Sensoren, wie beispielsweise Raddrehzahlsensoren zur Ermittlung der Steuergrößen Verfügung stehen. Ebenfalls nicht dargestellt sind eventuell zwischen dem Steuergerät 20 und Brennkraftmaschine 50, Kupplung 40 und Getriebe 30 notwendige Steuerleitungen.
3 zeigt in Form einer Tabelle die einzelnen Schalt- und Auswahlschritte des Wählhebels in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebsart an einem Ausführungsbeispiel. Zu beachten ist, dass bei einer Stellung des Wählhebels in der stabilen Nulllage SP verschiedene Betriebsarten aktiviert sein können. Die Betriebsarten sind die Rückwärtsfahrt RF, die Nullstellung des Getriebes NS, der Economy-Modus E, der auch als der normale automatische Fahrmodus bezeichnet werden kann, der Sport Modus S, der manuelle Modus M und der Wintermodus W. Die Angaben N, +, –, A, R entsprechen den in 2 beschriebenen Positionen. Bei Anwahl der Position N wird immer die Neutralstellung NS im Getriebe eingelegt, vorausgesetzt, dass die vom Steuergerät geprüfte Plausibilität zutreffend ist. Das Einlegen der Neutralstellung kann beispielsweise während einer Anfahrt am Hang oder im Schub- oder Zugbetrieb unterbleiben. Auch die Betriebsart Rückwärtsfahrt RF kann aus allen anderen Betriebsarten durch Anwahl der Position R eingelegt werden. Das Steuergerät kann das Einlegen bei Vorwärtsfahrt, Vorwärtsrollen oder im Lastbetrieb sperren. Die Positionen +, – bewirken in den Betriebsarten E, S, M, W entsprechende Hoch- beziehungsweise Rückschaltungen. Bei Überdrehen der Antriebsmaschine oder Unterschreiten einer Mindestdrehzahl der Antriebsmaschine kann die Schaltung verhindert werden. Bei Neutralstellung NS oder Rückwärtsfahrt RF wird bei Betätigung der des Wählhebels in die Positionen +, – die Betriebsart E ausgewählt. Wie bereits beschrieben erfolgt bei einer Anwahl der Umschaltposition A der Wechsel vom Economy-Modus E in den Sport-Modus S, vom Sport-Modus S in den manuellen Modus M zyklisch wieder in den Economy-Modus E. Die Einstellung des Winter-Modus W erfolgt in anderer Weise. Da es sich um eine weniger genutzte Betriebsart handelt, wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Wintermodus zwar durch Anwahl der Umschaltposition A ausgewählt, es ist jedoch eine lange Verweilzeit A(lang) des Wählhebels in der Position A dafür notwendig. Aus dem Wintermodus W kann durch kurzes Antippen des Wählhebels in die Position A wieder auf den Economy-Modus umgeschaltet werden.
Es versteht sich, dass die Belegung der Positionen und die Änderungen in andere Betriebsarten bei der Anwahl entsprechender Positionen an den jeweiligen Kraftfahrzeugtyp angepasst werden können, so dass in anderen Ausführungsbeispielen bis auf die Beibehaltung der Auswahl unterschiedlicher Betriebsarten durch Anwählen der Position A, die sich nicht in einer Auslenkung des Wählhebels nach links – wie in 2 dargestellt – erschöpft, eine andere Abhängigkeit des Wechsels der Betriebsarten von den Bewegungsrichtungen des Wählhebels vorteilhaft sein kann. Hier seien insbesondere der Unterschied von rechts- und linksgelenkten Kraftfahrzeugen und individuelle Neigungen und Gewohnheiten bestimmter Zielgruppen für das Fahrzeug erwähnt.

1: Betätigungseinrichtung
10: Wählhebel
11: Sensor
12: Sensor
13: Sensor
14: Sensor
15: Sensor
11a: Leitung
12a: Leitung
13a: Leitung
14a: Leitung
15a: Leitung
16: feststehendes Teil
20: Steuergerät
20a: CAN-Bus
30: automatisiertes Getriebe
40: automatisierte Kupplung
50: Brennkraftmaschine
A: Umschaltposition
SP: Stabile Nulllage
N: Neutralposition
R: Rückfahrposition
+: Hochschaltposition
–: Rückschaltposition
E: Economy-Modus
S: Sportmodus
W: Wintermodus
M: Manueller Modus
RF: Rückwärtsfahrt
NS: Neutralstellung Getriebe

Claims

Betätigungseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine (50) und einem automatisierten Getriebe (30) mit mehreren diskret einstellbaren Übersetzungsstufen umfassend einen mit einem Steuergerät (30) zur Steuerung des Getriebes (30) in Verbindung stehenden Wählhebel (10) mit mehreren aus einer energetisch stabilisierten Nulllage (SP) anwählbaren Positionen (A, N, R, +, –), wobei die Anwahl der Positionen jeweils mittels zumindest eines Sensors (11, 12, 13, 14, 15) detektiert wird, die von dem zumindest einen Sensor ermittelten Werte zum Steuergerät (20) übertragen und dort verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anwahl einer aus den Positionen (A, N, R, +, –) ausgewählten Umschaltposition (A) unterschiedliche Betriebsarten (E, S, M, W) des Getriebes (30) untereinander jeweils durch ein einmaliges Anwählen dieser Position (A) umschaltbar sind.
Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsarten (E, S, M, W) zumindest zwei unterschiedliche automatische Betriebsarten (E, S, W), in denen die Schaltvorgänge ohne Betätigung des Wählhebels (10) durch eine Steuerung mittels des Steuergeräts (20) eingelegt werden und der Wechsel von einer Übersetzungsstufe in eine andere bei unterschiedlichen, den unterschiedlichen automatischen Betriebsarten (E, S, W) zugeordneten Bedingungen erfolgt, und zumindest eine halbautomatische Betriebsart (M), bei der der Fahrer einzelne Übersetzungsstufen des Getriebes (30) durch Betätigen des Wählhebels (10) in zwei andere Positionen (+, –) selbst wählt, sind.
Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen für den Wechsel der Übersetzungsstufen in den zumindest zwei automatischen Betriebsarten (E, S, W) Schwellwerte zumindest einer Kenngröße der Antriebsmaschine (50) sind.
Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen für den Wechsel der Übersetzungsstufen in den zumindest zwei automatischen Betriebsarten (E, S, W) zumindest eine Kenngröße des Getriebes (40) sind.
Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kenngröße der Antriebsmaschine (50) eine Drehzahl dieser bei einer eingelegten Übersetzungsstufe ist.
Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kenngröße des Getriebes (40) eine Schaltzeit von einer Übersetzungsstufe in eine andere ist.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Betriebsarten (E, S, M, W) zyklisch bei jeder Anwahl der Umschaltposition (A) wechselt.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Aufenthalts des Wählhebels (10) in der Umschaltposition (A) ein Auswahlkriterium für die Auswahl einer Betriebsart (W) ist.
Verfahren zum Steuern eines automatisierten Getriebes mit einer Betätigungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verwendung einer Betätigungseinrichtung (1) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 für ein Kraftfahrzeug.