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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Handschalthebelbaugruppe entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Handschalthebelbaugruppen sind zum Schalten von automatischen oder
auch halbautomatischen Fahrzeuggetrieben bestimmt, bei denen eine
durch den Fahrer eingeleitete Schaltbewegung zunächst beispielsweise
in ein elektrisches Signal umgesetzt wird und erst nach einer Plausibilitätsüberprüfung
an die mit dem Getriebe in Verbindung stehenden Aktuatoren zwecks
Ausführung des Schaltvorgangs weitergeleitet wird. Die Überprüfung findet
nach Maßgabe der aktuellen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs
statt und es wird die Ausführung eines, an diese, in einer
Schaltlogik definierten Bedingungen nicht angepassten Schaltvorgangs
unterdrückt. Zur konstruktiven Darstellung einer solchen
bedingten Sperrfunktion sind unter-schiedliche Systeme bekannt geworden.
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Aus
dem Dokument
WO
2006/125608 A1 ist ein um eine Achse schwenkbar gelagerter
Handschalthebel für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe bekannt,
in dessen Schaltweg zumindest ein Begrenzungselement angeordnet
ist, welches mit einem elektrischen Aktuator in Verbindung steht
und mit der Maßgabe schaltbar ist, dass in Abhängigkeit
von dem aktuell gewählten Schaltzustand des Getriebes bestimmte
Schaltzustände bei der nächsten Auswahl ausgeschlossen
sind. Die Lagerung des Handschalthebels kann multistabil oder monostabil
angelegt sein und es kann das Begrenzungselement beispielsweise
als ein auf einer Welle getragener, über ein Zwischenstück
an dem Handschalthebel anliegender Exzenter ausgebildet sein, der
in Abhängigkeit von seiner Drehwinkelstellung die Schwenkmöglichkeit
des Handschalthebels begrenzt. Dadurch, dass zwei derartige Systeme,
bestehend jeweils aus einem Exzenter, einem zwischengeordneten Getriebe
und einem Aktuator vorgesehen werden, deren jedes einer Schwenkrichtung
des Handschalthebels zuge ordnet ist, sind ausgehend von einer Mittelstellung
in beiden Schwenkrichtungen Schaltzustände definierbar,
die nach Maßgabe einer vorgebbaren Schaltlogik ausgehend
von einem aktuellen Schaltzustand erreichbar bzw. nicht erreichbar
sind. Schließlich kann dieses bekannte System dazu benutzt
werden, den Handschalthebel nach Ausführung eines Schaltvorgangs
automatisch in eine mittlere neutrale Schaltposition zurückzuführen.
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Der
aus dem Dokument
EP
1 464 875 A2 bekannte, für ein automatisches bzw.
semiautomatisches Fahrzeuggetriebe bestimmte Handschalthebel ist
durch eine Schwenkbarkeit um eine Achse nach Maßgabe einer
Darstellung von drei Schaltpositionen gekennzeichnet, zu denen eine
vierte, nämlich eine Park-Position hinzutritt. Letztere
ist durch ein vergleichsweise kompliziertes, einen nach Maßgabe seiner
Stellung einen Anschlag für die Schwenkbewegung des Handschalthebels
in der einen Richtung bildenden Kipphebel, einen, mittels einen
Bowdenzuges betätigbaren Nothebel, und einen, in Abhängigkeit
von seiner Schwenkposition eine Schwenkung des Nothebels sperrenden
Verriegelungshebel umfassendes Verriegelungssystem mechanisch gesichert,
wobei der Kipphebel mittels eines Antriebes um seine Achse schwenkbar
ist und wobei eine weitere, durch den Betriebszustand des Fahrzeugs
gesteuerte Betätigungsvorrichtung für den Verriegelungshebel
vorgesehen ist. Dieses im Übrigen für die Darstellung
eines Tipp-tronic-Betriebes des Handschalthebels konzipierte Verriegelungssystem
als solches übt keine, diesen nach Ausführung
eines Schaltvorganges in eine vorgegebene Schaltposition zurückstellende
Funktion aus. Dieses System gestaltet sich in der Ausführung
relativ kompliziert. Gleiches gilt für das aus dem Dokument
US 2006/0272441 A1 bekannte,
zumindest funktionell vergleichbare System.
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Aus
den Dokumenten
DE 41
18 519 A1 und
DE
100 05 328 A1 sind Schaltvorrichtungen für ein Automatikgetriebe
bekannt, bei denen solche Schaltbewegungen eines Handschalthebels
in einer Schaltgasse, die in Anbetracht des momentanen Betriebszustands
des Fahrzeugs unzulässig sind, durch eine Kulissenführung
in Verbindung mit einem elektromechanisch zu betätigenden
Sperrglied unterbunden werden. Der Handschalthebel ist hiernach
in den jeweiligen Schaltpositionen verrastbar. Diese Systeme erfüllen
lediglich bedingte Sperrfunktionen, wobei Rückstellfunk tionen,
die den Handschalthebel beispielsweise nach Ausführung
eines Schaltvorgangs in eine definierte Position zurückführen,
nicht vorgesehen sind.
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Aus
dem Dokument
US 4,507,736
B ist ein mit einer Verriegelungsscheibe in Wirkverbindung stehender
Handschalthebel für ein halbautomatisches Fahrzeuggetriebe
bekannt, wobei ein elektropneumatisch nach Maßgabe der
Betriebsbedingungen des Fahrzeugs gesteuerter Riegelmechanismus vorgesehen
ist, der über die Verriegelungsscheibe einen gewählten
Schaltvorgang ermöglicht oder sperrt. Der Schaltvorgang
erfolgt mittels besonderer, mit dem Getriebe in Verbindung stehender
Aktuatoren.
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Es
ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Handschalthebelbaugruppe
der eingangs bezeichneten Gattung mit Hinblick auf einen konstruktiv
einfachen modularen Aufbau hin auszugestalten. Gelöst ist
diese Aufgabe bei einer solchen Handschalthebelbaugruppe durch die
Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.
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Die
erfindungsgemäße Handschalthebelbaugruppe ist
durch ein mit dem Handschalthebel in fester Verbindung stehendes
Anschlagelement gekennzeichnet, welches zum Zusammenwirken mit einem
drehbar gelagerten, motorisch antreibbaren Sperrelement eingerichtet
ist, und zwar mit Hinblick auf die Darstellung von hinsichtlich
ihrer Lage im Verlauf des Schaltweges definierten Sperrpositionen, welche
die Schaltbewegung des Handschalthebels begrenzen. Mittels einer
in einer Steuerungseinheit dargestellten, die jeweils aktuellen
Betriebsbedingungen des Fahrzeugs auswertenden Schaltlogik werden
die genannten motorischen Antriebe gesteuert, so dass das Sperrelement
in seine an diese Bedingungen angepasste Sperrposition überführt
wird.
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Zu
einfachen und insbesondere reproduzierbaren Darstellung exakter
Winkelschritte des motorischen Antriebs ist dieser entsprechend
den Merkmalen des Anspruchs 2 als Schrittmotor ausgebildet.
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Aufgrund
der Parallelität der Achsen des Sperrelements sowie des
Handschalthebels entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 ergibt
sich eine kinematisch einfache und übersichtliche Konstruktionsform.
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Die
Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind auf eine konstruktive
Konkretisierung des Sperrelements gerichtet. Dieses ist hiernach
durch ein Verzahnungssegment gekennzeichnet, welches entlang seines
Umfanges eine oder auch mehrere aufeinanderfolgende Rastkanten bildet,
die zum Zusammenwirken mit dem Anschlagelement bestimmt sind. Insbesondere
in Verbindung mit lediglich einer Rastkante ist ein Tipp-tronic-Betrieb
darstellbar.
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Das
Anschlagelement kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 6
mit einer Ausnehmung versehen sein, deren Berandungen Anlageflächen
bilden, mit denen eine Rastkante des Sperrelements in dessen Sperrposition
in einen formschlüssigen Eingriff gelangt.
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Die
Merkmale der Ansprüche 7 bis 9 sind auf die Darstellung
von Positionsgebern, hier von Drehwinkelstellungen gerichtet, und
zwar des Handschalthebels und des Sperrelements. Die hierbei eingesetzten
Positionsgeber sind durch solche Elemente gekennzeichnet, die zur
berührungslosen Abtastung der Drehwinkelstellung der den
Handschalthebel und/oder Sperrelement tragenden Wellen eingerichtet
sind. Diese Positionen werden durch elektrische Signale kodiert
und in der Steuerungseinheit zusammen mit anderen, den Betriebszustand
des Fahrzeugs beschreibenden Informationen verarbeitet und bei der
Generierung von Sperrpositionen beschreibenden Steuersignalen für
das Sperrelement berücksichtigt.
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Gemäß den
Merkmalen der Ansprüche 10 und 11 sind demgegenüber
solche Positionsgeber vorgesehen, bei denen berührend wirksame
Elemente eingesetzt sind, die zur Abtastung der Drehwinkelstellung
der den Handschalthebel tragenden Welle und/oder der das Sperrelement
tragenden Welle eingerichtet sind. Die auf diese Weise ermittelten
Positionen werden wiederum durch elektrische Signale kodiert und
der Steuerungseinheit zugeleitet.
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Auch
durch die Parallelität der Achsen des Schrittmotors sowie
des Sperrelements entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 12 ergibt
sich eine besonders einfache Konstruktionsform, welche den Einsatz
eines Zahnradgetriebes zwischen dem Motor und dem Sperrelement ermöglicht.
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Eine
Handschalthebelbaugruppe kann entsprechend dem vorstehend vorgestellten
Konzept dahingehend angelegt sein, dass der Handschalthebel in einer
Wählgasse ausgehend von einer Anfangsposition, z. B. einer
Parkposition in einer Richtung auslenkbar ist, in der sämtliche
Schaltstufen aufeinander folgen, so dass entlang dieser einen Schwenkrichtung
mittels eines Sperrelements bedingte Sperrpositionen darzustellen
sind, die vom Betriebszustand des Fahrzeugs und der aktuell eingelegten
Fahrtstufe abhängen. In diesem Fall ist nur eine Sperreinrichtung
bestehend aus einem Sperrelement nebst motorischem Antrieb erforderlich.
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Die
Merkmale der Ansprüche 13 bis 15 sind demgegenüber
auf eine Ausgestaltung der Handschalthebelbaugruppe gerichtet, bei
dem der zwei Sperreinrichtungen vorgesehen sind, und zwar zur Darstellung
selektiver, an den Betriebszustand des Fahrzeugs angepassten Sperrpositionen
in beiden Schwenkrichtungen des Handschalthebels. Dessen Ausgangslage
kann hierbei eine Mittellage innerhalb eines Schwenkwinkelbereichs
sein.
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Die
insgesamt darstellbaren Sperrpositionen in beiden Schwenkrichtungen
des Handschalthebels können entsprechend den Merkmalen
des Anspruchs 16 gleich angelegt sein, so dass sich ein symmetrischer
Aufbau ergibt. Nach Maßgabe eines praktischen, von dem
zu schaltenden Getriebe abhängigen Bedürfniss
können diese jedoch auch ungleich angelegt sein.
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Die
Merkmale der Ansprüche 17 bis 19 sind auf weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Baugruppe gerichtet. Insbesondere kommt hiernach
im Rahmen einer jeden Sperreinrichtung ein Schrittmotor zum Antrieb
des Sperrelements zum Einsatz. Die Sperreinrichtungen können
in diesem Konzept somit als einfach austauschbare modulartige Baugruppen betrachtet
werden.
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Die
Darstellung eines Sperrelements entsprechend den Merklmalen des
Anspruchs 20 durch einen Exzenter, der mit einer Anlagefläche
des Anschlagelements zusammenwirkt, bringt den Vorteil mit sich,
dass eine besonders einfache Anpassung der Sperrpositionen des Sperrelements
an andere kinematische Rahmenbedingungen eines anderen Handschalthebels
gegeben ist. Dieses Exzenterkonzept kann auch im Rahmen von beidseitig
bezüglich eines Handschalthebels, beiden Schwenkrichtungen zugeordnet,
eingesetzten Sperreinrichtungen benutzt werden.
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Ein
weitere Nutzung der Sperrelemente, insbesondere deren motorischer
Antriebe ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 21 durch die Darstellung
einer auf den Handschalthebel auszuübenden Rückstellfunktion
zu sehen. Diese Funktion kann mittels der Steuerungseinheit nach
Maßgabe des jeweiligen Getriebe- oder Schaltungskonzepts ausgelöst
werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen
schematisch wiedergegebene Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Handschalthebelbaugruppe;
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2 eine
stirnseitige Ansicht der Handschalthebelbaugruppe entsprechend einer
Blickrichtung II der 1;
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3 bis 5 jeweils
unterschiedliche Schaltstellungen der Handschalthebelbaugruppe gemäß 2.
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Mit 1 ist
in den 1 und 2 ein Handschalthebel bezeichnet,
der als Wählhebel eines Automatikgetriebes konzipiert und
an seinem oberen Ende 2 in an sich bekannter Weise mit
einem zeichnerisch nicht dargestellten Schaltknauf versehen ist. Der
Handschalthebel 1 ist als langgestreckter stabförmiger
Grundkörper ausgebildet und um eine sich im Einbauzustand
quer zu einer Fahrzeuglängsachse erstreckende Achse 3 schwenkbar
in einem ebenfalls nicht dargestellten fahrzeugfesten Schalthebelgehäuse
gelagert.
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Mit 4, 5 sind
beiderseits des Handschalthebels 1 in dem Schalthebelgehäuse
fest angeordnete Schrittmotoren bezeichnet, welche jeweils über
ein auf ihren, sich parallel zu der Achse 3 erstreckenden Abtriebswellen
angeordnetes Zahnrad 8, 9 mit einem, auf einer,
sich ebenfalls parallel zu der Achse 3 erstreckenden Welle 10, 11 befindlichen
Zahnradsegment 6, 7 in Antriebsverbindung stehen.
Die Wellen 10, 11 sind in dem Schalthebelgehäuse
gelagert.
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Mit 12, 13 sind
Sperrelemente bezeichnet, die mit den Wellen 10, 11 drehschlüssig
verbunden und um deren Achsen 14, 15 mittels der
Schrittmotoren 4, 5 antreibbar sind.
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Ein
jedes der Sperrelemente 12, 13 ist durch ein exzentrisch
verlaufendes Verzahnungssegment 16, 17 gekennzeichnet,
dessen Zahnprofil zum Eingriff mit einem, mit dem Handschalthebel 1 in
fester Verbindung stehenden Anschlagelement 18 bestimmt
und eingerichtet ist. Das Anschlagelement 18 ist zu diesem
Zweck beidseitig mit einer Ausnehmung 19 versehen, deren
jeweils obere, sich parallel zu der Achse 3 erstreckende
Längskanten als Anlageflächen für die
Verzahnungssegmente 16, 17 fungieren.
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Mit 20, 21 sind
Torsionsfedern bezeichnet, die mit den Wellen 10, 11 in
Wirkverbindung stehen und mittels welchen die Sperrelemente 12, 13 in
ihrer, in den 1, 2 gezeigten
Ausgangslage symmetrisch an der genannten Anlagefläche
der Ausnehmungen 19 über ihre Verzahnungssegmente 16, 17 spielfrei
anliegend gehalten werden. Der Handschalthebel befindet sich in
einer Mittelstellung, wobei in dieser Stellung der Sperrelemente
jede Bewegung des Handschalthebels blockiert wird.
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Die
den Handschalthebel 1 tragende Welle 23 ist beispielsweise
mit berührungslos, z. B. induktiv oder optisch abtastbaren
Elementen, z. B. Magneten ausgerüstet, welche ein Erkennen
deren Drehwinkelstellung und damit einer Schaltstellung des Handschalthebels 1 ermöglichen.
Hierzu ist ein ortsfest angeordneter, mit diesen Elementen in Wirkverbindung stehender
Sensor, z. B. ein Hallsensor vorgesehen. Die auf diese Weise ermittelte
Schaltstellung wird durch ein elektrisches Signal kodiert und einer
Steuerungseinheit zugeführt.
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In
vergleichbarer Weise sind die Wellen 10, 11 mit
berührungslos abtastbaren Elementen ausgerüstet, über
welche die Drehwinkelstellung der Sperrelemente 12, 13 erkennbar
und durch elektrische Signale darstellbar sind. Diese Signale werden einer
Steuerungseinheit zugeführt.
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Alternativ
können die Drehwinkelstellung der den Handschalthebel tragenden
Welle und / oder die Drehwinkelstellung der das Sperrelement tragenden Welle
unter Verwendung berührend wirksamer Techniken ermittelt
werden.
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Die
Steuerungseinheit umfasst u. a. eine Schaltlogik, in der auf der
Grundlage aktueller Betriebsbedingen des Fahrzeugs, z. B. Geschwindigkeit,
Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt, Last-
oder Schubbetrieb usw., jedoch auch der aktuellen Stellungen des
Handschalthebels zulässige und unzulässige Schaltbewegungen
gespeichert sind, welche die Grundlage der eingangs genannten Plausibiltätsprüfung
bilden, wobei nach Maßgabe des Ergebnisses dieser Prüfung
die Schrittmotoren 4, 5 angesteuert werden, um
die Sperrelemente 12, 13 eine diesen Betriebsbedingungen
angepasste Stellung zu überführen. Die auf diese
Weise dargestellten Sperrpositionen begrenzen mögliche
Schaltbewegungen des Handschalthebels.
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Zu
Erläuterung der Wirkungsweise der Sperrelemente 12, 13 wird
im Folgenden ergänzend auf die 3 bis 5 Bezug
genommen, in denen Bezugsziffern benutzt werden, die denjenigen
der 1 und 2 entsprechen.
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Ein
jedes der Verzahnungssegmente 16, 17 besteht aus
mehreren, in Umfangsrichtung der Wellen 10, 11 aufeinander
folgenden Rastkanten 24, die zur Darstellung einer Sperrwirkung
zur Anlage an der genannten oberen Längskante der Ausnehmung 19 eingerichtet
sind. Dieser Anlagezustand verhindert in der in den 2 und 3 gezeigten,
zu der Mittelebene 22 symmetrischen Drehwinkelposition
der Sperrelemente 12, 13 jegliche Schaltbewegung
des Handschalthebels 1 um die Achse 3.
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Die
Schrittmotoren 4, 5 sind unabhängig voneinander
steuerbar, wobei gemäß 4 der rechte Schrittmotor 5 um
ein Winkelelement im Uhrzeigersinn gegenüber 3 gedreht
worden ist und die unterste Rastkante 24 von der Längskante
der Ausnehmung 19 entfernt worden ist. Die nächstfolgende Rastkante 25 bildet
nunmehr eine neue Grenze für eine mögliche Schwenkbewegung
des Handschalthebels 1 um die Achse 3. Das genannte
Winkelelement des Schrittmotors 5 ist in Abstimmung mit
dem Profilverlauf des Verzahnungssegments 13 mit der Maßgabe
angelegt, dass in dieser Stellung gemäß 4 der
Handschalthebel 1 um eine Schaltstufe im Uhrzeigersinn
um die Achse 3 bewegt werden kann. Eine Bewegung des Handschalthebels 1 entgegen dem
Uhrzeigersinn aus der Mittelstellung heraus ist hingegen aufgrund
der unveränderten Position des Schrittmotors 4 weiterhin
blockiert.
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In 5 ist
der rechte Schrittmotor 5 um drei Winkelelemente im Uhrzeigersinn
gedreht worden, so dass nunmehr eine auf eine Rastkante 26 folgende
Rastkante 27 eine Grenze für mögliche
Schaltbewegungen des Handschalthebels 1 bildet. Dies bedeutet,
dass der Handschalthebel nunmehr um bis zu drei Schaltstufen im
Uhrzeigersinn um die Achse 3 bewegt werden kann. Die Rastkante 26 folgt
unmittelbar auf die vorstehend bereits erwähne Rastkante 25.
Eine Bewegung des Handschalthebels aus der Mittelstellung um die
Achse 3 entgegen dem Uhrzeigersinn bleibt aufgrund der
unveränderten Stellung des Schrittmotors 4 weiterhin
blockiert.
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Die
Anordnung der Schrittmotoren 4, 5 steht mit der
genannten Steuerungseinheit in Verbindung, durch welche in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Fahrzeugs die Drehwinkelstellungen der Sperrelemente 12, 13 und
damit die Sperrpositionen bzw. die jeweils freigegebenen Schaltbewegungen
festgelegt werden. Der Handschalthebel 1 kann hierbei in den
jeweils angewählten Schaltstellungen verrastbar sein. Besonders
vorteilhaft kann mittels der Schrittmotoren 4, 5 jedoch
auch nach Maßgabe von durch die Steuerungseinheit vorgegebenen
Betriebsbedingungen eine Rücküberführung
des Handschalthebels 1 in die in den 2 und 3 gezeigte
Mittelstellung eingerichtet sein.
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Diese
Handschalthebelbaugruppe ist grundsätzlich für
einen Tipp-Tronic-Betrieb nutzbar.
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- 1
- Handschalthebel
- 2
- Ende
- 3
- Achse
- 4
- Schrittmotor
- 5
- Schrittmotor
- 6
- Zahnradsegment
- 7
- Zahnradsegment
- 8
- Zahnrad
- 9
- Zahnrad
- 10
- Welle
- 11
- Welle
- 12
- Sperrelement
- 13
- Sperrelement
- 14
- Achse
- 15
- Achse
- 16
- Verzahnungssegment
- 17
- Verzahnungssegment
- 18
- Anschlagelement
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Torsionsfeder
- 21
- Torsionsfeder
- 22
- Mittelebene
- 23
- Welle
- 24
- Rastkante
- 25
- Rastkante
- 26
- Rastkante
- 27
- Rastkante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/125608
A1 [0003]
- - EP 1464875 A2 [0004]
- - US 2006/0272441 A1 [0004]
- - DE 4118519 A1 [0005]
- - DE 10005328 A1 [0005]
- - US 4507736 B [0006]