DE102012203095B4 - Actuating device for selecting a gear stage of a transmission - Google Patents

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Abstract

Betätigungseinrichtung zur Auswahl von Schaltstufen eines elektromechanischen oder eines Shift-by-Wire-Gangwechselgetriebes, umfassend einen bewegbaren Gangwahlschalter (10) mit monostabilen und/oder bistabilen Schalterstellungen, wobei eine Haptik für die Verstellbewegung des Gangwahlschalters (10) durch zumindest einen rheologischen Aktuator (30) mit einem rheologischen Fluid (34) erzeugt ist, undwobei der rheologische Aktuator (30) einen steuerbaren Elektromagneten (35) umfasst, dessen magnetische Feldstärke durch Ansteuerung variiert werden kann, wobei die Viskosität des Fluids (34) durch Ansteuerung des Elektromagneten (35) variierbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassder rheologische Aktuator (30) einen Permanentmagneten (31) umfasst, durch den das Fluid (34) in eine Grundviskosität versetzt ist, um bei nicht angesteuertem Elektromagneten (35) eine Fixierung des Gangwahlschalters (10) zu bewirken, wobei der Permanentmagnet (31) und der Elektromagnet (35) auf gegenüberliegenden Seiten der Lamellenstruktur aus der zumindest einen Statorfläche (32) und der zumindest einen weiteren Fläche (15) angeordnet sind.Actuating device for selecting gear stages of an electromechanical or shift-by-wire gear change transmission, comprising a movable gear selector switch (10) with monostable and/or bistable switch positions, wherein a haptic for the adjustment movement of the gear selector switch (10) is generated by at least one rheological actuator (30) with a rheological fluid (34), and wherein the rheological actuator (30) comprises a controllable electromagnet (35), the magnetic field strength of which can be varied by control, wherein the viscosity of the fluid (34) can be varied by control of the electromagnet (35), characterized in that the rheological actuator (30) comprises a permanent magnet (31) by which the fluid (34) is set to a basic viscosity in order to fix the gear selector switch (10) when the electromagnet (35) is not controlled, wherein the permanent magnet (31) and the Electromagnet (35) are arranged on opposite sides of the lamellar structure consisting of the at least one stator surface (32) and the at least one further surface (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung zur Auswahl von Schaltstufen eines elektromechanischen oder eines Shift-by-Wire-Gangwechselgetriebes.The invention relates to an actuating device for selecting gear stages of an electromechanical or shift-by-wire gear change transmission.

Gangwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise mittels einer im Griffbereich des Fahrers angeordneten Betätigungseinrichtung gesteuert bzw. geschaltet. Regelmäßig kommen hierzu Betätigungselemente, wie Schalthebel oder Wählhebel zum Einsatz, die üblicherweise zwischen den Frontsitzen des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.Gear change transmissions in motor vehicles are usually controlled or switched using an operating device located within the driver's reach. Operating elements such as gearshift levers or selector levers are regularly used for this purpose and are usually located between the front seats of the vehicle.

Die konstruktiven und ergonomischen Anforderungen an solche Betätigungseinrichtungen bzw. Wählhebel für Gangwechselgetriebe sind dabei vielfältig. Um beispielsweise dem Fahrer aus Gründen der Sicherheit und Ergonomie ein realistisches Gefühl der Getriebebetätigung zu vermitteln, wird für gattungsgemäße Betätigungseinrichtungen gefordert, dass dem Fahrer sowohl optische wie auch klare haptische bzw. taktile Rückmeldungen vermittelt werden. Hieraus soll der Fahrer bei der Betätigung des Wählhebels auf den im Getriebe tatsächlich erfolgten Schaltvorgang schließen können. Ebenso soll es für den Fahrer möglich sein, mit einem Blick oder einem Griff zum Wählhebel intuitiv den momentanen Schaltzustands des Getriebes erfassen zu können.The design and ergonomic requirements for such operating devices or selector levers for gear change transmissions are varied. For example, in order to give the driver a realistic feeling of operating the transmission for reasons of safety and ergonomics, it is required for operating devices of this type that the driver is given both visual and clear haptic or tactile feedback. From this, the driver should be able to deduce the actual gear shifting process that has taken place in the transmission when operating the selector lever. It should also be possible for the driver to intuitively determine the current gear shifting state of the transmission by looking at or reaching for the selector lever.

Es ist somit wünschenswert, dem Fahrer anhand der jeweiligen Momentanposition bzw. Winkelstellung des Wählhebels eine klare optische und haptische Rückmeldung über den aktuellen Getriebezustand bzw. über die tatsächlich eingelegte Fahrstufe zu vermitteln.It is therefore desirable to provide the driver with clear visual and haptic feedback on the current transmission status or the gear actually engaged based on the current position or angle of the selector lever.

Im Fall einer mechanischen Getriebebetätigung bzw. einer mechanischen Kopplung zwischen Wählhebel und Gangwechselgetriebe - beispielsweise mittels Seilzug oder Gestänge - stimmt dabei die Wählhebelstellung aufgrund der dort mechanischen Kopplung stets mit der tatsächlichen Getriebestellung überein. Da mechanisch betätigte Gangwechselgetriebe im Allgemeinen multistabil sind (die Getriebeschaltstellung ist stabil in mehreren bzw. allen Positionen, verändert sich also nicht selbsttätig), ist auch der zugehörige Wählhebel multistabil und verbleibt somit ebenso wie das Gangwechselgetriebe stets in der jeweils vom Fahrer eingelegten Stellung bzw. Gangstufe.In the case of mechanical gear operation or a mechanical coupling between the selector lever and the gear change gearbox - for example by means of a cable or rod - the selector lever position always corresponds to the actual gear position due to the mechanical coupling there. Since mechanically operated gear change gearboxes are generally multi-stable (the gear shift position is stable in several or all positions, i.e. does not change automatically), the associated selector lever is also multi-stable and thus, like the gear change gearbox, always remains in the position or gear selected by the driver.

Der Fahrer kann demzufolge einerseits von der jeweiligen Wählhebelstellung auf den aktuellen Schaltzustand des Getriebes schließen bzw. anhand der Wählhebelstellung die im Getriebe jeweils eingelegte Fahrstufe erkennen, und sich andererseits darauf verlassen, dass die Wählhebelstellung nicht vom tatsächlichen Schaltzustand des Getriebes abweicht.The driver can therefore, on the one hand, deduce the current gearshift state of the transmission from the respective selector lever position or, based on the selector lever position, recognize the gear currently engaged in the transmission, and, on the other hand, rely on the selector lever position not deviating from the actual gearshift state of the transmission.

Im Fall der zunehmend eingesetzten elektromechanischen Betätigung oder der sog. Shift-by-Wire-Betätigung von Gangwechselgetrieben existiert jedoch keine mechanische Kopplung mehr zwischen dem Betätigungselement bzw. Wählhebel in der Fahrgastzelle und dem Kraftfahrzeuggetriebe im Motorraum. Vielmehr erfolgt die Übertragung der Schaltbefehle von der Betätigungseinrichtung zum Kraftfahrzeuggetriebe im Falle der „Shift-by-Wire“-gesteuerten Getriebe zumeist ausschließlich mittels elektrischer oder elektronischer Signale und mittels anschließender zumeist elektrohydraulischer Umsetzung der Schaltbefehle. Dies gilt teilweise sowohl für moderne Schalt- bzw. Gangwechselgetriebe, insbesondere jedoch für die aktuellen Generationen der Automatikgetriebe, welche zumeist komplett aktuatorisch fernbetätigt werden.However, in the case of the increasingly used electromechanical actuation or the so-called shift-by-wire actuation of gear change transmissions, there is no longer any mechanical coupling between the actuating element or selector lever in the passenger compartment and the motor vehicle transmission in the engine compartment. Rather, in the case of "shift-by-wire" controlled transmissions, the transmission of the shift commands from the actuating device to the motor vehicle transmission is usually carried out exclusively by means of electrical or electronic signals and by means of subsequent, mostly electrohydraulic, implementation of the shift commands. This applies in part to both modern manual and gear change transmissions, but in particular to the current generations of automatic transmissions, which are mostly operated completely remotely by actuators.

Im Fall der By-Wire-betätigten Gangwechselgetriebe kann die fehlende mechanische Verbindung zwischen der Getriebeaktuatorik und dem Wählhebel jedoch dazu führen, dass die Wählhebelstellung unter bestimmten Rahmenbedingungen oder im Fehlerfall nicht mehr mit dem Schaltzustand des Getriebes übereinstimmt.In the case of by-wire operated gear change transmissions, however, the lack of a mechanical connection between the transmission actuator and the selector lever can lead to the selector lever position no longer matching the shift state of the transmission under certain conditions or in the event of a fault.

So weisen moderne Automatikgetriebe im Allgemeinen eine sog. Auto-P-Funktion auf, die dafür sorgt, dass beim Verlassen des Fahrzeugs gegebenenfalls automatisch die Parksperre im Getriebe eingelegt wird, um so etwa ein Wegrollen des unbeaufsichtigten Fahrzeugs zu unterbinden, falls der Fahrer das Einlegen der Parksperre vor dem Verlassen des Fahrzeugs versäumt hat. Die Auto-P-Funktion, die insbesondere dann selbsttätig in Aktion tritt, wenn der Zündschlüssel abgezogen oder das Fahrzeug verlassen wird, sorgt mit anderen Worten für das automatische Einlegen der Parksperre im Getriebe, und zwar unabhängig von der tatsächlich am Wählhebel angewählten Fahrstufe. Die Parksperre wird durch die Auto-P-Funktion des Getriebes bzw. des Fahrzeugs somit dann eingelegt, wenn der Wählhebel vom Fahrer beispielsweise in die Neutralstellung, in einer etwa vorhandenen Tippgasse oder in einer der Fahrstufenstellungen belassen wurde.Modern automatic transmissions generally have a so-called Auto-P function, which ensures that the parking lock in the transmission is automatically engaged when the vehicle is left behind, for example to prevent the unattended vehicle from rolling away if the driver has neglected to engage the parking lock before leaving the vehicle. In other words, the Auto-P function, which is activated automatically when the ignition key is removed or the vehicle is left behind, ensures that the parking lock in the transmission is automatically engaged, regardless of the gear actually selected on the selector lever. The parking lock is therefore engaged by the Auto-P function of the transmission or the vehicle when the driver has left the selector lever in the neutral position, in a possibly existing tipping gate, or in one of the gear positions.

Um eine Diskrepanz zwischen einer Wählhebelstellung und dem Getriebezustand zu vermeiden, welche zu unerwünschten Fehlbedienungen oder zu Fehlschlüssen durch den Fahrer und damit auch zu sicherheitskritischen Situationen führen könnte, werden Wählhebel von Shift-by-Wire-Gangwechselgetrieben als monostabile Betätigungselemente ausgebildet. Ein solcher monostabil ausgebildeter Wählhebel kehrt nach jeder Betätigung stets wieder in dieselbe Mittelstellung zurück. Die Rückmeldung über den tatsächlichen Schaltzustand des Getriebes bleibt bei einem monostabilen Wählhebel somit ausschließlich einer separaten Anzeige, beispielsweise mittels Leuchtdioden, überlassen. Hingegen entfällt bei einem monostabilen Wählhebel die Möglichkeit, dem Fahrer anhand der Wählhebelstellung optische bzw. haptische Rückmeldung über den Schaltzustand des Getriebes zu vermitteln.In order to avoid a discrepancy between the selector lever position and the transmission status, which could lead to unwanted operating errors or incorrect conclusions by the driver and thus to safety-critical situations, selector levers of shift-by-wire gear change transmissions are designed as monostable actuating elements. Such a monostable selector lever always returns to the same middle position after each actuation. The feedback With a monostable selector lever, the actual gearshift status of the transmission is therefore left exclusively to a separate display, for example using LEDs. On the other hand, with a monostable selector lever, there is no possibility of giving the driver visual or haptic feedback about the gearshift status based on the selector lever position.

Ferner ist die Realisierung der mechanischen Schaltlogik und der notwendigen Schaltsperren - wie beispielsweise die sog. Key-Lock- und Shift-Lock-Sperren - bei monostabil ausgebildeten Wählhebeln zumeist schwierig und erfordert eine aufwändige Aktuatorik zur selektiven Sperrung unzulässiger Schaltbefehle in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs, was entsprechende Kosten verursacht.Furthermore, the implementation of the mechanical switching logic and the necessary switching locks - such as the so-called key lock and shift lock locks - is usually difficult with monostable selector levers and requires complex actuators for the selective blocking of impermissible switching commands depending on the driving state of the vehicle, which causes corresponding costs.

Die für den Fahrer wichtige Generierung der Haptik bei der Bedienung des Wählhebels erfolgt bei den bekannten elektronischen Gangwahlschaltern durch eine oder mehrere mechanische Rastkulissen. Die Rückstellung des Gangwahlschalters erfolgt direkt und/oder indirekt durch elektromechanische Aktuatorik. Hierdurch werden Fehlbedienungen und nicht zulässige Gassenwechsel unter anderem durch elektromechanisch gesteuerte Sperren verhindert. Ein nichtzulässiger Gassenwechsel ist beispielsweise das Einlegen der Position „R“ (Rückwärtsgang) während einer Vorwärtsfahrt mit einer Geschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts. Ein ebenso nicht zulässiger Gassenwechsel ist der Wechsel aus der Position „P“ (Parkposition) oder „R“ in eine andere Tippgasse, beispielsweise für sportlichen Fahrmodus.The generation of the haptic effect, which is important for the driver when operating the selector lever, is carried out in the well-known electronic gear selector switches by one or more mechanical locking gates. The gear selector switch is reset directly and/or indirectly by electromechanical actuators. This prevents incorrect operation and impermissible gear changes, for example by electromechanically controlled locks. An impermissible gear change is, for example, engaging the "R" (reverse gear) position while driving forward at a speed above a specified limit. An equally impermissible gear change is changing from the "P" (parking position) or "R" position to another gear, for example for sporty driving mode.

Aufgrund der hierzu verwendeten mechanischen Rastkulissen kann lediglich eine einzige, vorher festgelegte Haptikkurve durchlaufen werden. Für den manuellen Schaltbetrieb in einer Tippgasse werden zusätzliche Rastkulissen benötigt. Neben einer geringen Flexibilität ist die Bereitstellung mehrerer Rastkulissen mit hohen Kosten verbunden.Due to the mechanical locking gates used for this purpose, only a single, predefined haptic curve can be traversed. Additional locking gates are required for manual switching in a tipping lane. In addition to low flexibility, the provision of multiple locking gates is associated with high costs.

Die DE 10 2008 001 805 A1 offenbart eine Betätigungseinrichtung zur Auswahl von Schaltstufen eines elektromechanischen oder eines Shift-by-Wire-Gangwechselgetriebes, umfassend einen bewegbaren Gangwechselschalter mit monostabilen und/oder bistabilen Schalterstellungen, wobei eine Haptik für die Verstellbewegung des Gangwahlschalters durch zumindest einen rheologischen Aktuator mit einem rheologischen Fluid erzeugt ist. Zur Erzeugung des für die Veränderung der Viskosität des magnetorheologischen Fluids erforderlichen Magnetfelds ist eine Magnetspuleneinrichtung angeordnet. Mittels Einleitung elektrischen Stromes in Anschlüsse der Magnetspuleneinrichtung lässt sich ein im weiten Umfang variables Magnetfeld im Bereich des Fluids erzeugen.The EN 10 2008 001 805 A1 discloses an actuating device for selecting gear stages of an electromechanical or shift-by-wire gear change transmission, comprising a movable gear change switch with monostable and/or bistable switch positions, wherein a haptic for the adjustment movement of the gear selector switch is generated by at least one rheological actuator with a rheological fluid. A magnetic coil device is arranged to generate the magnetic field required for changing the viscosity of the magnetorheological fluid. By introducing electrical current into connections of the magnetic coil device, a widely variable magnetic field can be generated in the region of the fluid.

Die DE 10 2008 015 874 A1 offenbart eine Betätigungseinrichtung für ein Gangwechselgetriebe mit Shift-by-Wire-Betätigung. Eine Haptik für die Verstellbewegung eines Gangwahlschalters ist durch einen rheologischen Aktuator mit einem rheologischen Fluid erzeugt. Hierzu wird ein magnetorheologischer Dämpfer verwendet.The EN 10 2008 015 874 A1 discloses an actuating device for a gear change transmission with shift-by-wire actuation. A haptic for the adjustment movement of a gear selector switch is generated by a rheological actuator with a rheological fluid. A magnetorheological damper is used for this purpose.

Die DE 103 10 588 B3 offenbart eine Vorrichtung zur tastbaren Darstellung von Informationen. Die Vorrichtung umfasst einen Aktor in Gestalt eines Lamellenaktors, der dazu ausgebildet ist, eine Gegenkraft aufgrund einer durch ein elektrisches Feld erhöhten Viskosität einer im Raum befindlichen elektrorheologischen Flüssigkeit auf einen Stempel zu erzeugen.The DE 103 10 588 B3 discloses a device for the tactile representation of information. The device comprises an actuator in the form of a lamella actuator, which is designed to generate a counterforce on a stamp due to an increased viscosity of an electrorheological fluid in the room caused by an electric field.

Die DE 10 2009 007 209 A1 offenbart eine magnetorheologische Drehmomentübertragungsvorrichtung. Ein zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in zumindest einem Teil eines Übertragungsspalts ausgebildeten Magnetkreissystems umfasst neben mindestens einem Elektromagneten mindestens einen Permanentmagneten mit veränderlicher Magnetisierung. Der Elektromagnet und der Permanentmagnet sind so ausgebildet und angeordnet, dass die Magnetisierung des Permanentmagneten durch Veränderung des Spulenstroms des Elektromagneten einstellbar ist.The EN 10 2009 007 209 A1 discloses a magnetorheological torque transmission device. A magnetic circuit system designed to generate a magnetic flux in at least part of a transmission gap comprises at least one electromagnet and at least one permanent magnet with variable magnetization. The electromagnet and the permanent magnet are designed and arranged such that the magnetization of the permanent magnet can be adjusted by changing the coil current of the electromagnet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung für ein Gangwechselgetriebe anzugeben, welches baulich und/oder funktional verbessert ist.It is an object of the present invention to provide an actuating device for a gear change transmission which is structurally and/or functionally improved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Betätigungseinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by an actuating device according to the features of patent claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent patent claims.

Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung zur Auswahl von Schaltstufen eines elektromechanischen oder eines Shift-by-Wire-Gangwechselgetriebes umfasst einen bewegbaren Gangwahlschalter mit monostabilen oder bistabilen Schalterstellungen. Eine Haptik für die Verstellbewegung des Gangwahlschalters ist durch zumindest einen rheologischen Aktuator mit einem rheologischen Fluid erzeugt, wobei der rheologische Aktuator einen steuerbaren Elektromagneten umfasst, dessen magnetische Feldstärke durch Ansteuerung variiert werden kann, wobei die Viskosität des Fluids durch Ansteuerung des Elektromagneten variierbar ist. Erfindungsgemäß umfasst der rheologische Aktuator ferner einen Permanentmagneten, durch den das Fluid in eine Grundviskosität versetzt ist, um bei nicht angesteuertem Elektromagneten eine Fixierung des Gangwahlschalters zu bewirken, wobei der Permanentmagnet und der Elektromagnet auf gegenüberliegenden Seiten der Lamellenstruktur aus der zumindest einen Statorfläche und der zumindest einen weiteren Fläche angeordnet sind.The actuating device according to the invention for selecting gear stages of an electromechanical or shift-by-wire gear change transmission comprises a movable gear selector switch with monostable or bistable switch positions. A haptic for the adjustment movement of the gear selector switch is generated by at least one rheological actuator with a rheological fluid, wherein the rheological actuator comprises a controllable electromagnet whose magnetic field strength can be varied by controlling it, wherein the viscosity of the fluid can be varied by controlling the electromagnet. According to the invention, the rheological actuator further comprises a permanent magnet, by means of which the fluid is set to a basic viscosity, in order to fix the gear selector switch when the electromagnet is not activated, wherein the permanent magnet and the electromagnet are arranged on opposite sides of the lamellar structure consisting of the at least one stator surface and the at least one further surface.

Ein Vorteil der vorgeschlagenen Betätigungseinrichtung besteht darin, dass die Nachbildung einer Haptik für eine oder mehrere Gassen des Gangwechselgetriebes ohne Rastkulissen erfolgen kann. Die Verwendung eines oder mehrerer rheologischer Aktuatoren ermöglicht eine automatische oder eine manuelle und dynamische Einstellung der Haptik des Gangwahlschalters nach Fahrerwunsch. Beispielsweise kann in einem Fahrdynamikmodus eine Bewegung des Gangwahlschalters mit kürzeren Schaltwegen erfolgen. Demgegenüber erfolgt in einem Komfortmodus die Betätigung des Gangwahlschalters mit längeren Schaltwegen. Rheologische Aktuatoren ermöglichen auch die Vermeidung von Fehlbedienungen durch die aktive Sperrung bestimmter Betätigungsvorgänge, wobei hier auf zusätzliche elektromechanische Aktuatoren verzichtet werden kann. Ebenso ist eine vereinfachte, inhärente und automatische Rückstellung des Gangwahlschalters in eine Neutral- oder Nullstellung möglich. Auch hierfür kann der im Stand der Technik benötigte elektromechanische, separate Aktuator entfallen. Letztendlich bestehen somit größere Gestaltungsfreiheiten hinsichtlich Bauraumbedarf der Betätigungseinrichtung.One advantage of the proposed actuating device is that the haptics for one or more gearshift gears can be simulated without locking gates. The use of one or more rheological actuators enables automatic or manual and dynamic adjustment of the haptics of the gear selector switch according to the driver's wishes. For example, in a driving dynamics mode, the gear selector switch can be moved with shorter switching paths. In contrast, in a comfort mode, the gear selector switch is operated with longer switching paths. Rheological actuators also make it possible to avoid incorrect operation by actively blocking certain actuation processes, whereby additional electromechanical actuators can be dispensed with. A simplified, inherent and automatic resetting of the gear selector switch to a neutral or zero position is also possible. The electromechanical, separate actuator required in the prior art can also be dispensed with here. Ultimately, this means there is greater design freedom with regard to the installation space required for the actuating device.

Wenn der Permanentmagnet und der Elektromagnet auf gegenüberliegenden Seiten der Lamellenstruktur aus der zumindest einen Statorfläche und der zumindest einen weiteren Fläche angeordnet sind, ergibt sich ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau.If the permanent magnet and the electromagnet are arranged on opposite sides of the lamellar structure consisting of the at least one stator surface and the at least one further surface, a particularly simple structural design results.

Das Wirkprinzip eines rheologischen Aktuators ist ähnlich der Wirkungsweise einer Viskositätskupplung. Bei einem rheologischen Aktuator ist eine Kraftübertragung variabel einstellbar, wobei lediglich geringe Drehmomente übertragen werden. Als rheologisches Fluid ist - je nach Ausgestaltung des Aktuators als magnetorheologischer Aktuator oder elektrorheologischer Aktuator - eine magnetorheologische oder eine elektrorheologische Flüssigkeit vorgesehen. Die Viskosität dieses Fluids ist durch die Erregung mit einem Magnetfeld einstellbar. Schwebende magnetisierbare Partikel in dem Fluid richten sich bei Erregung in einem Magnetfeld aus und bringen so durch erhöhte Viskosität ein Bremsmoment auf. Dieses Bremsmoment wirkt beim Betätigen des Gangwahlschalters als Gegenmoment, welches wiederum als Haptik fühlbar ist. Da die Viskosität in Abhängigkeit der Magnetfeldstärke verändert werden kann, ist mit diesem Prinzip eine veränderliche, variabel einstellbare Haptik darstellbar. Zur Erregung des Magnetfelds wird beispielsweise ein Elektromagnet verwendet. Die Veränderung des Magnetfelds wird durch die Bestromung der Spulen des Elektromagneten gesteuert. In analoger Weise arbeitet eine Steuereinrichtung bei Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit.The operating principle of a rheological actuator is similar to that of a viscous coupling. With a rheological actuator, power transmission is variably adjustable, with only low torques being transmitted. Depending on whether the actuator is designed as a magnetorheological actuator or electrorheological actuator, a magnetorheological or electrorheological fluid is provided as the rheological fluid. The viscosity of this fluid can be adjusted by exciting it with a magnetic field. Floating magnetizable particles in the fluid align themselves when excited in a magnetic field and thus generate a braking torque through increased viscosity. This braking torque acts as a counter torque when the gear selector switch is operated, which in turn can be felt as a haptic. Since the viscosity can be changed depending on the magnetic field strength, this principle can be used to create a variable, variably adjustable haptic. An electromagnet, for example, is used to excite the magnetic field. The change in the magnetic field is controlled by energizing the coils of the electromagnet. A control device works in an analogous manner when using an electrorheological fluid.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Betätigungseinrichtung zumindest einen Sensor und eine Steuereinheit. Der Sensor ist dazu eingerichtet, eine Auslenkung des Gangwahlschalters zu erfassen und eine der Auslenkung entsprechende Information an die Steuereinheit zu übertragen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der Auslenkung (bzw. in Abhängigkeit der der Auslenkung entsprechenden Information) den zumindest einen Aktuator zur Erzeugung einer der Auslenkung entsprechenden Haptik anzusteuern. Die Steuereinheit kann dabei diejenige Steuereinheit sein, welche elektrische Kontaktpunkte bei der Betätigung des Gangwahlschalters detektiert, um einen Schaltvorgang des Gangwechselgetriebes vorzunehmen. Die zur Erzeugung einer der Auslenkung entsprechenden Haptik erforderliche Steuereinheit kann jedoch auch eine gesonderte Steuereinheit sein. Die elektrischen Kontaktpunkte sind beispielsweise durch entsprechende Winkel in der Auslenkung des Gangwahlschalters definiert.In one embodiment of the invention, the actuating device comprises at least one sensor and a control unit. The sensor is designed to detect a deflection of the gear selector switch and to transmit information corresponding to the deflection to the control unit. The control unit is designed to control the at least one actuator to generate a haptic corresponding to the deflection depending on the deflection (or depending on the information corresponding to the deflection). The control unit can be the control unit which detects electrical contact points when the gear selector switch is actuated in order to carry out a switching operation of the gear change transmission. However, the control unit required to generate a haptic corresponding to the deflection can also be a separate control unit. The electrical contact points are defined, for example, by corresponding angles in the deflection of the gear selector switch.

In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung weist der rheologische Aktuator zumindest eine feststehende Statorfläche und zumindest eine drehbar und/oder verschiebbare gelagerte Fläche auf. Die zumindest eine Statorfläche und die zumindest eine weitere Fläche sind einander abwechselnd angeordnet. Die zumindest eine weitere Fläche ist mit dem Gangwahlschalter mechanisch gekoppelt, so dass eine Verstellbewegung des Gangwahlschalters zu einer Drehung oder Verschiebung der zumindest einen weiteren Fläche relativ zu der zumindest einen Statorfläche führt. Durch diese Ausgestaltung kann ein Bremsmoment von der zumindest einen weiteren Fläche übertragen werden, was sich an dem Gangwahlschalter als Gegenmoment bemerkbar macht und als Haptik erfahrbar ist.In a structurally simple embodiment, the rheological actuator has at least one fixed stator surface and at least one rotatable and/or displaceable mounted surface. The at least one stator surface and the at least one further surface are arranged alternately. The at least one further surface is mechanically coupled to the gear selector switch, so that an adjustment movement of the gear selector switch leads to a rotation or displacement of the at least one further surface relative to the at least one stator surface. This embodiment allows a braking torque to be transmitted from the at least one further surface, which is noticeable on the gear selector switch as a counter-torque and can be experienced as a haptic.

Vorzugsweise liegt die zumindest eine weitere Fläche in der oder parallel zu einer Längsachse eines Schafts des Gangwahlschalters. Hierdurch ist eine konstruktiv einfache Ausgestaltung möglich.Preferably, the at least one further surface lies in or parallel to a longitudinal axis of a shaft of the gear selector switch. This enables a structurally simple design.

Vorzugsweise ist das rheologische Fluid in dem Raum zwischen der zumindest einen Statorfläche und der zumindest einen weiteren Fläche befindlich. Je nach Ausgestaltung des Aktuators ist das rheologische Fluid ein elektrorheologisches Fluid oder ein magnetorheologisches Fluid. Durch die Änderung der Viskosität des Fluids wird das Bremsmoment von der zumindest einen weiteren Fläche übertragen. Dies macht sich bei der Betätigung des Gangwechselschalters als das Gegenmoment bemerkbar. Hierdurch ergibt sich eine für den Fahrer wahrnehmbare Haptik bei der Betätigung des Gangwahlschalters.Preferably, the rheological fluid is located in the space between the at least one stator surface and the at least one further surface. Depending on the design of the actuator, the rheological fluid is an electrorheological fluid or a magnetorheological fluid. By changing the viscosity of the fluid, the braking torque is transmitted from the at least one further surface. This is noticeable when the gear change switch as the counter torque. This results in a haptic sensation that the driver can perceive when operating the gear selector switch.

Durch den Permanentmagneten des rheologischen Aktuators ist das Fluid in eine Grundviskosität versetzt, um bei nicht angesteuertem Elektromagneten eine Fixierung des Gangwahlschalters zu bewirken. Die Grundviskosität ist somit derart hoch, dass der Wählhebel aufgrund der Viskosität nicht bewegt werden kann.The permanent magnet of the rheological actuator gives the fluid a basic viscosity in order to fix the gear selector switch when the electromagnet is not activated. The basic viscosity is therefore so high that the selector lever cannot be moved due to the viscosity.

Vorzugsweise sind der Permanentmagnet und der Elektromagnet derart in dem rheologischen Aktuator angeordnet, dass, je nach Ansteuerung des Elektromagneten, die magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten verstärkt oder abgeschwächt oder eliminiert werden. Durch Ansteuerung des Elektromagneten wird somit die Viskosität des rheologischen Fluids derart beeinflusst, dass eine leichtere Auslenkung des Gangwahlschalters bei der Betätigung von einer ersten zu einer zweiten Position ermöglicht wird. Ebenso kann durch entsprechende Ansteuerung des Elektromagneten die „Blockade“ des Gangwahlschalters verstärkt werden, um beispielsweise aktiv eine Sperrung bestimmter Betätigungsvorgänge vorzunehmen.Preferably, the permanent magnet and the electromagnet are arranged in the rheological actuator in such a way that, depending on the control of the electromagnet, the magnetic field lines of the permanent magnet are strengthened, weakened or eliminated. By controlling the electromagnet, the viscosity of the rheological fluid is influenced in such a way that an easier deflection of the gear selector switch is made possible when actuating from a first to a second position. Likewise, the "blockade" of the gear selector switch can be strengthened by appropriate control of the electromagnet, for example to actively block certain actuation processes.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Gangwahlschalter mit zumindest einem Federelement gekoppelt, welche eine Rückstellung des Gangwahlschalters in eine Ausgangsposition bewirken, wenn eine die Verstellbewegung herbeiführende Nutzerkraft entfällt und/oder die Zündung ausgeschaltet ist bzw. wird. Die Vorspannkraft des Federelements ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass diese ausreichend ist, um den Gangwahlschalter zurück in die Neutral- bzw. Nullstellung zu führen, wenn die Viskosität des Fluids durch entsprechende Ansteuerung des Aktuators herabgesetzt ist.In a further embodiment, the gear selector switch is coupled to at least one spring element, which causes the gear selector switch to return to an initial position when the user force causing the adjustment movement is no longer present and/or the ignition is or will be switched off. The preload force of the spring element is preferably designed such that it is sufficient to return the gear selector switch to the neutral or zero position when the viscosity of the fluid is reduced by appropriate control of the actuator.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine Drehachse des Gangwahlschalters in Übereinstimmung mit einer Drehachse des rheologischen Aktuators angeordnet. Die Drehachse des Aktuators ist insbesondere durch die Lage der Statorfläche(n) und der weiteren Fläche(n) bestimmt. Alternativ ist die Drehachse des Gangwahlschalters um einen Abstand d zu der Drehachse des rheologischen Aktuators versetzt angeordnet. Bei letzterer Ausgestaltung kann eine Hebelwirkung genutzt werden, so dass die Größe der weiteren Fläche und der Statorfläche(n) kleiner gewählt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht es der Versatz der Drehachsen des Gangwahlschalters und des rheologischen Aktuators die Betätigungseinrichtung mit einem anderen Formfaktor bereitzustellen.In a further expedient embodiment, a rotation axis of the gear selector switch is arranged in accordance with a rotation axis of the rheological actuator. The rotation axis of the actuator is determined in particular by the position of the stator surface(s) and the further surface(s). Alternatively, the rotation axis of the gear selector switch is arranged offset by a distance d from the rotation axis of the rheological actuator. In the latter embodiment, a lever effect can be used so that the size of the further surface and the stator surface(s) can be selected to be smaller. In addition, the offset of the rotation axes of the gear selector switch and the rheological actuator makes it possible to provide the actuating device with a different form factor.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in einer Querschnittsdarstellung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in einer Querschnittsdarstellung, und
  • 3 eine Haptikkurve einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung zur Auswahl von Schaltstufen eines Shift-by-Wire-Gangwechselgetriebes.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in the drawing. They show:
  • 1 a first embodiment of an actuating device according to the invention in a cross-sectional view,
  • 2 a second embodiment of an actuating device according to the invention in a cross-sectional view, and
  • 3 a haptic curve of an actuating device according to the invention for selecting gear stages of a shift-by-wire gear change transmission.

Zur Nachbildung einer oder mehrerer Haptikkurven bedient sich eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung 1 eines oder mehrerer rheologischer Aktuatoren 30. Die Betätigungseinrichtung 1 umfasst einen Gangwahlschalter 10. Der Gangwahlschalter 10 umfasst einen durch einen Nutzer betätigbaren Handhebel 17 und einen Schaft 16. Eine Betätigung des Gangwahlschalters 16 erfolgt um eine Drehachse 12. Diese verläuft in den 1 und 2 in Blattebene von links nach rechts. In bzw. parallel zu einer Längsachse (die sich in der Zeichnung in der Blattebene von oben nach unten erstreckt) des Gangwahlschalters 10 bzw. dessen Schafts 16 sind beispielhaft zwei Flächenabschnitte 15 angeordnet. Die Flächenabschnitte 15 sind vorzugsweise starr an den Schaft 16 gekoppelt.To simulate one or more haptic curves, an actuating device 1 according to the invention uses one or more rheological actuators 30. The actuating device 1 comprises a gear selector switch 10. The gear selector switch 10 comprises a hand lever 17 that can be operated by a user and a shaft 16. The gear selector switch 16 is actuated about a rotation axis 12. This runs in the 1 and 2 in the plane of the page from left to right. Two surface sections 15 are arranged, for example, in or parallel to a longitudinal axis (which extends from top to bottom in the plane of the page in the drawing) of the gear selector switch 10 or its shaft 16. The surface sections 15 are preferably rigidly coupled to the shaft 16.

Die Flächenabschnitte 15 des Gangwahlschalters 10 sind Teil eines rheologischen Aktuators 30. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen magnetorheologischen Aktuator 30. Dieser umfasst ein Gehäuse 36, in dem als rheologisches Fluid 34 eine magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) enthalten ist. Die Viskosität dieses Fluids 34 ist durch die Erregung in einem Magnetfeld einstellbar. Hierzu ist benachbart einer Lamellenstruktur, welche durch die Flächenabschnitte 15 und ortsfeste Flächenabschnitte 32 gebildet ist, ein Elektromagnet 35 vorgesehen. Schwebende magnetisierbare Partikel in dem Fluid richten sich bei Erregung in dem durch den Elektromagneten 35 erzeugten Magnetfeld aus und bringen so durch erhöhte Viskosität ein Bremsmoment auf. Dieses Bremsmoment wird von den Flächenabschnitten 15 übertragen und wirkt bei der Betätigung des Gangwahlschalters als Gegenmoment. Dieses ist als Haptik fühlbar. Die Viskosität des Fluids 34 kann in Abhängigkeit der Magnetfeldstärke verändert werden. Die Veränderung des Magnetfelds wird durch Bestromung einer Spule des Elektromagneten gesteuert. Mit diesem Prinzip ist eine veränderliche, variabel einstellbare Haptik darstellbar.The surface sections 15 of the gear selector switch 10 are part of a rheological actuator 30. In the exemplary embodiment, this is a magnetorheological actuator 30. This comprises a housing 36 in which a magnetorheological fluid (MRF) is contained as a rheological fluid 34. The viscosity of this fluid 34 can be adjusted by excitation in a magnetic field. For this purpose, an electromagnet 35 is provided adjacent to a lamellar structure which is formed by the surface sections 15 and stationary surface sections 32. When excited, floating magnetizable particles in the fluid align themselves in the magnetic field generated by the electromagnet 35 and thus apply a braking torque through increased viscosity. This braking torque is transmitted by the surface sections 15 and acts as a counter torque when the gear selector switch is actuated. This can be felt as a haptic. The viscosity of the fluid 34 can be changed depending on the magnetic field strength. The change in the magnetic field is controlled by energizing a coil of the electromagnet. This principle makes it possible to create a variable, adjustable haptic effect.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Lamellenstruktur ist optional zusätzlich ein Permanentmagnet 31 angeordnet. Durch den Permanentmagnet ist das Fluid 34 in eine Grundviskosität versetzt, um bei nicht angesteuertem Elektromagneten 35 eine Fixierung des Gangwahlschalters 10 zu bewirken. Durch eine Ansteuerung des Elektromagneten werden somit die magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten wahlweise temporär verstärkt, abgeschwächt oder eliminiert.On the opposite side of the slatted structure, an optional Perma The permanent magnet 31 is arranged in the fluid 34. The permanent magnet causes the fluid 34 to have a basic viscosity in order to fix the gear selector switch 10 when the electromagnet 35 is not activated. By activating the electromagnet, the magnetic field lines of the permanent magnet are optionally temporarily strengthened, weakened or eliminated.

Die Ansteuerung des Elektromagneten 35 bezüglich des durch ihn fließenden Strom erfolgt anhand einer sensorisch erfassten Verstellbewegung des Ganghebels 10. Wie erläutert ist der in 1 und 2 dargestellte Gangwahlschalter 10 lediglich um die Achse 12 verdrehbar. Soll eine Betätigung des Gangwahlschalters 10 auch senkrecht zu der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Bewegungsrichtung erfolgen, so ist das Vorsehen eines weiteren rheologischen Aktuators erforderlich. Hierzu können beispielsweise außerhalb des Gehäuses 36 an dem Gehäuse 36 Flächen angeordnet sein, welche mit ortsfesten Flächen an einem weiteren Gehäuse des weiteren rheologischen Aktuators zusammenwirken.The control of the electromagnet 35 with regard to the current flowing through it is carried out by means of a sensor-detected adjustment movement of the gear lever 10. As explained, the 1 and 2 The gear selector switch 10 shown can only be rotated about the axis 12. If the gear selector switch 10 is also to be actuated perpendicular to the direction of movement shown in the exemplary embodiment, it is necessary to provide a further rheological actuator. For this purpose, for example, surfaces can be arranged outside the housing 36 on the housing 36, which interact with stationary surfaces on a further housing of the further rheological actuator.

Eine Rückstellung des Gangwahlschalters 10 in eine Ausgangsposition (Neutral- oder Nullposition) kann mittels eines außerhalb des Gehäuses 36 des Aktuators 30 angeordneten Federelements 14 erfolgen. Das Federelement 14 stützt sich an einem Gehäuse 11 des Gangwahlschalters ab.The gear selector switch 10 can be reset to an initial position (neutral or zero position) by means of a spring element 14 arranged outside the housing 36 of the actuator 30. The spring element 14 is supported on a housing 11 of the gear selector switch.

Zur Auswahl von Schaltstufen des Gangwechselgetriebes wird eine Auslenkung des Gangwahlschalters 10 überwacht. Hierzu ist in dem Gehäuse 11 des Gangwahlschalters ein Sensor 20 vorgesehen, durch den eine Drehung einer Achse 13 des Gangwahlschalters überwacht wird. Eine die Auslenkung umfassende Information wird an eine nicht dargestellte Steuereinheit übertragen. Die Auslenkung resultiert in einem Winkel α, um den der Gangwahlschalter 10, z.B. aus einer Neutral- oder Nullstellung, verdreht wird, um eine andere Schaltstufe des Gangwechselgetriebes einzulegen. Die Steuereinheit dient dazu, in Abhängigkeit der Auslenkung des Gangwahlschalters 10 den Aktuator 30 (gegebenenfalls auch den weiteren Aktuator) zur Erzeugung einer der Auslenkung entsprechenden Haptik anzusteuern.To select gear stages of the gear change transmission, a deflection of the gear selector switch 10 is monitored. For this purpose, a sensor 20 is provided in the housing 11 of the gear selector switch, by which a rotation of an axis 13 of the gear selector switch is monitored. Information about the deflection is transmitted to a control unit (not shown). The deflection results in an angle α by which the gear selector switch 10 is rotated, e.g. from a neutral or zero position, in order to engage a different gear stage of the gear change transmission. The control unit serves to control the actuator 30 (and possibly also the other actuator) depending on the deflection of the gear selector switch 10 in order to generate a haptic response corresponding to the deflection.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 liegen die Drehachsen 12 des Gangwahlschalters und eine Drehachse 33 des rheologischen Aktuators 30 in Übereinstimmung. Die Drehachse 33 des rheologischen Aktuator 30 ist durch die Anordnung und/oder Geometrie der Lamellenstruktur festgelegt. Die Drehachse 33 ist hierbei senkrecht zu den Hauptflächen der Statorflächen 32 und der Flächenabschnitte 15. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Drehachsen 12, 33 um einen Abstand d zueinander beabstandet. In dieser Ausgestaltungsform sind sowohl der Sensor 20 als auch das Federelement 14 außerhalb der Drehachse 33 des Aktuators angeordnet. Diese sind, wie dies aus 2 ohne weiteres ersichtlich ist, auf der Drehachse 13 des Gangwahlschalters 10 angeordnet. Hierdurch lässt sich das Gehäuse 11 des Gangwahlschalters mit einem anderen Formfaktor bereitstellen, als dies im ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.In the embodiment according to 1 the rotation axes 12 of the gear selector switch and a rotation axis 33 of the rheological actuator 30 are in line. The rotation axis 33 of the rheological actuator 30 is determined by the arrangement and/or geometry of the lamella structure. The rotation axis 33 is perpendicular to the main surfaces of the stator surfaces 32 and the surface sections 15. In the 2 In the embodiment shown, the two axes of rotation 12, 33 are spaced apart by a distance d. In this embodiment, both the sensor 20 and the spring element 14 are arranged outside the axis of rotation 33 of the actuator. These are, as can be seen from 2 is readily apparent, arranged on the rotation axis 13 of the gear selector switch 10. This allows the housing 11 of the gear selector switch to be provided with a different form factor than is the case in the first embodiment.

Darüber hinaus kann durch die beabstandet zueinander liegenden Drehachsen 12, 33 eine Hebelwirkung bei der Auslenkung bzw. Verdrehung des Gangwahlschalters 10 genutzt werden, so dass die Flächenabschnitte 15 und die Statorflächen 32 der Lamellenstruktur hinsichtlich ihrer Größe kleiner ausgebildet werden können als im ersten Ausführungsbeispiel.In addition, the spaced-apart rotation axes 12, 33 allow a leverage effect to be used when deflecting or rotating the gear selector switch 10, so that the surface sections 15 and the stator surfaces 32 of the lamella structure can be made smaller in size than in the first embodiment.

Für einen Fachmann ist es klar, dass der rheologische Aktuator 30 zur Ausnutzung der variierten Viskosität des Fluids 34 eine Vielzahl an abwechselnd angeordneten Flächenabschnitten 15 und Statorflächen 32 aufweisen kann. Im Minimalfall ist rein theoretisch das Vorsehen eines einzigen Flächenabschnitts 15 und einer Statorfläche 32 ausreichend.It is clear to a person skilled in the art that the rheological actuator 30 can have a plurality of alternately arranged surface sections 15 and stator surfaces 32 in order to utilize the varied viscosity of the fluid 34. In the minimum case, the provision of a single surface section 15 and a stator surface 32 is theoretically sufficient.

Die Generierung der Haptik bei der Betätigung des Gangwahlschalters 10 erfolgt durch den magnetrheologischen Aktuator 30. Im Ausgangszustand liegt dazu ein durch den Permanentmagneten 31 verursachtes Magnetfeld an, das die Reibung eines konventionellen Gangwahlhebels nachbildet. Erfolgt eine Auslenkung des Gangwahlschalters 10, so wird die Position über den Sensor 20 detektiert und das magnetische Feld durch Ansteuerung des Elektromagneten 35 in der Weise verändert, dass die gewünschte Haptik, wie diese beispielsweise in 3 dargestellt ist, dynamisch und automatisch erzeugt wird.The generation of the haptics when the gear selector switch 10 is operated is carried out by the magnet-rheological actuator 30. In the initial state, a magnetic field caused by the permanent magnet 31 is present, which simulates the friction of a conventional gear selector lever. If the gear selector switch 10 is deflected, the position is detected by the sensor 20 and the magnetic field is changed by controlling the electromagnet 35 in such a way that the desired haptics, as for example in 3 shown is generated dynamically and automatically.

3 zeigt eine dem Fachmann bekannte Haptikkurve. Auf der x-Achse ist ein Auslenkungswinkel α dargestellt. Auf der y-Achse ist eine für den Fahrer bei Betätigung des Gangwahlschalters wahrnehmbare Kraft F dargestellt. Typischerweise ist ein Gangwahlschalter, ausgehend von einer Neutral- oder Nullstellung, in zwei gegenüberliegende Richtungen bewegbar. Eine Betätigung des Gangwahlschaltelements (bezogen auf die Fahrrichtung) nach hinten ist beispielsweise durch Winkel mit positivem Vorzeichen, eine Betätigung des Gangwahlschalters (in Fahrtrichtung) nach vorne mit Winkeln mit negativem Vorzeichen gekennzeichnet. Beim Winkel α = 0 befindet sich der Gangwahlschalter in Neutral- bzw. Nullstellung. 3 shows a haptic curve known to those skilled in the art. A deflection angle α is shown on the x-axis. A force F that the driver can perceive when operating the gear selector switch is shown on the y-axis. Typically, a gear selector switch can be moved in two opposite directions, starting from a neutral or zero position. For example, operating the gear selector switch element (relative to the direction of travel) backwards is characterized by angles with a positive sign, while operating the gear selector switch (in the direction of travel) forwards is characterized by angles with a negative sign. At angle α = 0, the gear selector switch is in the neutral or zero position.

Das Gangwechselgetriebe kann sich dabei - je nach vorangegangener Fahrsituation in Position „P“ (Parken) oder „R“ (Rückwärtsgang) befinden. Bei den in 3 gezeigten Haptikkurven H1, H2 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass bei einer Betätigung der Gangwahlschalters nach hinten von der Position „R“ über die Position „N“ in die Position „D“ (R → N → D) geschaltet wird. Möchte der Fahrer das Gangwechselgetriebe in die Position „D“ (Drive) bringen, so muss bis zum Erreichen des Winkels α1 eine Kraft F1 aufgebracht werden, um zunächst in die Position „N“ zu gelangen. Der Kraftanstieg wird durch eine Erhöhung der Viskosität des Fluids 34 erreicht. Wird der Gangwahlschalter über den Winkel α1 hinaus weiter bewegt, so erfolgt durch Reduktion der Viskosität des Fluids ein Kraftabfall als haptische Rückmeldung für den Kunden. Bei Detektion eines Winkels α2 ist ein elektrischer Kontaktpunkt erreicht, durch den das Gangwechselgetriebe zunächst in die Position „N“ wechselt. Um schließlich in die Position „D“ zu kommen, muss die Auslenkung des Gangwahlschalters weiter erhöht werden. Beim Erreichen des Winkels α3 ist eine weitere Krafterhöhung bis zur Kraft F3 zu überwinden. Bei weiterer Auslenkung erfolgt ein Kraftabfall durch Reduktion der Viskosität des Fluids. Mit dem Erreichen des Winkels α4 ist schließlich die Position „D“ erreicht, so dass ein Gangwechsel in einen Fahrgang erfolgt. Der Winkel α5, bei dem eine maximale Kraft F5 aufzubringen ist, stellt einen mechanischen Anschlag des Gangwahlschalters dar.Depending on the previous driving situation, the gear change gearbox can move into position “P” (Park) or “R” (Reverse). 3 For the haptic curves H 1 , H 2 shown, it is assumed by way of example that when the gear selector switch is operated backwards, the gear shift takes place from the “R” position via the “N” position to the “D” position (R → N → D). If the driver wants to move the gear change transmission to the “D” (Drive) position, a force F 1 must be applied until the angle α 1 is reached in order to first get to the “N” position. The increase in force is achieved by increasing the viscosity of the fluid 34. If the gear selector switch is moved further beyond the angle α 1 , the reduction in the viscosity of the fluid results in a drop in force as haptic feedback for the customer. When an angle α 2 is detected, an electrical contact point is reached, through which the gear change transmission initially changes to the “N” position. In order to finally get to the “D” position, the deflection of the gear selector switch must be increased further. When the angle α 3 is reached, a further increase in force up to force F 3 must be overcome. With further deflection, the force decreases due to a reduction in the viscosity of the fluid. When the angle α 4 is reached, the position "D" is finally reached, so that a gear change to a driving gear takes place. The angle α 5 , at which a maximum force F 5 must be applied, represents a mechanical stop of the gear selector switch.

In umgekehrter Richtung, d.h. Winkel mit negativem Vorzeichen, wird die gleiche Haptikkurve mit negativen Kräften durchlaufen. Negative Kräfte bedeutet hierbei, dass die Kraft in entgegengesetzter Richtung aufgebracht werden muss. Dabei berücksichtigt die Haptikkurve den Fall, dass sich das Gangwechselgetriebe in der Position „D“ befindet. Um in den Rückwärtsgang, d.h. die Position „R“ zu gelangen, ist die Positionsfolge D → N → R zu überwinden. Beim Winkel -α2 erfolgt ein Gangwechsel in die Position „N“, beim Erreichen des Winkels -α4 ein Gangwechsel in die Position „R“.In the opposite direction, ie angle with a negative sign, the same haptic curve is traversed with negative forces. Negative forces here mean that the force must be applied in the opposite direction. The haptic curve takes into account the case where the gear change gearbox is in position "D". To get into reverse gear, ie position "R", the position sequence D → N → R must be overcome. At angle -α 2 a gear change to position "N" occurs, when angle -α 4 is reached a gear change to position "R".

Zusätzlich zu der beschriebenen Haptikkurve H1 ist eine zu H2 alternative zweite Haptikkurve H2 in 3 dargestellt, welche mit geringen Kräften durchlaufen werden kann. Diese zweite Haptikkurve H2 kann durch entsprechende Variation der Viskosität der Fluids 34 erzielt werden. Die unterschiedlichen Bedienkräfte können z.B. durch ein Bedienelement auf Fahrerwunsch eingestellt werden.In addition to the described haptic curve H 1, a second haptic curve H 2 is alternative to H 2 in 3 which can be passed through with low forces. This second haptic curve H 2 can be achieved by appropriately varying the viscosity of the fluid 34. The different operating forces can be set at the driver's request, for example, using a control element.

Die Rückstellung des Gangwahlschalters 10 erfolgt mittels einer Federkraft des vorgespannten Gangwahlschalters 10. Gleichzeitig erfolgt eine Viskositätserniedrigung des Fluids 34. Durch das anliegende magnetische Feld wird der Gangwahlschalter in der Raststellung gehalten. Aus der Raststellung heraus kann der Gangwahlschalter 10 in die Neutral- oder Nullstellung gebracht werden, indem der rheologische Aktuator 30 derart angesteuert wird, dass die Viskosität so stark herabgesetzt wird, dass die Vorspannkraft des Federelements 14 ausreichend ist, um eine Bewegung in die Neutral- bzw. Nullstellung zu erzielen.The gear selector switch 10 is reset by means of a spring force of the pre-tensioned gear selector switch 10. At the same time, the viscosity of the fluid 34 is reduced. The applied magnetic field holds the gear selector switch in the locking position. From the locking position, the gear selector switch 10 can be brought into the neutral or zero position by controlling the rheological actuator 30 in such a way that the viscosity is reduced so much that the pre-tensioning force of the spring element 14 is sufficient to achieve a movement into the neutral or zero position.

Analog der beschriebenen Haptikgenerierung können durch geeignete Ansteuerung des oder der Aktuatoren bestimmte Schaltvorgänge durch eine Viskositätsänderung aktiv gesperrt werden. Hierdurch ist beispielsweise die Nachbildung eines handgeschalteten Gangwechselgetriebes möglich, bei dem der Gangwechsel jedoch auf elektromechanische Weise erfolgt. Hierdurch können insbesondere Getriebe mit einer hohen Anzahl an Gängen in H-Schaltung realisiert werden, wobei dem Fahrer des Fahrzeugs lediglich entsprechend einer Fahrsituation mögliche Schaltvarianten angeboten werden.Analogous to the haptic generation described, certain gear shifts can be actively blocked by a change in viscosity by appropriately controlling the actuator(s). This makes it possible, for example, to simulate a manually shifted gearshift transmission, but in which the gear change is carried out electromechanically. This makes it possible to create transmissions with a large number of gears in an H-shift, with the driver of the vehicle only being offered possible gearshift variants depending on the driving situation.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Haptik des Gangwahlschalters auf Wünsche oder bestimmte Fahrsituationen anzupassen. Beispielsweise kann durch die Auswahl eines Sportmodus die Haptikkurve mit kürzeren Schaltwegen bereitgestellt werden, indem die Winkel α1 bis α5 bzw. -α1 bis -α5 entsprechend proportional verringert werden. Eine solche Veränderung kann beispielsweise mittels eines Bedienelements hervorgerufen werden. Ebenso kann die Veränderung automatisch hervorgerufen werden.In addition, it is possible to adapt the feel of the gear selector switch to your wishes or to specific driving situations. For example, by selecting a sport mode, the feel curve can be provided with shorter shift travel by reducing the angles α 1 to α 5 or -α 1 to -α 5 proportionally. Such a change can be brought about using a control element, for example. The change can also be brought about automatically.

Durch das Vorsehen des bereits erwähnten weiteren rheologischen Aktuators kann beispielsweise eine manuelle Sportmodusgasse ohne zusätzliche Rastkulisse nachgebildet werden.By providing the additional rheological actuator mentioned above, a manual sport mode gate can be simulated without an additional locking gate, for example.

Um eine Rückstellung des Gangwahlschalters in die Neutral- oder Nullstellung vorzunehmen, ist kein separater elektromechanischer Aktuator notwendig. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Betätigungseinrichtung.No separate electromechanical actuator is required to reset the gear selector switch to the neutral or zero position. This simplifies the design of the actuating device.

Darüber hinaus weist die vorgeschlagene Betätigungseinrichtung große Gestaltungsfreiheiten hinsichtlich des Bauraumbedarfs auf.In addition, the proposed actuation device offers great design freedom with regard to the installation space requirements.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BetätigungseinrichtungActuating device
1010
GangwahlschalterGear selector switch
1111
Gehäuse des GangwahlschaltersGear selector housing
1212
Drehachse des GangwahlschaltersGear selector switch rotation axis
1313
Achse des GangwahlschaltersGear selector switch axis
1414
RückstellfederReturn spring
1515
FlächenabschnittArea section
1616
Schaftshaft
1717
HandhebelHand lever
2020
Sensorsensor
3030
rheologischer Aktuatorrheological actuator
3131
PermanentmagnetPermanent magnet
3232
FlächenabschnittArea section
3333
Drehachse des rheologischen AktuatorsAxis of rotation of the rheological actuator
3434
rheologisches Fluidrheological fluid
3535
ElektromagnetElectromagnet
3636
GehäuseHousing
dd
AbstandDistance
H1H1
HaptikkurveHaptic curve
H2H2
HaptikkurveHaptic curve
FF
KraftPower
F1F1
KraftPower
F2F2
KraftPower
F3F3
KraftPower
F4F4
KraftPower
F5F5
KraftPower
F6F6
KraftPower
F7F7
KraftPower
α1α1
Winkelangle
α2α2
Winkelangle
α3α3
Winkelangle
α4α4
Winkelangle
α5α5
Winkelangle

Claims (9)

Betätigungseinrichtung zur Auswahl von Schaltstufen eines elektromechanischen oder eines Shift-by-Wire-Gangwechselgetriebes, umfassend einen bewegbaren Gangwahlschalter (10) mit monostabilen und/oder bistabilen Schalterstellungen, wobei eine Haptik für die Verstellbewegung des Gangwahlschalters (10) durch zumindest einen rheologischen Aktuator (30) mit einem rheologischen Fluid (34) erzeugt ist, und wobei der rheologische Aktuator (30) einen steuerbaren Elektromagneten (35) umfasst, dessen magnetische Feldstärke durch Ansteuerung variiert werden kann, wobei die Viskosität des Fluids (34) durch Ansteuerung des Elektromagneten (35) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der rheologische Aktuator (30) einen Permanentmagneten (31) umfasst, durch den das Fluid (34) in eine Grundviskosität versetzt ist, um bei nicht angesteuertem Elektromagneten (35) eine Fixierung des Gangwahlschalters (10) zu bewirken, wobei der Permanentmagnet (31) und der Elektromagnet (35) auf gegenüberliegenden Seiten der Lamellenstruktur aus der zumindest einen Statorfläche (32) und der zumindest einen weiteren Fläche (15) angeordnet sind.Actuating device for selecting gear stages of an electromechanical or shift-by-wire gear change transmission, comprising a movable gear selector switch (10) with monostable and/or bistable switch positions, wherein a haptic for the adjustment movement of the gear selector switch (10) is generated by at least one rheological actuator (30) with a rheological fluid (34), and wherein the rheological actuator (30) comprises a controllable electromagnet (35), the magnetic field strength of which can be varied by actuation, wherein the viscosity of the fluid (34) can be varied by actuation of the electromagnet (35), characterized in that the rheological actuator (30) comprises a permanent magnet (31) by means of which the fluid (34) is set to a basic viscosity in order to fix the gear selector switch (10) when the electromagnet (35) is not actuated, wherein the permanent magnet (31) and the electromagnet (35) are arranged on opposite sides of the lamellar structure consisting of the at least one stator surface (32) and the at least one further surface (15). Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest einen Sensor (20) und eine Steuereinheit umfasst, wobei der Sensor (20) dazu eingerichtet ist, eine Auslenkung des Gangwahlschalters (10) zu erfassen und eine der Auslenkung entsprechende Information an die Steuereinheit zu übertragen, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Auslenkung den zumindest einen Aktuator (30) zur Erzeugung einer der Auslenkung entsprechenden Haptik anzusteuern.Actuating device according to Claim 1 , characterized in that it comprises at least one sensor (20) and a control unit, wherein the sensor (20) is designed to detect a deflection of the gear selector switch (10) and to transmit information corresponding to the deflection to the control unit, which is designed to control the at least one actuator (30) depending on the deflection in order to generate a haptic corresponding to the deflection. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rheologische Aktuator (30) zumindest eine feststehende Statorfläche (32) und zumindest eine drehbar und/oder verschiebbare gelagerte weitere Fläche (15) umfasst, wobei die zumindest eine Statorfläche (32) und die zumindest eine weitere Fläche (15) einander abwechselnd angeordnet sind und die zumindest eine weitere Fläche (15) mit dem Gangwahlschalter (10) mechanisch gekoppelt ist, so dass eine Verstellbewegung des Gangwahlschalters (10) zu einer Drehung oder Verschiebung der zumindest einen weiteren Fläche (15) relativ zu der zumindest einen Statorfläche (33) führt.Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that the rheological actuator (30) comprises at least one fixed stator surface (32) and at least one rotatably and/or displaceably mounted further surface (15), wherein the at least one stator surface (32) and the at least one further surface (15) are arranged alternately and the at least one further surface (15) is mechanically coupled to the gear selector switch (10) so that an adjusting movement of the gear selector switch (10) leads to a rotation or displacement of the at least one further surface (15) relative to the at least one stator surface (33). Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine weitere Fläche (15) in der oder parallel zu einer Längsachse eines Schafts (16) des Gangwahlschalters (10) liegt.Actuating device according to Claim 3 , characterized in that the at least one further surface (15) lies in or parallel to a longitudinal axis of a shaft (16) of the gear selector switch (10). Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rheologische Fluid (34) in dem Raum zwischen der zumindest einen Statorfläche (32) und der zumindest einen weiteren Fläche (15) befindlich ist.Actuating device according to Claim 3 or 4 , characterized in that the rheological fluid (34) is located in the space between the at least one stator surface (32) and the at least one further surface (15). Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (31) und der Elektromagnet (35) derart in dem rheologischen Aktuator (30) angeordnet sind, dass, je nach Ansteuerung des Elektromagneten (35), die magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten (31) verstärkt oder abgeschwächt oder eliminiert werden.Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet (31) and the electromagnet (35) are arranged in the rheological actuator (30) in such a way that, depending on the control of the electromagnet (35), the magnetic field lines of the permanent magnet (31) are strengthened or weakened or eliminated. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangwahlschalter (10) mit zumindest einem Federelement gekoppelt ist, welche eine Rückstellung des Gangwahlschalters (10) in eine Ausgangsposition bewirken, wenn eine die Verstellbewegung herbeiführende Nutzerkraft entfällt und/oder die Zündung ausgeschaltet ist bzw. wird.Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that the gear selector switch (10) is coupled to at least one spring element which enables the gear selector switch (10) to be returned to a The initial position can be achieved if the user force causing the adjustment movement is no longer applied and/or the ignition is or will be switched off. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (12) des Gangwahlschalters (10) in Übereinstimmung mit einer Drehachse (33) des rheologischen Aktuators (30) angeordnet ist.Actuating device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that a rotation axis (12) of the gear selector switch (10) is arranged in correspondence with a rotation axis (33) of the rheological actuator (30). Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (12) des Gangwahlschalters (10) um einen Abstand (d) zu der Drehachse (33) des rheologischen Aktuators (30) versetzt angeordnet ist.Actuating device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that an axis of rotation (12) of the gear selector switch (10) is arranged offset by a distance (d) from the axis of rotation (33) of the rheological actuator (30).
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