DE102005026048B3 - Getriebeschalthebelanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeschalthebelanordnung (1), insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen Getriebeschalthebel (2) umfasst. Bei einer im Fahrbetrieb auftretenden Schwingung des Getriebeschalthebels (2) wird diese sensorisch erfasst und mit einer durch einen Regler (20) in Verbindung mit zumindest einem Linearmotor (7, 8, 15) erzeugten Kompensationsschwingung überlagert. Hierdurch erfolgt eine Schwingungs- und Körperschalldämpfung. Auf diese Weise werden Vibrationen, die in die Hand eines Fahrers eingeleitet werden, reduziert, wodurch sich der Fahrkomfort für den Fahrer erhöht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Getriebeschalthebelanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen Getriebeschalthebel umfasst.
• In landgestützen Kraftfahrzeugen ist in der Regel im Antriebsstrang ein Getriebe zwischen dem Motor und den Rädern angeordnet. Um die Drehzahl einer Ausgangswelle gegenüber einer Eingangswelle in mehreren Übersetzungen zu reduzieren umfasst das Getriebe mehrere Zahnradpaarungen, die selektiv eingerückt werden können. Ein Fahrer kann über einen Getriebeschalthebel und mehrere koppelnde Bindeglieder eine Getriebeschaltwelle zwischen Gangpositionen bewegen und mithin eine geeignete Drehzahlübersetzung auswählen. Dieses Vorgehen ermöglicht die wirksame und gleichmäßige Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.
• Zum Einlegen von Gängen ist bei mechanischen Schaltgetrieben im Fahrgastraum ein Getriebeschalthebel vorgesehen, an dessen Ende ein Knauf befestigt ist. Das gegenüberliegende Ende des Getriebeschalthebels kann gelenkig an der Karosserie des Kraftfahrzeugs gelagert sein. Der Getriebeschalt hebel ist mit der Getriebeschaltwelle direkt oder indirekt über eine mechanische Schaltanordnung mit mehreren koppelnden Bindegliedern verbunden. Geeignete Bindeglieder sind insbesondere Stangen oder Seilzüge. Ein Fahrer kann den Knauf mit der Hand ergreifen und den Getriebeschalthebel zwischen mehreren Positionen bewegen. Die Bewegung wird auf die Getriebeschaltwelle übertragen und ermöglicht so die Auswahl einer geeigneten Drehzahlübersetzung.
• Im Fahrbetrieb werden das Fahrzeug bzw. seine Komponenten zu starken Schwingungen durch den Motor sowie durch das Rollen auf unebener Fahrbahn angeregt. Diese Schwingungen sind für einen Passagier physisch in Form von Körperschwingungen und Geräuschen wahrnehmbar und werden oftmals als unangenehm empfunden. Zur Schwingungsdämpfung und Schallisolierung werden deshalb schon bei der Fahrzeugkonstruktion diverse Maßnahmen ergriffen.
• Aus der DE 199 05 308 A1 ist eine Schalthebelanordnung bekannt, welche axialbeweglich in einer Schalthebelführung gelagert ist. Durch eine Feder werden Schwingungen des Schalthebels gedämpft.
• Die DE 198 20 277 C1 zeigt eine Schwingungsisolationsvorrichtung für Krankentransportfahrzeuge auf. Wie in der zuvor genannten Veröffentlichung ist eine Schwingungsdämpfungsanordnung vorgesehen, die axial in einer Führung verlagerbar ist und als Schwingungsdämpfungselement eine Feder aufweist. Parallel zur Feder ist ein Aktuator vorgesehen, der eine aktive Schwingungsregelung in einem Schwingungsbereich unterhalb der Resonanzfrequenz der Schwingungsdämpfungsanordnung ermöglicht.
• In der DE 102 26 477 A1 sind einer Lenksäule mehrere piezokeramische Aktuatoren zugeordnet, deren Wirkungsrichtungen parallel zueinander sind. Die DE 10 2004 028 106 A1 zeigt eine aktives Motorschwingungsisolationslagersystem auf, das eine Schwingungsregelung in einer vertikalen Achse ermöglicht.
• Der Getriebeschalthebel der DE 20 2004 009 307 U1 ist mit einem Beschleunigungssensor ausgestattet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Schwingungsverhalten verbesserte Getriebeschalthebelanordnung zu schaffen, die aktiv regelbar ist und mithin einen Beitrag zur Erhöhung des Fahrkomforts des Fahrers und der übrigen Passagiere leistet.
• Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
• Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, dem Getriebeschalthebel eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zuzuordnen. Bei Auftreten einer Schwingung des Getriebeschalthebels im Fahrbetrieb wird diese sensorisch erfasst und durch eine dann aktiv erzeugte Konversationsschwingung gedämpft und quasi aufgehoben bzw. in einen anderen, insbesondere höheren Frequenzbereich verschoben.
• Die Anordnung zur Schwingungsdämpfung umfasst mehrere Linearmotoren, deren Wirkungsrichtungen sich voneinander unterscheiden. Somit können Schwingungen an Getriebeschalthebeln nicht nur in einer Richtung, beispielsweise in einer Querrichtung des Getriebeschalthebels, kompensiert werden, sondern auch in anderen davon unabhängigen Richtungen. Die Linearmotoren werden zur Erzeugung von translatorischen Bewegungen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Positioniergenauigkeit sowie durch ein hohes Beschleunigungsvermögen aus. Die Linearmotoren können auf einem elektromagnetischen, hydraulischen, pneumatischen oder piezoelektrischen Antriebsprinzip basieren.
• Die Anordnung greift aktiv ein und erzeugt periodische Verschiebungen des Getriebeschalthebels, die in geeigneter Phasenlage den Effekt einer Schwingungsauslöschung bzw. Frequenzdämpfung erzielen. Zudem kann die Anordnung verbundene Bauteile des Getriebeschalthebels entkoppeln, so dass auch durch diese Maßnahme ein wirksamer Beitrag zur Schwingungsdämpfung realisiert wird. Eine Überleitung der Schwingungen auf die Hand des Fahrers wird vermieden.
• Die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung beruht folglich auf einer Dämpfung von fahrzeug- und getriebeseitigen Schwingungen, einer Verschiebung in andere Frequenzbereiche und/oder einer Entkopplung des Schalthebels vom Getriebe. Die Erfindung ermöglicht mithin eine aktive Vibrations- und Lärmunterdrückung. Hierdurch werden die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort verbessert.
• Für eine aktive Schwingungsdämpfung kommen verschiedene physikalische Systeme in Frage, welche elektrisch aktivierbare Bauelemente als Aktuatoren und/oder Sensoren umfassen. Diese arbeiten mit einer Reglereinheit zusammen. Die Funktionsweise der Aktuator-/Sensorelemente kann auch auf Piezoelektrika, Magnetorestriktiva oder auf elektrorheologischen Fluiden beruhen.
• Im Rahmen der Erfindung ist auch eine vorteilhafte Nachrüstung von Getriebeschalthebeln möglich.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens bilden den Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 8.
• Im Rahmen der Erfindung wird eine Anordnung zur Schwingungsdämpfung als besonders vorteilhaft angesehen, die drei Linearmotoren sowie einen mit diesem zusammenwirkenden Regler umfasst. Eine vorteilhafte Schwingungsregelung in mehrere Richtungen x, y, z des Raums wird ermöglicht.
• Zur Erfassung der Schwingungen des Getriebeschalthebels kann an selbigem ein Beschleunigungssensor befestigt sein. Zweckmäßigerweise ist der Beschleunigungssensor mit dem Regler signalübertragend verbunden. Um Beschleunigungen in mehrere Raumrichtungen x, y, z zu erfassen, kann die Schwingungsdämpfungsanordnung mehrere Beschleunigungssensoren aufweisen. Durch die unmittelbare Anordnung der Beschleunigungssensoren am Getriebeschalthebel werden die Vibrationen an dem Ort erfasst, an dem sie ausgelöscht werden sollen. Auf diese Weise wird die Konstruktion der Schwingungsdämpfungsanordnung wesentlich vereinfacht.
• Der Anordnung zur Schwingungsdämpfung können zudem Federkörper zugeordnet werden, die parallel zu den Linearmotoren geschaltet sind. Die Federkörper sind zur Dämpfung und Entkoppelung vorgesehen. Es ist auch möglich, die Federkörper in Reihe mit den Linearmotoren zu schalten. Als Federkörper eignen sich insbesondere Spiralfedern sowie pneumatische oder hydraulische Dämpfer.
• Die Linearmotoren können auf einem elektromagnetischen Antriebsprinzip basieren. Derartige Linearmotoren bestehen aus einem Primärteil, das stromdurchflossen ist, sowie einem Sekundärteil, dem sogenannten Reaktionsteil, das Permanentmagnete aufweist. Vorteilhaft sind die Reaktionsteile der Linearmotoren mit dem Getriebeschalthebel gekoppelt.
• Die Linearmotoren können alternativ auch piezokeramische Aktuatoren aufweisen. Bei piezokeramischen Aktuatoren erfolgt eine Umsetzung von mechanischer Energie ohne bewegte Teile, wodurch eine sehr schnelle Reaktion sowie eine lange Lebensdauer der Bauteile gewährleistet ist. Das Prinzip der Piezoelemente beruht darauf, dass die darin eingebetteten Kristalle ihre Form unter dem Einfluss eines elektrischen Felds ändern. Dies ermöglicht eine aktive Anregung der Piezoelemente durch einen externen Regler. Über die Piezoelemente erfolgt dann die Anregung des Getriebeschalthebels, wodurch die Gegen- bzw. Kompensationsschwingung direkt am Getriebeschalthebel erzeugt wird. Vorzugsweise bilden die piezokeramischen Aktuatoren einen Stapelaktuator.
• Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Steuerverhalten der Anordnung zur Schwingungsdämpfung einstellbar sein kann. Auf diese Weise wird es dem Fahrer nach Belieben ermöglicht, über Schalter oder Drehregler auf das Geräusch bzw. die Schwingungen des Getriebeschalthebels unmittelbar Einfluss zu nehmen, z.B. um ein besonders sportliches Fahrgefühl zu erzeugen.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
• 1 zeigt eine technisch vereinfachte Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Getriebeschalthebelanordnung 1. Der Getriebeschalthebel 2 ist stabförmig und besteht aus einer im Querschnitt kreisförmigen, hohlen Stange aus Metall. An einem Ende ist ein kugelförmiger Knauf 3 aus einem Kunststoff befestigt, den der Fahrer mit seiner Hand ergreifen kann. Am seinem anderen Ende ist der Getriebeschalthebel 2 mittelbar oder unmittelbar an der Karosserie 4 über ein Lager 5 gelenkig befestigt. Seitlich ist der Getriebeschalthebel 2 mit einem Bindeglied 6 gekoppelt, das Verschiebungen des Getriebeschalthebels 2 in Form von axialen Bewegungen an eine Getriebeschaltwelle eines hier nicht dargestellten Getriebes weiterleitet.
• Im Abschnitt A zwischen der Anbindung des Bindeglieds 6 und dem Knauf 3 sind – bezogen auf das in der 1 angegebene Koordinatensystem – in x- und y-Richtung längenveränderliche elektromagnetische Linearmotoren 7, 8 endseitig mit dem Getriebeschalthebel 2 gekoppelt. An ihrem gegenüberliegenden Ende sind die Linearmotoren 7, 8 an der Karosserie 4 des Fahrzeugs befestigt. Parallel zu den Linearmotoren 7, 8 sind Federkörper 9, 10 zur Entkopplung und zur Schwingungsdämpfung angeordnet.
• Der Getriebeschalthebel 2 ist im Abschnitt A zwischen Bindeglied 6 und Knauf 3 geteilt. Zwischen den Enden 11, 12 der Teilstücke 13, 14 ist stirnseitig ebenfalls ein längenveränderlicher elektromagnetischer Linearmotor 15 in Getriebehebellängsrichtung angeordnet. Parallel zu diesem Linearmotor 15 ist ebenfalls ein Federkörper 16 zur Schwingungsentkoppelung und -dämpfung geschaltet.
• Die Linearmotoren 7, 8, 15 sind über Drahtverbindungen 17–19 an einen Regler 20 angeschlossen. Der Regler 20 ist mit einer Sensoreinheit 21 signalübertragend verbunden, die am Getriebeschalthebel 2 in der Nähe des Knaufs 3 befestigt ist. Die Sensoreinheit 21 umfasst mehrere Beschleunigungssensoren zur Aufnahme von Beschleunigungen in x-, y- und z-Richtung. Der Regler 20 ist zusätzlich mit einer Steuereinheit 22 gekoppelt, durch die der Fahrer das Steuerverhalten der Schwingungsdämpfungsanordnung über einen Drehregler 23 und einen Schalter 24 einstellen kann.
• Die Anordnung zur Schwingungsdämpfung beeinflusst über die Linearmotoren 7, 8, 15 das Schwingungsverhalten des Getriebeschalthebels 2 aktiv. im Betrieb auftretende Eigenschwingungen des Getriebeschalthebels 2 werden durch die Beschleunigungssensoren der Sensoreinheit 21 erfasst, durch den Regler 20 ausgewertet und über die Linearmotoren 7, 8, 15 mit einer Kompensationsschwingung interferiert. Hierdurch wird eine periodische Vibration des Getriebeschalthebels 2 generiert, die in geeigneter Phasenlage eine Schwingungsauslöschung bzw. -dämpfung oder -verschiebung bzw. Entkopplung erzielt. Die aus dem Betrieb resultierenden störenden Schwingungen werden auf diese Weise direkt am Ort der Entstehung bekämpft. Hierdurch erfolgt eine Schwingungs- und Körperschalldämpfung.
• Vibrationen des Getriebeschalthebels 2 werden nicht mehr auf die Hand des Fahrers übertragen, wodurch sich der Fahrkomfort für den Fahrer deutlich erhöht.

1

Getriebeschalthebelanordnung

2

Getriebeschalthebel

3

Knauf

4

Karosserie

5

Lager

6

Bindeglied

7

Linearmotor

8

Linearmotor

9

Federkörper

10

Federkörper

11

Ende

12

Ende

13

Teilstück

14

Teilstück

15

Linearmotor

16

Federkörper

17

Drahtverbindung

18

Drahtverbindung

19

Drahtverbindung

20

Regler

21

Sensoreinheit

22

Steuereinheit

23

Drehregler

24

Schalter

A

Abschnitt

Claims (8)

1. Getriebeschalthebelanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen Getriebeschalthebel (2) umfasst, dem eine Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Schwingungsdämpfung aktiv ausgeführt ist und mehrere Linearmotoren (7, 8, 15) umfasst, deren Wirkungsrichtungen sich voneinander unterscheiden.
2. Getriebeschalthebelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Schwingungsdämpfung drei Linearmotoren (7, 8, 15) sowie einen mit diesem zusammenwirkenden Regler (20) umfasst.
3. Getriebeschalthebelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Schwingungsdämpfung zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst, der am Getriebeschalthebel (2) befestigt ist.
4. Getriebeschalthebelanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Schwingungsdämpfung Federkörper (9; 10; 16) aufweist, die parallel zu den Linearmotoren (7; 8; 15) geschaltet sind.
5. Getriebeschalthebelanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearmotoren (7, 8, 15) auf einem elektromagnetischen Antriebsprinzip basieren.
6. Getriebeschalthebelanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearmotoren (7, 8, 15) piezokeramische Aktuatoren aufweisen.
7. Getriebeschalthebelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die piezokeramischen Aktuatoren einen Stapelaktuator bilden.
8. Getriebeschalthebelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerverhalten der Anordnung zur Schwingungsdämpfung einstellbar ist.