DE102009018122B4

DE102009018122B4 - Parksperrenmechanismus und Verfahren zum Verifizieren einer Stellung eines Stößels

Info

Publication number: DE102009018122B4
Application number: DE102009018122A
Authority: DE
Inventors: Uli Bayersdorfer; Tibor Niedermayer; Andreas Hauser; Thorsten Stepper
Original assignee: Getrag Innovationscenter Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer and CIE KG GmbH; Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: DE102009018122A1

Abstract

Parksperrenmechanismus (10) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, aufweisend:
ein mit einer Abtriebswelle (13) drehfest verbindbares Parksperrenzahnrad (12);
eine schwenkbar an einem Getriebegehäuse lagerbare Parksperrenklinke (14), die eine Rastnase (32) aufweist, die in einer Raststellung der Parksperrklinke (14) in das Parksperrenzahnrad (12) eingreift und eine Drehung des Parksperrenzahnrads (12) verhindert, wobei die Parksperrenklinke (14) in eine geöffnete Stellung schwenkbar ist, in der sie nicht in das Parksperrenzahnrad (12) eingreift, so dass sich das Parksperrenzahnrad (12) drehen kann;
eine Aktuatoreinheit (16) mit einem axial beweglichen Betätigungselement (52), das an die Parksperrenklinke (14) koppelt und derart mit der Parksperrenklinke (14) wechselwirkt, dass die Parksperrenklinke (14) in einer ersten Endstellung des Betätigungselements (52) in ihre Raststellung schwenkbar ist und in einer zweiten Endstellung des Betätigungselements (52) in ihre geöffnete Stellung (1) schwenkbar ist;
einen elektrisch steuerbaren Hubmagnet (18) mit einer Spule (74) zum Erzeugen eines Magnetfelds, einem axial beweglich gelagerten...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parksperrenmechanismus für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Verifizieren einer Stellung eines Stößels und damit zum Sicherstellen eines ordnungsgemäßen Betriebs desselben.
Das Dokument DE 199 10 497 A1 offenbart eine Lagemessung eines in einer Magnetspule betätigten Magnetankers. Dort wird ein Verfahren zur Lagemessung eines in einer Magnetspule gelagerten Magnetankers beschrieben, der mittels eines durch eine an die Magnetspule angelegten Betriebsspannung erzeugten Magnetfeldes aus seiner Ruheposition heraus in eine bestimmte Richtung verschoben wird. Dieses in Proportionalstromventilen zur Erzeugung eines zu einem Eingangssignal proportionalen Volumenstroms eingesetzte Prinzip unterliegt Störkräften in Form von Strömungs- und Reibungswiderständen, weshalb eine genaue Lagemessung des Magnetankers erforderlich wird, wenn aus Sicherheitsgründen exakte Volumenströme bereitgestellt werden sollen oder gesetzliche Vorschriften dies verlangen. Um eine exakte Sensorik zur Lagemessung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die differentielle Induktivität durch Messung des zeitlichen Verlaufs des Spulenstroms zu berechnen.
Parksperrenmechanismen werden vor allem bei Automatikgetrieben eingesetzt, um ein Wegrollen eines abgestellten Fahrzeugs zu verhindern, wenn z. B. eine Feststellbremse nicht betätigt wurde und das Fahrzeug auf einer geneigten Fläche (z. B. am Hang) abgestellt wurde. Dazu weisen herkömmliche Parksperrenmechanismen ein drehfest mit einer Getriebeabtriebswelle verbundenes Parksperrenzahnrad auf, in welches eine schwenkbar am Getriebegehäuse gelagerte Parksperrenklinke eingreift und somit eine Drehung der Abtriebswelle verhindert. Zur Betätigung der Parksperrenklinke, die üblicherweise durch eine Federkraft in ihre geöffnete Stellung vorgespannt ist, wird z. B. ein Hydraulikzylinder vorgesehen, der die Verriegelung bzw. Entriegelung der Parksperrenklinke bewirkt. Eine Kolbenstange des Hydraulikzylinders ist dabei üblicherweise an einen Federmechanismus gekoppelt, der sicherstellt, dass die Kolbenstange, sollte es zu einem ungewollten Druckabfall im Zylinder kommen, selbsttätig derart verstellt wird, dass die Parksperrenklinke in ihre Raststellung bewegt wird, in der die Parksperrenklinke in das Parksperrenzahnrad eingreift und so ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindert. Dies sollte natürlich nicht passieren, wenn sich das Fahrzeug während des Druckabfalls noch bewegt.
Um jederzeit überprüfen zu können, in welcher Stellung sich die Parksperrenklinke befindet, ist der Zylinder, mit dem die Parksperrenklinke betätigt wird, mit einem Wegsensor ausgestattet. Mithilfe des Wegsensors lässt sich die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders überprüfen. Aus dieser Position lässt sich wiederum die Stellung der Parksperrenklinke ableiten, da die Kolbenstange an die Parksperrenklinke gekoppelt ist und der Versatz der Kolbenstange proportional zur Stellung der Parksperrenklinke sein sollte. Diese Überprüfung ist aber unzuverlässig, da die Parksperrenklinke nicht zwingend in ihre Raststellung bewegt wird, wenn die Kolbenstange in ihre entsprechende Endstellung bewegt wird, da die bei der Kolbenstange vorgesehenen Federn Kräfte kompensieren können. Eine derartige Situation ist nachteilig, da eine übergeordnete Steuerung signalisiert bekommt, dass der Zylinder – und somit die Parksperrenklinke – in der Raststellung ist, obwohl sich die Parksperrenklinke tatsächlich doch nicht in dieser Stellung befindet (Klinke „hackt” zum Beispiel).
Um auch die tatsächliche Stellung der Parksperrenklinke überprüfen zu können, müsste man also einen weiteren Sensor vorsehen, der die Position der Parksperrenklinke relativ zum Parksperrenzahnrad bestimmt. Aufgrund des sehr engen Bauraums in einem Getriebe und der geringen Bewegung der Klinke kann jedoch kein weiterer Sensor vorgesehen werden. Außerdem würden durch einen weiteren Sensor die Gesamtkosten des Parksperrenmechanismus steigen und eine Ausfallswahrscheinlichkeit würde sich erhöhen.
Ausgehend von dieser Ausgangslage ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Lösung für einen Parksperrenmechanismus vorzusehen, wobei kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Insbesondere sollte die tatsächliche Stellung bzw. eine Bewegung der Parksperrenklinke möglichst schnell analysiert werden können, um rechtzeitig Maßnahmen ergreifen zu können, die Unfälle wie z. B. ein Wegrollen des Fahrzeugs und Ähnliches verhindern.
Die Aufgabe wird durch einen Parksperrenmechanismus gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Verifizieren einer Stellung eines Stößels gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung einen Parksperrenmechanismus für ein vorzugsweise automatisiertes Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs vor. Der Parksperrenmechanismus weist ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbindbares Parksperrenzahnrad, eine Parksperrenklinke, eine Aktuatoreinheit, einen elektrisch steuerbaren Hubmagnet sowie eine Steuereinrichtung auf. Die Parksperrenklinke ist schwenkbar an einem Getriebegehäuse lagerbar und weist eine Rastnase auf, die in einer Raststellung der Parksperrenklinke in das Parksperrenzahnrad eingreift und eine Drehung des Parksperrenzahnrads verhindert, wobei die Parksperrenklinke in eine geöffnete Stellung schwenkbar ist, in der sie nicht in das Parksperrenzahnrad eingreift, so dass sich das Parksperrenzahnrad drehen kann. Die Aktuatoreinheit weist ein axial bewegliches Betätigungselement auf, das an die Parksperrenklinke koppelt und derart mit der Parksperrenklinke wechselwirkt, dass die Parksperrenklinke in einer ersten Endstellung des Betätigungselements in ihre Raststellung geschwenkt ist und in einer zweiten Endstellung des Betätigungselements in ihre geöffnete Stellung geschwenkt ist. Der elektrisch steuerbare Hubmagnet weist eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds, einen axial beweglich gelagerten Anker und einen axial, gegen eine Rückstellkraft aus einer Ruhestellung auslenkbaren Stößel auf, der durch eine durch das Magnetfeld verursachte axiale Bewegung des Ankers in eine Verriegelungsstellung auslenkbar ist und lose an den Anker gekoppelt ist, wobei der Stößel in seiner Verriegelungsstellung, wenn die Spule mit Energie beaufschlagt ist, aus dem Hubmagnet derart axial vorsteht, dass der Stößel, während sich die Parksperrenklinke in der geöffneten Stellung befindet, in die Parksperrenklinke eingreift und so eine Schwenkbewegung der Parksperrenklinke in ihre Raststellung verhindert.
Die Steuereinrichtung dient zum Beaufschlagen des Hubmagnets mit Energie. Sie weist eine Detektoreinrichtung und eine Auswertungseinrichtung auf, wobei die Detektoreinrichtung zum Erfassen eines Stroms und/oder einer Spannung der Spule angepasst ist und wobei die Auswertungseinrichtung basierend auf einem zeitlichen Verlauf des erfassten Stroms und/oder der erfassten Spannung feststellt, ob sich der Stößel in einer erwarteten Stellung befindet.
Mittels des Hubmagnets kann ein Stößel zum Arretieren der Parksperrenklinke in ihrer geöffneten Stellung betätigt werden. Der Stößel verhindert, dass die Parksperrenklinke aus ihrer geöffneten Stellung in die Raststellung zurückschwenkt, in welcher die Parksperrenklinke in das Parksperrenzahnrad eingreift. Der Stößel und der Anker des Hubmagnets sind lose, das heißt nicht starr, miteinander verbunden. Sie berühren sich lediglich. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Stößel ein ausreichendes radiales Spiel hat, um durch den Anker ohne Verkanten bzw. Verklemmen axial bewegt zu werden. Ein Nachteil der losen Bindung des Ankers an den Stößel ist aber, dass der Anker immer frei beweglich ist, selbst wenn der Stößel mit der Parksperrenklinke verkantet, das heißt sich unbeabsichtigt nicht mehr bewegt. In diesem Fall kann der Anker durch die an den Hubmagneten angelegte Steuerspannung auf die erwartete Art und Weise bewegt werden, ohne dass jedoch der Stößel mitbewegt wird. Eine bloße Überwachung bzw. Überprüfung der Ankerposition, wie es exemplarisch in den deutschen Patentanmeldungen DE 41 18 975 A1 und DE 199 10 497 A1 beschrieben ist, würde nicht aufdecken, dass der Stößel verklemmt ist. Der Anker allein bewegt sich dann nämlich weiterhin, wie erwartet.
Mit dem Parksperrenmechanismus der vorliegenden Erfindung wird aber die Position des Ankers und des Stößels überprüft. Genauer gesagt wird überprüft, ob sich der Stößel und der Anker wie erwartet bewegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also ein dynamischer Prozess überprüft, wohingegen im Stand der Technik lediglich statische Zustände (Positionen) verifiziert werden.
Bewegt sich im Falle einer Störung des Hubmagnets (Stößel ist z. B. verklemmt) lediglich der Anker, so verhält sich der Strom durch die Spule des Hubmagnets beim Ein- oder Ausschalten anders, wie wenn sich der Stößel und der Anker gemeinsam bewegen. Gleiches gilt für die Spulenspannung bzw. eine aus einer erfassten Stromstärke ableitbare Induktivität des Hubmagnets (inklusive Stößel).
Eine genaue Beobachtung des zeitlichen Verlaufs des Stroms und/oder der Spannung z. B. beim Ein- oder Ausschalten des Hubmagnets ermöglicht im Wege eines Vergleichs mit einem erwarteten Verlauf also eine Aussage über die Funktionstüchtigkeit des Hubmagnets und somit auch über die Stellung der Parksperrenklinke. Zusätzliche äußere Sensoren zur Bestimmung der tatsächlichen Stellung der Parksperrenklinke sind nicht erforderlich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Auswertungseinrichtung eine Vergleichseinheit zum Vergleichen eines zeitlichen Verlaufs des erfassten Stroms und/oder der erfassten Spannung mit einem erwarteten Strom-/Spannungsverlauf auf.
Die Vergleichseinheit kann in Form von Software implementiert sein. Selbstverständlich kann sie auch in Form von Hardware implementiert werden. Ein gemessener Kurvenverlauf wird mit einem erwarteten Kurvenverlauf verglichen. Stellt der Algorithmus signifikante Abweichungen fest, so wird auf eine Störung des Systems rückgeschlossen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auswertungseinrichtung ferner eine Speichereinrichtung zum Hinterlegen eines oder mehrerer erwarteter Strom-/Spannungsverläufe, insbesondere der zeitlichen Entwicklung des Stroms oder der Spannung bei einem Ein- und/oder Ausschaltvorgang des Hubmagnets, auf.
Es kann es zu verschiedenen Kurvenverläufen kommen, besonders wenn man den zeitlichen Verlauf des Stroms durch die Spule des Hubmagnets betrachtet. Bewegen sich Stößel und/oder Anker, kommt es zu einem oder mehreren Abfällen bzw. Einbrüchen im Stromanstieg aufgrund der sich ändernden Induktivität des Hubmagnets. Bewegt sich nur der Anker, kommt es zwar ebenfalls zu Einbrüchen, jedoch zu leicht verschiedenen Zeitpunkten und mit unterschiedlichen Amplituden. Um die Stromverläufe beim Einschalten miteinander vergleichen zu können, empfiehlt es sich daher für jeden Hubmagnet vorab eine Referenzkurve zu bestimmen (Teach-in-Verfahren) und diese in einer Speichereinrichtung zu hinterlegen. Die Stromkurven können nämlich sehr stark streuen, weil sie stark von der Induktivität des Gesamtsystems abhängen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Parksperrenmechanismus ist die Parksperrenklinke derart federgelagert, dass die Parksperrenklinke in ihre geöffnete Stellung vorgespannt ist.
Diese Maßnahme hat den Zweck, dass bei einem unbeabsichtigten Energiewegfall die Parksperrenklinke nicht ungewollt in ihre Raststellung bewegt wird, was mitunter zu ungewünschten Komforteinbußen (Akustik) und schwerwiegenden Beschädigungen des Getriebes führen könnte.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Parksperrenklinke eine Außenkontur aufweist, die an eine Kontur des Betätigungselements derart angepasst ist, dass die Parksperrenklinke bei einem Bewegen des Betätigungselements in seine Endstellung in ihre Raststellung bewegbar ist.
Um die Parksperrenklinke also in die Raststellung zu bewegen, muss Energie von außen aufgewandt werden. Somit ist sichergestellt, dass die Parksperre nur dann aktiviert ist, wenn es auch tatsächlich gewünscht ist. Ungewollte Energieausfälle können somit problemlos ausgeglichen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bestimmt die Auswertungseinrichtung bei einem Einschalten des Hubmagnets aus dem erfassten Strom und/oder der Spannung einen zeitlichen Verlauf einer Induktivität des Hubmagnets und vergleicht diese mit einem erwarteten Induktivitätsverlauf, insbesondere indem eine zeitliche Dauer bestimmt wird, bis die Induktivität einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat.
Die Zeitdauer, bis ein vordefinierter Schwellenwert Induktivität erreicht ist, stellt ein Maß dafür dar, ob der Hubmagnet richtig funktioniert. Wird dieser Schwellenwert früher/später als erwartet erreicht, so kann davon ausgegangen werden, dass der Stößel klemmt und somit nur der Anker im Hubmagnet bewegt wird.
Der Vergleich der Verläufe der Induktivitäten ist insofern einfacher, da man sich lediglich auf eine relative Lage eines Induktivitätsmaximum konzentrieren muss. Die bei der Beobachtung des Stromverlaufs auftretenden Variationen äußern sich bei der Betrachtung des Induktivitätsverlaufs weniger stark, was sich hinsichtlich der Handhabung per Software in zuverlässigeren Ergebnissen und mitunter in schnelleren Ergebnissen niederschlägt. Es kommt nur darauf an, wann der Grenzwert erreicht ist, nicht ob der gesamte Kurvenverlauf anders ist. Dies stellt eine Zeitersparnis dar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Aktuatoreinheit ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Zylinder mit einer Kolbenstange ist, die mit einer Federkraft in die erste Endstellung vorgespannt ist.
Fällt die Energie des Stellglieds für die Parksperrenklinke ungewollt aus, versucht der Parksperrenmechanismus die Parksperrenklinke in die Raststellung zu bewegen, und zwar selbsttätig ohne weitere äußere Energiezufuhr. Lediglich der Hubmagnet verhindert dann noch die tatsächliche Schwenkbewegung der Parksperrenklinke und somit das Blockieren des Getriebes. Dies stellt ein weiteres Sicherheitsmerkmal, insbesondere in Automatikgetrieben, dar.
Des Weiteren wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Verifizieren der Stellung eines Stößels eines Hubmagneten gelöst, welcher zum Arretieren einer Parksperrenklinke in einem Parksperrenmechanismus für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Beaufschlagen einer Aktuatoreinheit mit Energie, um eine Schwenkbewegung der Parksperrenklinke aus einer Raststellung, in der die Parksperrenklinke in ein Parksperrenzahnrad eingreift, das drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden ist, in eine geöffnete Stellung zu ermöglichen; Beaufschlagen des Hubmagnets mit Energie, um den Stößel des Hubmagnets, der lose mit einem Anker des Hubmagnets in Kontakt steht, über einen Anker des Hubmagnets axial in eine Verriegelungsstellung zu bewegen, in welcher die Parksperrenklinke durch den aus dem Hubmagnet vorstehenden Stößel an einem Rückschwenken in die Raststellung gehindert wird; Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs des Stroms und/oder der Spannung einer Spule des Hubmagnets während des Beaufschlagens des Hubmagnets mit Energie; und Vergleichen des erfassten, ersten zeitlichen Verlaufs mit einem ersten erwarteten Strom-/Spannungsverlauf, um eine Störung des Bewegungsablaufs des Stößels feststellen zu können.
Wie bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt, betrachtet man gemäß der vorliegenden Erfindung die zeitliche Entwicklung vorgegebener Parameter, die des Stroms durch die Spule und/oder der Spannung über der Spule. Aus den zeitlichen Verläufen dieser Größen lassen sich Rückschlüsse darüber ziehen, ob sich nur der Anker oder der Anker inklusive dem Stößel bewegt. Diese beiden Fälle sind deshalb leicht zu unterscheiden, da sich die Induktivität in beiden Fällen unterscheidet, was den Vergleich ermöglicht.
Vorzugsweise wird der Hubmagnet nach einem Verstellen der Aktuatoreinheit in Richtung Raststellung zu einem auswählbaren Zeitpunkt abgeschaltet und während des Abschaltvorgangs wird ein zweiter zeitlicher Verlauf des Stroms und/oder der Spannung erfasst, um einen Vergleich mit einem zweiten erwarteten Verlauf durchführen zu können.
Da der Kurvenverlauf beim Abschalten des Hubmagnets anders als beim Einschalten ist, kann der zeitliche Verlauf der Parameter mit einer zweiten Referenzkurve verglichen werden.
Vorzugsweise weist der zweite Verlauf zumindest eine für den Hubmagnet charakteristische Stromspitze auf.
Diese Stromspitze ist durch eine Gesamtinduktivität des Hubmagnets (Anker plus Stößel) definiert. Bewegen sich Anker und Stößel nicht zusammen, sondern lediglich der Anker, so kommt es kaum zu einem charakteristischen Pegel innerhalb des erwarteten Verlaufs, weshalb man auf eine Störung rückschließen kann.
Weiter ist es von Vorteil, wenn aus dem ersten zeitlichen Verlauf des erfassten Stroms und/oder der Spannung ein zeitlicher Verlauf einer Induktivität abgeleitet wird, die anschließend mit einem erwarteten Induktivitätsverlauf beim Einschalten verglichen wird.
Wie bereits oben erwähnt, gestaltet sich der Kurvenverlauf hinsichtlich der Induktivität einfacher als z. B. hinsichtlich des Stroms, so dass ein Induktivitätsvergleich einfacher zu bewerkstelligen ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die erwarteten zeitlichen Verläufe vorab mittels eines Teach-in-Verfahrens bestimmt und in einer Speichereinrichtung hinterlegt.
Teach-in-Verfahren werden immer dann verwendet, wenn die Unterschiede in den Kurvenverläufen so stark streuen, dass für jeden Hubmagnet eines Parksperrenmechanismus eine eigene Referenzkurve erstellt werden sollte.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Parksperrenmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Hubmagnet der 1;
3a den Hubmagnet der 2 in einem inaktiven Normalzustand;
3b den Hubmagnet der 2 in einem aktiven Normalzustand;
4a ein Schaltbild einer an den Hubmagnet gekoppelten Steuerschaltung im eingeschalteten Zustand;
4b das Schaltbild der 4A während eines Abschaltvorgangs;
5a den Hubmagnet der 2 in einem fehlerbehafteten Zustand, wenn das Kraftfahrzeug bergauf steht;
5b den Hubmagnet der 2 in einem fehlerbehafteten Zustand, wenn das Kraftfahrzeug in der Horizontalen steht;
5c den Hubmagnet der 2 in einem fehlerbehafteten Zustand, wenn das Kraftfahrzeug bergab steht;
6 ein Kurvendiagramm (Strom, Spannung, Induktivität) beim fehlerfreien Einschalten des Hubmagnets;
7 ein Kurvendiagramm beim fehlerfreien Abschalten des Hubmagnets;
8 ein Kurvendiagramm beim Einschalten während eines ersten Fehlers;
9 ein Kurvendiagramm beim Einschalten während eines zweiten Fehlers;
10 ein Kurvendiagramm bei einem fehlerbehafteten Ausschalten;
11 ein Blockdiagramm des Hubmagnets und einer Auswertungseinrichtung; und
12 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine stark schematisiert dargestellte Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Parksperrenmechanismus 10. Der Parksperrenmechanismus 10 wird nachfolgend näher beschrieben werden. Bei der Beschreibung der nachfolgenden Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Merkmale benutzt werden. Sollte es Unterschiede zwischen verschiedenen Ausführungsformen geben, so wird darauf explizit eingegangen werden.
Der Parksperrenmechanismus 10 könnte bspw. in einem Schaltgetriebe, insbesondere einem Automatikgetriebe, für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wie es exemplarisch in der DE 10 2008 036 971 der Anmelderin beschrieben ist. Der Parksperrenmechanismus 10 umfasst ein Parksperrenzahnrad 12, das drehfest an einer Abtriebswelle 13 des Getriebes des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Der Parksperrenmechanismus 10 weist des Weiteren eine Parksperrenklinke 14, eine Aktuatoreinheit 16 sowie einen Hubmagnet 18 und einen Stößel 20 auf. Der Stößel 20 wird mittels des Hubmagnets 18 bewegt und kann mittels eines Doppellagers 22 entlang einer Längsachse 23 des Hubmagnets 18, insbesondere im Hubmagnet 18, gelagert sein. Der konkrete Aufbau des Hubmagnets 18 und die relative Anordnung des Stößels 20 zum Hubmagnet 18 wird nachfolgend noch detaillierter beschrieben werden.
Das Parksperrenzahnrad 12 weist an seinem Außenumfang Zähne 24 auf, die durch Täler 26 voneinander beabstandet sind.
Die Parksperrenklinke 14 wird im Wesentlichen durch einen länglichen Arm 28 gebildet, der an seinem einen Ende schwenkbar um eine Schwenkachse 30 gelagert ist und der an seinem anderen, gegenüberliegenden Ende eine Rastnase 32 aufweist, deren Profil an ein Profil eines Tals 26 des Parksperrenzahnrads 12 angepasst ist. Auf einer der Rastnase 32 gegenüberliegenden Seite des frei schwenkbaren Endes des Arms 28 ist ein hier exemplarisch konisch ansteigendes Außenprofil 34 vorgesehen, welches mit der Aktuatoreinheit 16 Wechselwirken kann, wie es nachfolgend noch detaillierter beschrieben werden wird. Außerdem weist das frei schwenkbare Ende des Arms 28 eine Arretiernase 36 zur Wechselwirkung mit dem Stößel 20 auf.
Die Aktuatoreinheit 16 der 1 ist hier eine pneumatisch oder hydraulisch betriebene Zylindereinheit 38 mit einem Zylinder 40 und einem darin beweglich gelagerten Kolben 42, der entlang einer Längsachse 43 beweglich ist. Andere Aktuatoren können eingesetzt werden. Der Kolben 42 ist mit einer Kolbenstange 44 verbunden, die eine erste Federeinheit 46 und eine zweite Federeinheit 48 trägt, die wiederum mittels eines hier nicht näher bezeichneten Trennglieds voneinander getrennt sind, wobei das Trennglied fest mit der Kolbenstange 44 verbunden ist. Die erste Federeinheit 46 ist zwischen einem Gehäuse 50 und dem Trennelement eingespannt, um den Kolben 42 ggf. in Richtung des Betätigungselements zu bewegen. Damit ist gewährleistet, dass bei einem Druckabfall innerhalb des Kolbens (Druckzuführung in den rechten Teil des Kolbens, wo der mit ”p” versehene Pfeil gezeigt ist) in den ausgefahrenen Zustand zu bewegen. Im ausgefahrenen Zustand des Kolbens 42 zwingt das Betätigungselement 52 die Parksperrenklinke 14 in ihre Raststellung, vorausgesetzt, dass das Parksperrenzahnrad 12 geeignet steht, das heißt, die Rastnase 32 annähernd einem Tal 26 gegenüber liegt. Liegt die Rastnase 32 einem Zahn 24 gegenüber, so kann das beweglich auf der Kolbenstange 44 gelagerte Betätigungselement 52 nicht vollständig ausgefahren werden. Steht die Rastnase 32 also auf einem Zahn 24, speichert die zweite Federeinheit 48 eine Energie, die benötigt wird, um die Parksperrenklinke 14 bzw. deren Rastnase 32 über die Konturen 34, 54 in ein Tal 26 zu zwingen, sobald das Parksperrenzahnrad 12 eine geeignetere Stellung einnimmt.
In der 1 ist die Parksperrenklinke 14 in einer geöffneten Stellung gezeigt. In der geöffneten Stellung der Parksperrenklinke 14 ist die Rastnase 32 außer Eingriff mit dem Parksperrenzahnrad 12. Die Rastnase 32 steht aus dem Tal 26 des Zahnrads 12 hervor. Der Stößel 20 ist in axialer Richtung 23 voll ausgefahren, wie es durch einen dunklen Pfeil im Stößel 20 angedeutet ist. Der Stößel 20 verhindert eine Bewegung der Parksperrenklinke 14 in ihre (in der 1 nicht dargestellte) Raststellung, bei der die Rastnase 32 in eines der Täler 26 flächenbündig eingreift und so eine Drehung des Zahnrads 12 und somit der Abtriebswelle 13 verhindert.
Bevor die Parksperrenklinke 14 jedoch aus ihrer Raststellung in die in der 1 gezeichnete geöffnete Stellung bewegt wird, wird der Zylinder 40 (hier die rechte Zylinderkammer) mit einem Fluid druckbeaufschlagt. Der Kolben 42 – und somit auch die Kolbenstange 44 bewegen sich in der 1 entlang der Achse 43 nach links, wie es durch einen Hilfspfeil 56 angedeutet ist. Die erste Federeinheit 46 wird vorgespannt. Die zweite Federeinheit 48 ist entspannt und bewegt sich mit dem Trennglied und dem Betätigungselement 52 gemeinsam in Richtung des Pfeils 56. Da der Arm 28 ebenfalls mit einer hier nicht näher bezeichneten Feder vorgespannt ist, das Betätigungselement 52 nun in Richtung des Pfeils 56 bewegbar ist und der Hubmagnet 18 inaktiv ist, das heißt, der Stößel 20 eingefahren ist und somit den Weg der Arretiernase 36 nicht versperrt, kann die Parksperrenklinke 14 eine Schwenkbewegung 58 um die Schwenkachse 30 in die in der 1 gezeigte geöffnete Stellung durchführen. Sobald der Arm 28 ausreichend weit aus dem Zahnrad 12 ausgehoben ist, kann der Hubmagnet 18 betätigt werden, wie es nachfolgend noch ausführlicher beschrieben werden wird, um den Stößel 20 in den Schwenkweg der Arretiernase 36 zu bewegen, so dass eine entgegengesetzt zum Pfeil 58 gerichtete Rückschwenkbewegung des Arms 28 verhindert wird. Dann kann der Druck im Zylinder 40 abfallen und die Parksperrenklinke 14 verbleibt nichtsdestotrotz in der geöffneten Stellung der 1.
Üblicherweise bleibt der Zylinder 40 druckbeaufschlagt. Die Position des Stempels 42 stellt ein Maß für die Stellung der Parksperrenklinke 14 dar. Aus diesem Grund kann die Position des Kolbens 42 optional auch mit einem Sensor 60 erfasst werden, um eine erste Information darüber zu erhalten, ob sich die Parksperrenklinke 14 in ihrer geöffneten Stellung oder in ihrer Raststellung befindet.
Fällt der Druck im Zylinder 40 jedoch unbeabsichtigt z. B. aufgrund eines Versagens des Fluidkreislaufs ab, liefert der Sensor 60 allein eine falsche Information über die Stellung der Parksperrenklinke 14, wenn man davon ausgeht, dass der Stößel 20 noch immer in seiner in der 1 gezeigten Arretierstellung ist, der Kolben 42 aber ausgefahren ist. In der 1 ist der Zylinder 40 nicht druckbeaufschlagt.
Eine derartige Situation kann aber auch gewünscht sein, nämlich z. B. dann, wenn das Fahrzeug durch eine selbstfahrende Waschanlage bewegt werden soll. In diesem Fall wäre das Fahrzeug inaktiv und man müsste trotzdem gewährleisten können, dass trotz mangelnder Fluidversorgung die Parksperrenklinke 14 in ihrer geöffneten Stellung gehalten werden kann, um eine Bewegung des Fahrzeugs (im Neutralgang) zuzulassen. In einem solchen ”Waschanlagen-Modus” würde der Stößel 20 mittels des Hubmagnets 18 also absichtlich in der in der 1 gezeigten Arretierstellung gehalten werden.
Nun kann es aber auch passieren, dass der Stößel 20 verkantet oder sich in der Parksperrenklinke 14 verklemmt und sich somit unabsichtlich in der in der 1 gezeigten Arretierstellung verweilt. Der Sensor 60 würde dann eine erste Information liefern, aus der man schließen könnte, dass die Parksperrenklinke 14 in ihrer Raststellung ist, das heißt, dass das Fahrzeug gegen ein Wegrollen gesichert ist. Sähe man in diesem Fall keine Redundanz vor, so würde der Fahrer das Fahrzeug möglicherweise verlassen und das Fahrzeug begänne, ins Rollen zugeraten, was zu großen Beschädigungen führen könnte.
Die Erfinder haben erkannt, wie es mittels des Hubmagnets 18 und des Stößels 20 durch eine geschickte Ausnutzung der sowieso bereits für den Hubmagnet 18 vorhandenen Steuerelektronik möglich ist, eine Fehlfunktion des Stößels 20 zu detektieren, um dem Fahrer ein Warnsignal geben zu können, dass das Fahrzeug entgegen der ersten Information durch die Parksperre doch nicht gegen ein Wegrollen gesichert ist. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert werden.
2 zeigt den Hubmagnet 18 der 1 in einer geöffneten Darstellung, wobei der Hubmagnet 18 im Vergleich zur 1 umgekehrt angeordent ist.
Der Hubmagnet 18 weist ein Gehäuse 70 mit einer Öffnung 72 zum Durchgriff des Stößels 20 auf. Der Stößel 20 ist hier innerhalb des Hubmagnets 18 angeordnet. Es versteht sich, dass der Stößel 20 alternativ auch (nur) außerhalb des Gehäuses 70 angeordnet werden kann.
Der Hubmagnet 18 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei eine ringförmig angeordnete Spule 74 in ihrem Inneren 76 einen axial entlang der Achse 23 beweglichen Anker 78 aufnimmt. Sowohl der Stößel 20 als auch der Anker 78 sind vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material, um auf ein hier nicht näher bezeichnetes Magnetfeld reagieren zu können, welches mittels der Spule 74 gezielt von außen mit einer hier ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Steuereinrichtung erzielt wird. Der Stößel 20 muss aber nicht aus einem magnetisierbaren Material sein. Der Stößel 20 ist lose, das heißt nicht starr, mit dem Anker 78 verbunden. Vorzugsweise wird der Stößel 20 im Inneren 76 des Hubmagnets 18 mithilfe einer Federeinheit 80 gelagert, die zwischen dem Gehäuse 70 und einem Flanschabschnitt 82 des Stößels 20 angeordnet ist, um eine Rückstellkraft 84 auf den Stößel (im inaktiven Zustand des Hubmagnets 18) ausüben zu können.
Nachfolgend wird auf die 3 Bezug genommen. Die 3a zeigt den Hubmagnet 18 der 2 in einem inaktiven, unbestromten Zustand, die 3b zeigt den Hubmagnet 18 in einem aktiven, bestromten Zustand.
Bezug nehmend auf 3 ist der inaktive Zustand gezeigt. Ergänzend zur 2 ist in den 3 in der rechten Hälfte jeweils der Arm 28 der Parksperrenklinke 14 gezeigt. Der Arm 28 kann in die geöffnete Stellung (”FREI”) oder in die Raststellung (”PARK”) verschwenkt werden, wie es durch den Doppelpfeils 58 angedeutet ist.
In der 3a ist die Spule 74 nicht bestromt. Die Feder 80 zwingt den Stößel 20 ins Innere 76 des Hubmagnets 18. Der Anker 78 liegt zwischen einem hier nicht näher bezeichneten Anschlag des Gehäuses 70 und dem Flansch 82 des Stößels 20.
Wird nun die Spule 74 bestromt, wird im Inneren 76 des Hubmagnets 18 ein magnetisches Feld erzeugt, welches den Anker 78 dazu veranlasst, sich in Richtung des Pfeils 86 (vgl. 3b) um eine Weglänge W zu bewegen. Die Feder 80 wird um die Weglänge W zusammengedrückt. Ein vorderes Ende des Stößels 20, welches dem Flansch 82 gegenüber liegt, bewegt sich in Richtung des Arms 28, und zwar ebenfalls um die Weglänge W (vgl. 3a).
Der Arm 28 ist in den 3a und 3b dergestalt gezeigt, dass er eine nicht näher bezeichnete Ausnehmung aufweist, deren oberer Abschnitt der Arretiernase 36 entspricht. In der 3b ist der Stößel 20 in den Arm 28 vorgerückt und verhindert so eine Schwenkbewegung 58.
Die 4a und 4b zeigen einen elektrischen Aufbau eines Steuergeräts 90 mit angeschlossenem Magneten 74 (vgl. 2), der durch ein Ersatzschaltbild 92 (vgl. Strichlinie) angedeutet ist.
4a zeigt einen Stromverlauf I im eingeschalteten Zustand des Magneten. 4b zeigt den Stromverlauf I während eines Ausschaltvorgangs. Über eine Steuerungssoftware kann ein Schaltbefehl zum Ein- und Ausschalten der Spule 92 gegeben werden. Über einen Widerstand R_sense wird eine Spannung U_sense gemessen und im Steuergerät in einen Strom I umgerechnet. Es versteht sich, dass eine Strommessung und eine Spannungsmessung äquivalent zueinander sind.
Bezug nehmend auf 5a bis 5c sind drei anomale Betriebsstellungen des Hubmagnets 18 gezeigt. Ein anomaler Betriebszustand zeichnet sich zum Beispiel dadurch aus, dass der Stößel 20 im Arm 28 verklemmt ist (vgl. dunkle Punkte am freien Ende des Stößels 20).
5a zeigt eine Situation, bei der ein Fahrzeug 94 bergauf steht (vgl. linken Teil der 5a), so dass der Anker 78 hier im inaktiven Zustand des Hubmagnets 18 an seinem Gehäuseanschlag ruht. Es versteht sich, dass die hier beispielhaft gezeigte Lage des Ankers 78 von der Orientierung des Hubmagnets 18 relativ zum Fahrzeug 94 abhängt. Der Anker 78 könnte bei gleicher Orientierung des Fahrzeugs 94 auch die in der 5c gezeigte Stellung einnehmen, wenn der Hubmagnet 18 umgekehrt relativ zum Fahrzeug 94 orientiert wäre.
In 5b steht das Fahrzeug 94 in der Ebene. In diesem Fall kann es passieren, dass der Anker 78 bei inaktivem Hubmagnet 18 irgendwo zwischen dem Gehäuseanschlag und dem Stößel 78 steht und in diesem Fall weder den Gehäuseanschlag noch den Stößel berührt.
In 5c steht das Fahrzeug 94 bergab, so dass der Anker 78 am Stößel 20 anliegt, auch wenn der Hubmagnet 18 nicht bestromt, d. h. inaktiv, ist.
Allen Situationen der 5a bis 5c ist gemein, dass man aus der Position des Ankers 78 nicht zwingend ableiten kann, dass der Stößel 20 verklemmt ist. Herkömmliche Systeme zur Detektion der Position des Ankers 78 sind in den deutschen Patentanmeldungen DE 41 18 975 A1 sowie DE 199 10 497 A1 beschrieben. Der Nachteil dieser herkömmlichen Systeme ist darin zu sehen, dass lediglich die (statische) Position des Ankers (nicht aber des Stößels) bzw. nicht eine Bewegung des Ankers 78 bestimmt wird. Die in diesen deutschen Patentanmeldungen beschriebenen Verfahren sind nicht dazu in der Lage, den klemmenden Stößel 20 zu detektieren. Außerdem muss bei den herkömmlichen Verfahren die vollständige Bewegung des Ankers 78 abgewartet werden, bevor eine zuverlässige Positionsermittlung für den Anker 78durchgeführt werden kann. Eine dafür notwendige Zeit steht insbesondere beim Einlegen einer Parksperrenklinke nicht immer zur Verfügung.
Die Erfinder sind aber zu der Einsicht gelangt, dass sowohl eine Anker- als auch eine Stößelbewegung erkannt werden kann, ohne dafür ein zusätzliches Sensorsystem einsetzen zu müssen. Dazu wird die in der Steuerung 90 bereits vorhandene Ansteuerung des Magneten beibehalten und die darin integrierte Strommessung zur Erfassung verwendet. Eine Abarbeitung eines geeigneten (Vergleichs-)Algorithmus in der Steuerung 90 kann innerhalb bereits vorhandener Zeitraster erfolgen.
Im Nachfolgenden wird auf die 6 und 7 Bezug genommen. 6 zeigt ein Diagramm 100 zu einem fehlerfreien Einschaltvorgang des Hubmagnets 18, bei dem der Stößel 20 mittels des Ankers 78 in seine Arretierstellung bewegt wird. Die 7 zeigt ein Diagramm 102 zu einem Ausschaltvorgang des Hubmagnets 18, bei dem der Anker 78 in Richtung des Gehäuseanschlags bewegt wird und der Stößel 20 aus seiner Arretierstellung mittels der Rückstellkraft 86 der Feder 80 ebenfalls in seine inaktive Ruhestellung zurückbewegt wird.
Bezug nehmend auf 6 ist zum einen der Strom I durch die Spule 74 beim Einschalten mit einer durchgezogenen Linie gezeigt. Die Spannung U über der Spule 74 ist mit einer strichpunktierten Linie gezeigt. Eine Induktivität L des Hubmagnets 18 inklusive des Stößels 20 ist mit einer punktierten Linie gezeigt. Auf der x-Achse ist die Zeit t in Intervallen von 5 Basiseinheiten aufgetragen. Auf der y-Achse ist eine Skala im Abstand von 0,05 Basiseinheiten aufgetragen. Zu einem Startzeitpunkt, der in 6 mit einer mit 122 bezeichneten vertikalen Strichlinie angedeutet ist, wird über der Spule 74 eine konstante Spannung angelegt, was mit einer rechteckförmig ansteigenden Linie 112 angedeutet ist. Mit dem Anlegen der Spannung U über der Spule 74 steigt auch der Strom I durch die Spule 74, was mit der durchgezogenen Kurve 110 dargestellt ist. Der Strom erreicht bei 116 ein erstes Maximum und fällt danach kurzeitig ab, bis er wieder anfängt zu steigen und ein zweites Maximum 118 erreicht, wo er wieder kurz abfällt, um dann in eine Sättigung anzusteigen. Das erste Maximum 116 erklärt sich damit, dass eine gewisse Haftreibung überwunden werden muss, bevor sich das System bestehend aus Stößel 20 und Anker 78 in Bewegung setzt. Sobald sich der Stößel 20 und der Anker 78 bewegen, kommt es aufgrund einer Gegeninduktivität zu einem kurzen Stromabfall, der dann wieder in einen Stromanstieg übergeht, bis der Stößel 20 und der Anker 78 maximal ausgelenkt sind, was durch das zweite Maximum 118 repräsentiert wird. Dort werden der Stößel 18 und der Anker 78 gestoppt. Während dieses gesamten Vorgangs steigt die Induktivität L kontinuierlich an und erreicht zeitlich etwas später ein Induktivitätsmaximum bei 120. Zuvor überschreitet die Induktivität L jedoch einen Schwellenwert 126, der mithilfe einer horizontalen Strichlinie angedeutet ist. Dazu vergeht eine Zeit Δt. Die Zeitdauer Δt ist eine charakteristische Kenngröße für das ordnungsgemäße Funktionieren des verwendeten Hubmagnets 18 inklusive dem Stößel 20.
Bezug nehmend auf 7 ist mit einer durchgezogenen Linie ein Strom I durch die Spule 74 gezeigt. Mit einer strichpunktierten Linie ist eine Spannung U_trans über einem Versorgungstransistor gezeigt, die nach einem Abschalten des Hubmagnets nahezu auf das Versorgungspotential (vgl. V_DD in den 4a und 4b) ansteigt.
Der Abschaltvorgang erfolgt wiederum zum Zeitpunkt 122. Der Strom fällt in der Spule 74 rapide ab und erfährt kurzzeitig aufgrund einer erzeugten Gegeninduktivität, wenn der Stößel 20 und der Anker 78 sich in ihre Ausgangsstellung zurückbewegen (vgl. 3b), eine charakteristische Stromspitze.
In den 8 und 9 sind zwei unterschiedliche Fehlerfälle während eines Einschaltvorgangs des Hubmagnets 18 gezeigt.
In 8 steigt der Strom I nach dem Einschalten kontinuierlich an. Maxima und Minima sind im Stromverlauf nicht zu erkennen. Diese Art des Stromverlaufs erhält man, wenn sich der Anker 78 nicht mehr bewegt, wie es zum Beispiel exemplarisch in 5c gezeigt ist. Die Induktivität nimmt in diesem Fall viel schneller zu. Das Induktivitätsmaximum 120' ist zeitlich früher erreicht als in dem Diagramm 100 der 6. Gleiches gilt für den Schwellenwert 126, der beim Kreuzen der Induktivitätskurve 114 mit einer zweiten vertikalen Hilfslinie 124 erreicht wird. Man erkennt, dass der Abstand zwischen den vertikalen Hilfslinien 122 und 124 im Vergleich zum Diagramm 100 der 6 viel geringer ist. Daraus kann nun wiederum rückgeschlossen werden, dass eine anomale Situation vorliegt. Sowohl der Strom I als auch die Induktivität L haben nicht den erwarteten Verlauf eingenommen, wie er exemplarisch durch den Graphen 100 der 6 repräsentiert ist. Diese Detektion erfolgt sehr schnell, weil der Schwellenwert für die Induktivität schnell erreicht ist.
Als weiteres Beispiel wird das Diagramm 106 der 9 betrachtet, bei dem ein anderer, zweiter Fehler während des Einschaltvorgangs vorliegt. Hier steigt der Strom in Form des Verlaufs 110 kurzzeitig auf ein erstes Maximum an, fällt dann steil ab, um dann wiederum ähnlich wie in 8 stetig anzusteigen. Diese Situation spiegelt näherungsweise den Zustand der 5b wieder. Der Anker 78 „schwimmt” und bewegt sich dann kurz. Der Stößel 20 ist verklemmt und bewegt sich deshalb nicht. So erklärt sich das Maximum im Stromverlauf 110. Die Induktivität 114 der 9 steigt schneller als beim Diagramm 100 der 6 und langsamer als im Diagramm 104 der 8 an der Schwellenwert 126 wird später als in der 8, aber früher als in der 6 erreicht. Das Maximum 120' der Induktivität L liegt im Vergleich zur 6 ebenfalls weiter links. All dies sind Anzeichen dafür, dass ein anomaler Zustand vorliegt. Diese Information reicht jedoch aus, um den Fahrer zu signalisieren, dass die Parksperre nicht ordnungsgemäß funktioniert. Der Fahrer kann in einem derartigen Fall dann zum Beispiel eine (elektronische) Feststellbremse betätigen, um ein Wegrollen des Fahrzeugs 94 zu verhindern.
Grundsätzlich ist es möglich, diese anomalen Zustände allein durch einen Vergleich der Stromverläufe 110 zu erkennen. Jedoch unterscheidet sich der charakteristische Stromverlauf 110 des Diagramms 100 der 6 von Hubmagnet zu Hubmagnet, so dass im Falle eines Stromverlaufvergleichs zur Feststellung eines anomalen Zustands ein Teach-in-Verfahrens zum ”Erlernen” der charakteristischen Stromkurve 110 vorgeschlagen wird.
Wesentlich störungsunanfälliger ist beim Einschalten der Vergleich der Induktivitätsverläufe 114. Die Zeitspanne Δt, bis der Schwellenwert 126 erreicht wird, stellt ein gutes Maß für die Lage des Induktivitätsmaximums dar. Wie man in den Diagrammen 104 und 106 der 8 und 9 erkennt, die jeweils einen anderen Fehlerfall zeigen, ist die Zeitdauer, bis der Schwellenwert 126 erreicht wird, deutlich kürzer als in der 6. Man kann hier also recht früh bzw. schnell erkennen, dass ein anomaler Zustand vorliegt. Man muss mitunter nicht den gesamten Stromverlauf kennen, um feststellen zu können, ob ein anomaler Zustand vorliegt. Beim Einschalten empfiehlt es sich also auch, den Induktivitätsverlauf zu betrachten, auch wenn hier ein zusätzlicher Rechenschritt durchgeführt werden muss, um aus dem erfassten Strom (bzw. der erfassten Spannung) den Induktivitätsverlauf nach der Formel
zu berechnen.
10 zeigt einen Ausschaltvorgang, der fehlerbehaftet ist. Im Diagramm 108 der 10 fällt der Stromverlauf 110 stetig ab, ohne dass es zu einer Stromspitze 132 (vgl. 7) kommt. Der Anker 78 bewegt sich allein in seine Ausgangsstellung zurück. Der Stößel 20 verbleibt in seiner ausgefahrenen Arretierstellung und gibt somit keinen Anlass für eine durch eine Gegeninduktion induzierte Stromspitze 132. In diesem Fall ist es relativ einfach allein aufgrund eines Vergleichs der Stromverläufe (mittels eines simplen Vergleichsalgorithmus) feststellen, dass ein anomaler Zustand vorliegt.
Bezug nehmend auf 11 ist nochmals ein Schaltdiagramm für den Fall gezeigt, dass Stromverläufe miteinander verglichen werden sollen, insbesondere beim Einschalten. In diesem Fall verfügt die Steuereinrichtung 90 über eine Detektoreinrichtung 96 zum Erfassen einer Spannung über dem Magneten 74 bzw. 92 oder eines Stroms durch denselben. Die erfassten Werte werden dann an eine Auswertungseinrichtung 98 geliefert, die optional eine Speichereinrichtung 99 zum Ablegen der z. B. mittels ”Teach-in” gelernten Vergleichskurven beinhaltet.
12 zeigt ein Flussdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren 200.
In einem Schritt 202 wird bestimmt, ob ein Einschaltvorgang vorliegt. Liegt kein Einschaltvorgang vor, wird in einer Abfrage 204 bestimmt, ob ein Ausschaltvorgang vorliegt. Liegt ein Einschalt- oder Ausschaltvorgang vor, wird ein Strom bzw. eine Spannung über dem Hubmagnet 18 bzw. dessen Magneten 74 in vorbestimmten Intervallen (z. B. 5 Millisekunden) gemessen. Die so gemessenen Werte werden dann benutzt, um einen zeitlichen Verlauf des Stroms oder Spannung zu rekonstruieren. In einem Schritt 210 wird dann abgefragt, ob ein Induktivitätsvergleich durchgeführt werden soll. Soll kein Induktivitätsvergleich durchgeführt werden, wird in einem Schritt 212 ein Peakvergleich basierend auf einer vorgegebenen Kurve durchgeführt, die für den verwendeten Hubmagnet 18 mit dem Stößel 20 charakteristisch ist. Soll ein Induktivitätsvergleich durchgeführt werden, so wird in einem Schritt 214 der Induktivitätsverlauf berechnet und mit einem erwarteten Induktivitätsverlauf verglichen, was zum Beispiel allein durch einen Vergleich der gleich zu Anfang ermittelbaren Steigungen der Induktivitätsverläufe möglich ist. Wird in einer Abfrage 220 eine Störung festgestellt, erfolgt in einem Schritt 222 eine Meldung an die Steuereinrichtung, um dem Fahrer das Vorliegen eines anomalen Zustands zu signalisieren. Anderenfalls kehrt man zum Schritt 202 zurück.
Es versteht sich, dass der oben beschriebene Hubmagnet 18 mit seiner zugehörigen Steuerung 90 auch an einer anderen Stelle des Getriebes eingesetzt werden könnte, um ein von einer Parksperre unterschiedliches Stellglied in einer vorgegebenen Stellung zu sichern, wobei auch bei diesem Anwendungsfall von Interesse wäre, wie Stößel 20 und Anker 78 zueinander stehen. Der Parksperrenmechanismus könnte dann durch einen anderen Mechanismus im Getriebe ersetzt werden. Die Parksperrenklinke würde durch das Stellglied verkörpert werden. Die Aktuatoreinheit muss dann nicht zwingend ein Zylinder sein.

Claims

Parksperrenmechanismus (10) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: ein mit einer Abtriebswelle (13) drehfest verbindbares Parksperrenzahnrad (12); eine schwenkbar an einem Getriebegehäuse lagerbare Parksperrenklinke (14), die eine Rastnase (32) aufweist, die in einer Raststellung der Parksperrklinke (14) in das Parksperrenzahnrad (12) eingreift und eine Drehung des Parksperrenzahnrads (12) verhindert, wobei die Parksperrenklinke (14) in eine geöffnete Stellung schwenkbar ist, in der sie nicht in das Parksperrenzahnrad (12) eingreift, so dass sich das Parksperrenzahnrad (12) drehen kann; eine Aktuatoreinheit (16) mit einem axial beweglichen Betätigungselement (52), das an die Parksperrenklinke (14) koppelt und derart mit der Parksperrenklinke (14) wechselwirkt, dass die Parksperrenklinke (14) in einer ersten Endstellung des Betätigungselements (52) in ihre Raststellung schwenkbar ist und in einer zweiten Endstellung des Betätigungselements (52) in ihre geöffnete Stellung (1) schwenkbar ist; einen elektrisch steuerbaren Hubmagnet (18) mit einer Spule (74) zum Erzeugen eines Magnetfelds, einem axial beweglich gelagerten Anker (78) und einem axial, gegen eine Rückstellkraft (84) aus einer Ruhestellung auslenkbaren Stößel (20), der durch eine durch das Magnetfeld verursachte axiale Bewegung (86) des Ankers (78) in eine Verriegelungsstellung auslenkbar ist und lose an den Anker (78) gekoppelt ist, wobei der Stößel (20) in seiner Verriegelungsstellung, wenn die Spule (74) mit Energie beaufschlagt ist, aus dem Hubmagnet (18) derart axial vorsteht, dass der Stößel (20), während sich die Parksperrenklinke (14) in der geöffneten Stellung befindet, in die Parksperrenklinke (14; 28) eingreift und so eine Schwenkbewegung (58) der Parksperrenklinke (14; 28) in ihre Raststellung verhindert; und eine Steuereinrichtung (90) zum Beaufschlagen des Hubmagnets (18; 92) mit Energie, die eine Detektoreinrichtung (96) und eine Auswertungseinrichtung (98) aufweist, wobei die Detektoreinrichtung (96) zum Erfassen eines Stroms (I) und/oder einer Spannung (U) der Spule (74) angepasst ist und wobei die Auswertungseinrichtung (98) basierend auf einem zeitlichen Verlauf des erfassten Stroms (I) und/oder der erfassten Spannung (U) feststellt, ob sich der Stößel (20) in einer erwarteten Stellung befindet.
Parksperrenmechanismus nach Anspruch 1, wobei die Auswertungseinrichtung (98) eine Vergleichseinheit zum Vergleichen eines zeitlichen Verlaufs des erfassten Stroms (I) und/oder der erfassten Spannung (U) mit einem erwarteten Strom-/Spannungsverlauf aufweist.
Parksperreneinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auswertungseinrichtung (98) ferner eine Speichereinrichtung (99) zum Hinterlegen eines oder mehrerer erwarteter Strom-/Spannungsverläufe, insbesondere der zeitlichen Entwicklung des Stroms oder der Spannung bei einem Ein- und/oder Ausschaltvorgang des Hubmagnets (18), aufweist.
Parksperrenmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Parksperrenklinke (14) derart federgelagert ist, dass die Parksperrenklinke (14) in ihre geöffnete Stellung vorgespannt ist.
Parksperrenmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Parksperrenklinke (14) eine Außenkontur (34) aufweist, die an eine Kontur (54) des Betätigungselements (52) derart angepasst ist, dass die Parksperrenklinke (14) bei einem Bewegen des Betätigungselements (52) in seine erste Endstellung in ihre Raststellung bewegbar ist.
Parksperrenmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (98) bei einem Einschalten des Hubmagnets (18) aus dem erfassten Strom (I) und/oder der Spannung (U) einen zeitlichen Verlauf einer Induktivität (L) des Hubmagnets (18) bestimmt und diesen mit einem erwarteten Induktivitätsverlauf vergleicht, bis die Induktivität (L) einen vorbestimmten Schwellenwert (126) erreicht hat.
Parksperrenmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zeitliche Bestimmung des Verlaufs der Induktivität (L) des Hubmagneten und der Vergleich mit dem erwarteten Induktivitätsverlauf geschieht, indem eine zeitliche Dauer (Δt) bestimmt wird.
Parksperrenmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktuatoreinheit (16) ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Zylinder (38) mit einer Kolbenstange (44) ist, die mit einer Federkraft in die erste Endstellung vorgespannt ist.
Verfahren (200) zum Verifizieren einer Stellung eines Stößels (20) eines Hubmagnets (18), welcher zum Arretieren einer Parksperrenklinke (14) in einem Parksperrenmechanismus (10) für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, mit den folgenden Schritten: Beaufschlagen einer Aktuatoreinheit (16) mit Energie, um eine Schwenkbewegung (58) der Parksperrenklinke (14) aus einer Raststellung, in der die Parksperrenklinke (14) in ein Parksperrenzahnrad (12) eingreift, das drehfest mit einer Abtriebswelle (13) verbunden ist, in eine geöffnete Stellung zu ermöglichen; Beaufschlagen des Hubmagnets (18) mit Energie, um den Stößel (20) des Hubmagnets (18), der lose mit einem Anker (78) des Hubmagnets (18) in Kontakt steht, über einen Anker (78) des Hubmagnets (18) axial in eine Verriegelungsstellung zu bewegen, in welcher die Parksperrklinke (14) durch den aus dem Hubmagnet (18) vorstehenden Stößel (20) an einem Rückschwenken in die Raststellung gehindert wird; Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs des Stroms (I) und/oder der Spannung einer Spule (74) des Hubmagnets (18) während des Beaufschlagens des Hubmagnets (18) mit Energie; und Vergleich (212, 214) des erfassten, ersten zeitlichen Verlaufs mit einem ersten erwarteten Strom-/Spannungsverlauf, um eine Störung des Bewegungsablaufs des Stößels (20) feststellen zu können.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Hubmagnet (18) nach einem Verstellen der Aktuatoreinheit (16) in Richtung Raststellung zu einem auswählbaren Zeitpunkt abgeschaltet wird, und während des Abschaltvorgangs ein zweiter zeitlicher Verlauf des Stroms (I) und/oder der Spannung (U) erfasst wird, um einen Vergleich mit einem zweiten erwarteten Verlauf durchführen zu können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der zweite zeitliche Verlauf zumindest eine für den Hubmagnet (18) charakteristischen Stromspitze (132) aufweist, die durch eine Gesamtinduktivität (L) des Hubmagnets (18) inklusive dem Stößel (20) definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei aus dem ersten zeitlichen Verlauf des erfassten Stroms (I) und/oder der Spannung (U) ein zeitlicher Verlauf einer Induktivität (L) abgeleitet wird, die anschließend mit einem erwarteten Induktivitätsverlauf beim Einschalten verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die erwarteten zeitlichen Verläufe vorab mittels eines Teach-in-Verfahrens bestimmt und in einer Speichereinrichtung (99) hinterlegt werden.