-
Die Erfindung betrifft eine Rast- und Sensoreinrichtung für ein Schaltgetriebe, mit einem auf einer Schaltwelle angeordneten Schaltgebirge, einem verschiebbar in einem Gehäuse gelagerten Rastelement, das elastisch gegen das Schaltgebirge vorgespannt ist, und einem Sensor zur Messung des Weges, den das Rastelement relativ zum Gehäuse zurücklegt, während es das Schaltgebirge abfährt.
-
Eine Rast- und Sensoreinrichtung dieser Art wird in
WO 2010/006781 A1 beschrieben. Wenn der Fahrer eines Fahrzeugs den Schalthebel innerhalb der Neutralstellung bewegt, um ihn in eine Position zum Einlegen eines Ganges zu bringen, so bewegen sich die Schaltwelle und das darauf angeordnete Schaltgebirge in Axialrichtung, und das Rastelement durchfährt eine sogenannte Neutralgasse des Schaltgebirges. Wenn der Fahrer dann den gewünschten Gang einlegt, so wird die Schaltwelle gedreht, und das Rastelement läuft auf ein erhöhtes Plateau des Schaltgebirges auf und fällt dann in eine Rastmulde ein, so dass es die Schaltwelle in der gewählten Position hält. Jeder Getriebestufe (jedem Gang) ist ein Plateau zugeordnet, das sich in der Höhe etwas von den Plateaus der übrigen Getriebestufen unterscheidet. Der Sensor misst den Weg, den das Rastelement in Radialrichtung der Schaltwelle zurücklegt, während es sich aus der Neutralgase auf das Plateau bewegt, und liefert so ein elektronisches Signal, das es erlaubt, die Höhe des Plateaus quantitativ zu bestimmen und anhand dieser Höhe die gewählte Getriebestufe zu identifizieren. Die Information über die gewählte Getriebestufe kann dann innerhalb des Motormanagements des Fahrzeugs oder im Rahmen einer Fahrerassistenzfunktion genutzt werden.
-
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rast- und Sensoreinrichtung zu schaffen, die ein früheres Erkennen der vom Fahrer gewählten Getriebestufe erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Rast- und Sensoreinrichtung mit allen Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Synchrongetriebe mit allen Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Erfindungsgemäß weist die Kontur des Schaltgebirges für mindestens eine Schaltposition eine Unstetigkeitsstelle auf, die von dem Rastelement überfahren wird, wenn dieses sich aus einer Neutralgasse auf ein der betreffenden Schaltposition zugeordnetes Plateau bewegt.
-
Das von dem Sensor gelieferte Wegsignal ist insofern mehrdeutig, als die mit dem Sensor aufgenommene Weg/Zeitkurve nicht nur von der Kontur des Schaltgebirges, sondern auch von den vom Fahrer kontrollierten Bewegungen des Schalthebels und der Schaltwelle abhängig ist. Wenn der Sensor eine Weg/Zeit-Kurve aufnimmt, die dem Höhenprofil des Schaltgebirges auf dem Weg von der Neutralgasse auf ein Plateau entspricht, so kann dies zwar bedeuten, dass der Fahrer den Gang eingelegt hat, dessen Höhe durch das Plateau angegeben wird, doch könnte sich die gleiche Weg/Zeitkurve auch dadurch ergeben, dass sich das Rastelement an einer anderen Stelle der Neutralgasse vor einem höheren Plateau befindet und der Fahrer kurz vor Erreichen dieses Plateaus den Schalthebel festhält. Bei der herkömmlichen Rast- und Sensoreinrichtung lässt sich deshalb erst dann entscheiden, welche Getriebestufe der Fahrer gewählt hat, wenn das Rastelement in die Rastmulde auf dem betreffenden Plateau eingefallen ist und dort verbleibt. Bei der erfindungsgemäßen Rast- und Sensoreinrichtung verursacht dagegen die Unstetigkeitsstelle eine sprunghafte Änderung des Wegsignals, die für manuell vom Fahrer gesteuerte Bewegungen des Schalthebels völlig untypisch ist und deshalb nur dadurch verursacht werden kann, dass das Rastelement die Unstetigkeitsstelle überfährt. Bei der Auswertung des Wegsignals lässt sich daher anhand der sprunghaften Änderung sicher erkennen, dass das Rastelement wirklich ein Plateau erreicht hat, und anhand der Höhe dieses Plateaus oder wahlweise auch anhand der Höhe des durch die Unstetigkeitsstelle verursachten Sprunges lässt sich die Getriebestufe identifizieren, zu der dieses Plateau gehört.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Eine noch frühere Erkennung der gewählten Getriebestufe lässt sich dadurch erreichten, dass charakteristische Muster von Unstetigkeitsstellen auch auf den Flanken, die von der Neutralgasse auf die verschiedenen Plateaus führen, und/oder auf dem Boden der Neutralgasse angeordnet werden.
-
Auf diese Weise kann die gewählte Getriebestufe schon erkannt werden, bevor der Fahrer den Gang endgültig eingelegt hat und das Rastelement in der Rastmulde eingefallen ist. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, die gewählte Getriebestufe schon in einem Stadium zu erkennen, in dem die beteiligten Getriebezahnräder noch nicht miteinander synchronisiert sind oder die Synchronisation gerade erst beginnt. Das erlaubt es dem Motormanagement, die Drehzahl des Motors schon vor oder während der Synchronisation so anzupassen, dass ein Gleichlauf zwischen den beteiligten Getriebezahnrädern erreicht wird und somit ein besonders sanfter und getriebeschonender Wechsel der Getriebestufe ermöglicht wird. Im Extremfall kann sogar ein kupplungsfreies Schalten ermöglicht werden.
-
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 einen schematischen Teilschnitt einer Rast- und Sensoreinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe;
-
2 eine perspektivische Ansicht eines Schaltgebirges;
-
3 bis 6 Weg- und Geschwindigkeits/Zeit-Kurven beim Abfahren unterschiedlicher Wege auf dem Schaltgebirge nach 2; und
-
7 bis 10 Beispiele für unterschiedliche Konturen des Schaltgebirges.
-
In 1 ist ein Teil eines Gehäuses 10 gezeigt, in dem eine Schaltwelle 12 eines Kraftfahrzeuggetriebes drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Auf dem Umfang der Schaltwelle 12 ist ein Schaltgebirge 14 gebildet, das von einem Rastelement 16 abgefahren wird, wenn der Fahrer des Fahrzeugs mit Hilfe eines Schalthebels die Schaltwelle 12 axial verschiebt und/oder dreht, um eine Getriebestufe zu wählen. Das Rastelement 16 ist eine Kugel, die drehbar am Ende eines Stößels 18 gelagert ist. Der Stößel 18 ist seinerseits verschiebbar in einem Sensorgehäuse 20 gelagert, das in der Wand des Gehäuses 10 befestigt und radial in Bezug auf die Schaltwelle 12 orientiert ist. Eine Feder 22 spannt den Stößel 18 in Richtung auf die Schaltwelle 12 vor, so dass das Rastelement 16 stets auf der Oberfläche des Schaltgebirges 14 abrollt.
-
Das Sensorgehäuse 20 enthält außerdem einen Sensor 24 zur Messung des Weges, den das Rastelement 16 und der Stößel 18 relativ zu dem Gehäuse 10 zurücklegen.
-
Das Schaltgebirge 14 bildet eine Neutralgasse 26, die in Axialrichtung der Schaltwelle 12 verläuft, sowie beiderseits der Neutralgasse 26 mehrere Plateaus 28, 30, 32, 34, die jeweils einer Getriebestufe des Getriebes zugeordnet sind. Jedes Plateau bildet eine Rastmulde 36, in die das Rastelement 16 einfällt, um die Schaltwelle in der jeweils gewählten Getriebeposition zu arretieren.
-
Die Höhe der Plateaus 28–34 sind von Getriebestufe zu Getriebestufe verschieden. Wenn sich das Rastelement 16 in einer der Rastmulden 36 befindet, kann somit anhand des Wegsignals des Sensors 24 festgestellt werden, auf welchem Plateau sich das Rastelement befindet, d.h., welche Getriebestufe eingelegt ist.
-
An den Übergangsstellen zwischen der Neutralgasse 26 und jedem der Plateaus 28–34 ist eine Unstetigkeitsstelle 38 gebildet, an der sich die Höhe der Kontur des Schaltgebirges sprunghaft ändert.
-
In 2 ist die Oberfläche des Schaltgebirges 14 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Außer der Neutralgasse 26 und den bereits erwähnten Plateaus 28–34 sind hier weitere Plateaus 40, 42 und 44 zu erkennen. Beispielsweise entsprechen die Plateaus 28, 30, 32, 34, 40 und 42 in dieser Reihenfolge dem ersten bis sechsten Vorwärtsgang, während das Plateau 44 dem Rückwärtsgang zugeordnet ist.
-
In 2 ist außerdem ein Pfad 46 gezeigt, auf dem sich der Aufstandspunkt des Rastelements 16 auf der Kontur des Schaltgebirges 14 bewegt, wenn der Fahrer aus der Neutralstellung in den ersten Gang schaltet. Eine zugehörige Weg/Zeit-Kurve 46a (s(t)) ist in 3 gezeigt. Das Rastelement läuft zunächst die Flanke der Neutralgasse 26 hinauf, so dass der Weg s zunimmt, und erreicht dann das Plateau 28, auf dem der Weg s nicht weiter zunimmt. Kurz nach Erreichen des Plateaus 28 überschreitet das Rastelement die Unstetigkeitsstelle 38, so dass der Weg s sprunghaft um einen bestimmten Betrag wieder abnimmt, wie in 3 durch eine Stufe 48 in der Weg/Zeit-Kurve illustriert wird. Die obere Schulter der Stufe 48 ist aufgrund der Kugelgestalt des Rastelements 16 leicht verrundet und stellt die Abwärtsbewegung des Rastelements dar, während dieses über die obere Kante der Unstetigkeitsstelle 38 rollt. Danach setzt die Rastkugel mit ihrem unteren Scheitelpunkt hart auf dem Plateau 28 auf, so dass die Kurve 46a nach dem abrupten Abfall an der Stufe 48 abrupt in einen waagerechten Abschnitt übergeht, dessen Höhe der Höhe des Plateaus 28 entspricht.
-
Zum Vergleich zeigt 2 auch einen anderen denkbaren Pfad 50, der beispielsweise dann entsteht, wenn der Fahrer zunächst beabsichtigt, den Rückwärtsgang einzulegen, sich dann jedoch anders besinnt und den Schalthebel nicht weiter in die Rückwärtsposition bewegt, sondern ihn nur in Wählrichtung längs der Neutralgasse bewegt und dann wieder leicht in Richtung auf die Neutralstellung zurücknimmt. 4 zeigt eine entsprechende Weg-/Zeit-Kurve 50a. Auch diese Kurve steigt zunächst an, wenn das Rastelement die Flanke der Neutralgasse 26 hinaufläuft, und bleibt dann konstant, weil der Fahrer die Schaltbewegung kurz vor Erreichen des Plateaus 44 abbricht. Das leichte Zurücknehmen des Schalthebels in Richtung auf die Neutralstellung wird in 4 durch eine Stufe 52 repräsentiert.
-
Ein Vergleich der 3 und 4 zeigt, dass die Kurven 46a und 50a nahezu identisch sind, sich jedoch in der Form der Stufen 48, 52 unterscheiden. Bei der Kurve 46a fällt das Wegsignal an der Stufe 48 wesentlich abrupter ab, und insbesondere ergibt sich ein abrupter Übergang am unteren Ende dieser Stufe. Solche abrupte Bewegungen wird der Fahrer durch manuelle Betätigung des Schalthebels kaum auslösen können. Selbst wenn der Fahrer zufällig mit dem Schalthebel eine Bewegung ausführen sollte, die dem Überfahren der Unstetigkeitsstelle 38 ähnelt, wären die Übergänge doch wesentlich sanfter und fließender, wie bei der Stufe 52, und nicht so abrupt wie bei der Stufe 48, die durch die Unstetigkeitsstelle 38 hervorgerufen wird. Besonders deutlich zeigen sich die Unterschiede, wenn man die Ableitungen der Weg/Zeit-Kurven 46a und 50a betrachtet, die in 5 und 6 dargestellt und mit 46b und 50b bezeichnet sind. Die Kurve 46b weist an der Unstetigkeitsstelle einen scharfen Zacken 54 auf, entsprechend einer dem Betrage nach verhältnismäßig großen negativen Geschwindigkeit, gefolgt von einer sprunghaften (unstetigen) Rückkehr auf den Wert null. Stattdessen zeigt die Kurve 50b des Schaltgebirges nur eine wesentlich sanftere Delle 56.
-
Wann immer in der Weg/Zeit-Kurve ein „Zacken“ entsprechend dem Zacken 54 detektiert wird, lässt sich daher feststellen, dass das Rastelement 16 die Unstetigkeitsstelle 38 zwischen der Neutralgasse 26 und einem der Plateaus überschritten hat und somit der Fahrer im Begriff ist, den betreffenden Gang einzulegen. Der Gang kann entweder an der Höhe des Plateaus oder an der Tiefe der Stufe 48 erkannt werden.
-
Zur Detektion der „Zacken“ in der Weg/Zeit-Kurve ist es bei der elektronischen Auswertung beispielsweise möglich, die zweite Ableitung des Weg/Zeit-Signals zu bilden, die die Beschleunigung des Rastelements in der Richtung radial zur Schaltwelle 12 angibt, und zu prüfen, ob diese Beschleunigung einen bestimmten positiven Schwellenwert überschreitet. Dieser Schwellenwert wird nur dann überschritten, wenn das Rastelement nach dem Überrollen der Unstetigkeitsstelle 38 hart auf der Oberfläche des Plateaus aufsetzt.
-
In 1 ist der Übergang des Rastelements 16 von der Neutralstellung in die Rastmulde 36 des Plateaus 34 für den vierten Gang symbolisch in drei Phasen I, II und III unterteilt. In Phase I läuft das Rastelement die Flanke der Neutralgasse 26 hinauf. In dieser Phase ist noch nicht erkennbar, welchen Gang der Fahrer einlegen will. Phase II beginnt mit dem Überschreiten der Unstetigkeitsstelle 38. In dieser Phase treten die Synchronringe des Getriebes miteinander in Reibberührung, um Gleichlauf zwischen der Schaltmuffe und dem mit ihr zu koppelnden Getriebezahnrad herzustellen. Da die Getriebestufe, die der Fahrer wählen will, schon zu Beginn dieser Phase II bekannt ist, kann die Synchronisation durch entsprechende Steuerung der Motordrehzahl oder ggf. auch durch gezieltes Abbremsen einzelner Getriebeelemente unterstützt werden. Am Ende der Phase II ist der Gleichlauf zwischen den Getriebeelementen hergestellt, und in Phase III wird dann die Schaltmuffe des Getriebes sanft mit dem Klauenring des einzukuppelnden Getriebezahnrads in Eingriff gebracht, während das Rastelement 16 in die Rastmulde 36 einfällt.
-
Eine andere mögliche Gestaltung des Schaltgebirges 14 ist in 7 und 8 dargestellt.
-
In 7 sind auf der Flanke, die von der Neutralgasse 26 auf das Plateau 34 führt, drei zusätzliche Unstetigkeitsstellen 38' gebildet, zwischen denen jeweils die Höhendifferenz Δh1 besteht. Diese Höhendifferenz ist für das Plateau 34 charakteristisch. Zum Vergleich zeigt 8 die Flanke, die von der Neutralgasse 26 auf das Plateau 42 führt. Hier sind nur zwei zusätzliche Unstetigkeitsstellen 38' vorgesehen, die eine andere Höhendifferenz Δh2 haben.
-
Bei dieser Ausführungsform kann somit bereits in der Phase, in der sich das Rastelement 16 über die zu dem jeweiligen Plateau führende Flanke bewegt, anhand der charakteristischen Höhendifferenzen Δh1, Δh2 zwischen den Unstetigkeitsstellen 38' festgestellt werden, welchen Gang der Fahrer zu wählen beabsichtigt. Die Erfassung der Unstetigkeitsstelle 38 am Beginn des Plateaus bestätigt dann, dass das gewählte Plateau tatsächlich erreicht wurde.
-
In einer anderen Ausführungsform können Unstetigkeitsstellen 38'' auch auf dem "Tal-Grund" der Neutralgasse 26 angeordnet sein, beispielsweise in der Form von Rillen oder Nuten 58, die sich in Umfangsrichtung der Schaltwelle erstrecken und somit von dem Rastelement 16 überfahren werden, während dieses sich in Längsrichtung der Neutralgasse 26 bewegt, also während die Schaltwelle in axialer Richtung bewegt wird. Anhand eines charakteristischen Musters der Abstände und/oder Tiefen der Nuten 58 kann dann erkannt werden, welchen Teil der Neutralgasse 26 das Rastelement 16 gerade durchfährt. In dem in 9 gezeigten Beispiel haben alle Nuten 58 die gleiche Tiefe. Zum Vergleich zeigt 10 ein Beispiel für einen Abschnitt der Neutralgasse 26, in dem flachere Nuten 58 und tiefere Nuten 60 miteinander abwechseln. Dieses Muster lässt sich von dem in 9 gezeigten Muster unterscheiden, unabhängig davon, mit welcher Geschwindigkeit die Schaltwelle in axialer Richtung bewegt wird.
-
Auf entsprechende Weise kann für jeden Abschnitt der Neutralgasse 26, von dem aus zwei Plateaus (beispielsweise 40 und 42; 32 und 34; 28 und 30 oder 44 und 30 in 2) erreichbar sind, ein charakteristisches Muster von Unstetigkeitsstellen 38'' vorgesehen werden, so dass dann, wenn die Schaltwelle gedreht wird und das Rastelement 16 eine der Flanken hinaufläuft, nur noch unterschieden werden muss, beispielsweise anhand einer Unstetigkeitsstelle 38' auf der Flanke, um welche der beiden Flanken es sich handelt.
