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Vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltpiloten zur Erprobung eines Getriebes. Das Getriebe ist vorzugsweise in einem Fahrzeug verbaut. Der Schaltpilot wird dazu genutzt, um an einem manuell schaltbaren Getriebe die Gänge zu schalten. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Versuchsanordnung mit dem Schaltpiloten und ein Verfahren zum Betrieb des Schaltpiloten.
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Nach dem Stand der Technik werden für Fahrzeugtests auf Rollenprüfständen Schaltpiloten (auch: Schaltautomaten) verwendet, deren Ziel unter anderem das Durchführen eines Gangwechsels ist. Dabei wir der Gangwechsel entweder mit gleichbleibendem Kraftaufwand oder mit gleichbleibender Schaltgeschwindigkeit durchgeführt. Im Stand der Technik wird dabei der Schalthebel des Getriebes über Elektromotoren und entsprechende Gestänge oder hydraulisch bewegt.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Schaltpiloten und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb des Schaltpiloten anzugeben, die bei kostengünstigem Aufwand und kostengünstiger Durchführung ein möglichst realistisches Betätigen eines Schalthebels ermöglichen. Das realistische Betätigen orientiert sich dabei an dem Betätigen des Schalthebels durch einen Menschen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Schaltpiloten zur Erprobung eines Getriebes. Insbesondere handelt es sich dabei um ein manuell schaltbares, sperrsynchronisiertes Getriebe in einem Fahrzeug. Der Schaltpilot umfasst zumindest einen Gasdruckzylinder. Dieser ist zum Verbinden mit einem Schalthebel des Getriebes ausgebildet. Des Weiteren ist zumindest ein Druckanschluss am Gasdruckzylinder vorgesehen, um den Gasdruckzylinder mit einem Gas zu bewegen. Der gewünschte Druck des Gases wird dabei als „Solldruck” bezeichnet. Der Gasdruckzylinder wird mittels des Gases bewegt, um einen Gang im Getriebe einzulegen. Darüber hinaus umfasst der Schaltpilot ein Kraftmessglied, insbesondere eine Kraftmessdose, zum Messen einer Kraft, die in Bewegungsrichtung des Gasdruckzylinders wirkt. Insbesondere wird mit dem Kraftmessglied zwischen dem Schalthebel des Getriebes und dem zumindest einen Gasdruckzylinder gemessen, sodass das Kraftmessglied die vom Gasdruckzylinder auf den Schalthebel wirkende Kraft als auch die Reaktionskraft vom Schalthebel auf den Gasdruckzylinder misst.
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Um einen möglichst realistischen Schaltvorgang automatisiert und mit einem Schaltpiloten durchführen zu können, wird hier erfindungsgemäß ein Gas, insbesondere Druckluft, zum Bewegen des Schalthebels verwendet. Dabei macht sich die Erfindung die kompressible Eigenschaft des Gases zu Nutzen. Von dem Getriebe auf den Schaltpiloten wirken stochastisch geprägte Reaktionskräfte, die sich vorab nicht prognostizieren lassen. Die Schaltkräfte sind nämlich bestimmt durch die resultierenden Reaktionskräfte des Widerstandes aus dem Getriebe. Somit treten die einzelnen Schaltkraftspitzen stochastisch verteilt immer zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Positionen während des Schaltvorgangs auf. Daher darf kein „starrer” Vortrieb am Schalthebel anliegen, wie dies beispielsweise durch einen Elektromotor mit Gestänge oder einen hydraulischen Antrieb der Fall wäre. Ein konstanter Vortrieb mit gleichbleibender Geschwindigkeit oder gleichbleibender Vorschubkraft entspricht nicht den realen Schaltbetätigungen eines Fahrers. Dadurch, dass erfindungsgemäß jedoch ein Gas, und somit ein kompressibles Medium, im Gasdruckzylinder verwendet wird, stellt sich kein konstanter oder starrer Vortrieb des Gasdruckzylinders ein. Vielmehr reagiert der Schaltpilot automatisch durch das Gas auf die stochastisch verteilten Spitzen in der Schaltkraft. Durch das gleichzeitige Messen der wirkenden Kraft mit dem Kraftmessglied kann zum einen der realistische Schaltvorgang des Schaltpiloten überwacht werden. Zum anderen ermöglicht das Messen der wirkenden Kraft eine Einstellung des Solldrucks.
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Bevorzugt umfasst der Schaltpilot eine Druckquelle, beispielsweise einen Kompressor, um den zumindest einen Gasdruckzylinder mit einem Gas, insbesondere Luft, zu beaufschlagen.
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Des Weiteren ist der Gasdruckzylinder bevorzugt zum Betrieb mit Druckluft ausgebildet. Es handelt sich somit um einen Pneumatikzylinder. Beispielsweise die entsprechenden Dichtungen im Gasdruckzylinder sind für den Betrieb mit Luft ausgebildet.
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Darüber hinaus ist bevorzugt zumindest ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen. Dieses Druckbegrenzungsventil steuert den Druckaufbau in dem zumindest einen Gasdruckzylinder. Das Druckbegrenzungsventil wird so eingestellt, dass der Gasdruckzylinder bis zum Erreichen des Solldrucks beaufschlagt wird. Wenn mehrere Gasdruckzylinder parallel zum Betätigen des Schalthebels verwendet werden, so werden diese insbesondere parallel geschaltet und infolgedessen kann ein Druckbegrenzungsventil für die mehreren Gasdruckzylinder verwendet werden.
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Der Schaltpilot umfasst bevorzugt eine Steuerungseinheit. Diese Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, den Solldruck einzustellen. Insbesondere wird der Solldruck am Druckbegrenzungsventil eingestellt.
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Besonders bevorzugt ist die Steuerungseinheit dazu ausgebildet, den Solldruck in Abhängigkeit der am Kraftmessglied gemessenen Kraft einzustellen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Solldruck auch während dem Einlegen eines Ganges durch die Steuerungseinheit verändert wird. Diese Veränderung erfolgt basierend auf der gemessenen Kraft bzw. auf einem Kraft-Zeit-Verlauf. Die gemessene Kraft bzw. der Kraft-Zeit-Verlauf wird mittels des Kraftmessgliedes ermittelt. Dadurch ist es möglich, beispielsweise während der Synchronphase beim Einlegen des Ganges den Solldruck und somit die Schaltkraft zu erhöhen.
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Des Weiteren umfasst der Schaltpilot bevorzugt zumindest ein Rückschlagventil am Druckanschluss des zumindest einen Gasdruckzylinders. Das Rückschlagventil sperrt in Richtung der Druckquelle. Das Rückschlagventil dient zur Verhinderung weiteren Einströmens von Gas in den Gasdruckzylinder, falls die vom Getriebe auf den Gasdruckzylinder wirkende Reaktionskraft und damit der Druck im Gasdruckzylinder größer sein sollte, als der eingestellte Solldruck. Beim Zusammenbrechen der Reaktionskraft, also wenn die vom Getriebe auf den Gasdruckzylinder wirkende Kraft absinkt, wird sich zuerst das im Gasdruckzylinder komprimierte Gas soweit entspannen, bis der Solldruck erreicht ist, bevor weiteres Gas in den Gasdruckzylinder einströmen kann. Dadurch wird eine sehr gute Annäherung an die realistische Betätigung durch einen Menschen erreicht.
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Bevorzugt wird das Kraftmessglied mit einer Kolbenstange des zumindest einen Gasdruckzylinders fest verbunden. Dadurch kann das Kraftmessglied in dem Verbindungsbereich zwischen dem Gasdruckzylinder und dem Schalthebel positioniert werden.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Versuchsanordnung. Diese Versuchsanordnung umfasst wiederum das zu testende Getriebe, welches vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, und den soeben beschriebenen Schaltpiloten. Der zumindest eine Gasdruckzylinder des Schaltpiloten ist dabei mit dem Schalthebel des Getriebes verbunden. Insbesondere wird diese Versuchsanordnung an einem Kraftfahrzeug auf einem Rollenprüfstand angewendet.
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Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Schaltpiloten mit den folgenden Schritten: (i) Verbinden des zumindest einen Gasdruckzylinders mit dem Schalthebel des Getriebes, (ii) Bewegen des Gasdruckzylinders mit einem Gas, vorzugsweise Druckluft, um so den Gang im Getriebe einzulegen, und (iii) Messen einer in Bewegungsrichtung des Gasdruckzylinders wirkenden Kraft.
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Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Schaltpiloten vorgestellten Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Insbesondere erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Auswerten der am Kraftmessglied gemessenen Kraft und basierend auf dieser Auswertung eine Veränderung des Solldrucks am Gasdruckzylinder. Durch eine schaltungsselektive Interpretation der gemessenen Kraft oder des Kraft-Zeit-Verlaufes kann so ein neuer Solldruck errechnet werden. Ferner ist eine Nachregelung des Solldrucks, insbesondere am Druckbegrenzungsventil, möglich, um so einen gangselektiven Folgesolldruck, beispielsweise in oder nach der Synchronphase, einzustellen.
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Durch die in einem geeigneten Verfahren ermittelte maximale Schaltkraft während des Gangeinlegevorgangs, insbesondere während der Synchronphase, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, den Solldruck nachträglich mit einem tatsächlichen Ist-Wert zu vergleichen, um im Falle einer unzulässigen Abweichung die Stellgröße entsprechend nachzustellen.
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Damit wird die Schädigungsäquivalente-Dauerlauferprobung des Getriebes, insbesondere der Synchroneinheit des sperrsynchronisierten Handschaltgetriebes, unter Berücksichtigung aller schädigungsrelevanten Mechanismen (mechanischer Verschleiß und tribologischer Verschleiß) gewährleistet.
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Aufgrund der pneumatischen Betätigung und der damit verbundenen Kompressibilität des Übertragungsmediums ist weiterhin gewährleistet, dass die Reaktion des Schaltpiloten auf stochastisch auftretende Störungen im Gangeinlegevorgang (z. B. Druckpunkte, Schaltkratzen) der Reaktion des Hand-Arm-Systems des menschlichen Körpers im Vergleich zu einer elektrischen oder hydraulischen Betätigung am nächsten kommt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltpiloten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
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2 eine schematische Ansicht des Schaltpiloten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung einen Schaltpiloten 1 zum Betätigen eines Schalthebels 3 eines Getriebes 20. Die Kombination aus dem Schaltpiloten 1 und dem Getriebe 20 mit dem Schalthebel 3 wird als Versuchsanordnung 22 bezeichnet.
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Der Schaltpilot 1 umfasst zwei parallel betriebene Gasdruckzylinder 2. Die Gasdruckzylinder 2 sind als Pneumatikzylinder ausgebildet und werden mit Druckluft betrieben.
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Jeder Gasdruckzylinder 2 weist einen Zylinder 4 auf, in dem ein Kolben 5 linear beweglich geführt ist. Der Kolben 5 ist mit einer Kolbenstange 6 verbunden. Über Druckanschlüsse 21 können die Kolben 5 in beide Richtungen aktiv bewegt werden. Die beiden Kolbenstangen 6 der beiden Gasdruckzylinder 2 sind zusammengeführt und mit dem Schalthebel 3 verbunden.
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Zwischen den Kolbenstangen 6 und dem Schalthebel 3 befindet sich ein Kraftmessglied 7 zum Messen der auf den Schalthebel 3 wirkenden Kraft und zum Messen der von dem Schalthebel 3 auf die Gasdruckzylinder 2 wirkenden Kraft.
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Der Schaltpilot 1 umfasst des Weiteren eine Druckquelle 8, ausgebildet als Luftkompressor. Über die Druckquelle 8 werden die beiden Gasdruckzylinder 2 mit Druckluft versorgt. Ein Solldruck an den Gasdruckzylindern 2 wird mittels eines Druckbegrenzungsventils 9 eingestellt.
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Pro Gasdruckzylinder 2 sind ein Mehrwegeventil 10 und ein Rückschlagventil 11 vorgesehen. Mittels des Mehrwegeventils 10 kann die Bewegungsrichtung des jeweiligen Gasdruckzylinders 2 eingestellt werden. Die Rückschlagventile 11 sperren jeweils in Richtung der Druckquelle 8.
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Darüber hinaus umfasst der Schaltpilot 1 eine Steuerungseinheit 12, mittels derer basierend auf der am Kraftmessglied 7 gemessenen Kraft der Solldruck am Druckbegrenzungsventil 9 eingestellt wird.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Schaltpiloten 1, eingebaut in die Versuchsanordnung 22. Im zweiten Ausführungsbeispiel laufen die beiden Gasdruckzylinder 2 zum Einlegen des Ganges gegenläufig. Der Fachmann versteht, dass alternativ auch mit nur einem Gasdruckzylinder 2 der Gang eingelegt werden kann.
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Des Weiteren zeigt der Schaltpilot 1 in 2 zwei gegenläufige Gassenwahlzylinder 18. Die Gassenwahlzylinder 18 sind auf einem Schlitten 19 angeordnet und mit dem Schalthebel 3 verbunden. Die beiden Gasdruckzylinder 2 verschieben den Schlitten 19 und wirken somit ebenfalls auf den Schalthebel 3. Mit den Gassenwahlzylindern 18 wird die Schaltgasse ausgewählt.
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Ferner zeigt der Schaltpilot 1 ein Bremspedal 16 und einen Bremsstellzylinder 17 zum Betätigen des Bremspedals 16. Die Bremsbetätigung erfolgt mit dem Bremsstellzylinder 17 in Verbindung mit einer Kolbenrückholfeder.
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Darüber hinaus ist ein Kupplungspedal 13 vorgesehen. Der Schaltpilot 1 umfasst einen Kupplungsstellzylinder 14 zum Betätigen des Kupplungspedals 13. Am Kupplungsstellzylinder 14 sind mehrere Näherungsschalter 15 vorgesehen. Die Kupplungsbetätigung erfolgt insbesondere mit einem doppelt wirkenden Kupplungsstellzylinder 14, der durch eine schwenkbare Kolbenstangenverlängerung das Kupplungspedal 13 betätigt. Über ein 3/2-Wegeventil in Verbindung mit einem Drosselrückschlagventil können individuell einstellbare Geschwindigkeiten angefahren werden. Die unterschiedlichen Phasen bei der Kupplungsbetätigung sind durch die Näherungsschalter 15 definiert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest die beiden Gasdruckzylinder 2 mit dem Gas, insbesondere Druckluft, betrieben werden, um hier ein sehr realistisches Schaltverhalten zu erreichen.
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Der Kupplungsstellzylinder 14, der Bremsstellzylinder 17 und die Gassenwahlzylinder 18 können sowohl pneumatisch als auch hydraulisch betrieben werden. Die Hübe werden dabei vorzugsweise durch manuell einstellbare Anschläge begrenzt. Die Aus- und Einfahrgeschwindigkeiten werden jeweils individuell am Zylinder eingestellt. Hierzu ist direkt am Kupplungsstellzylinder 14, Bremsstellzylinder 17 oder Gassenwahlzylinder 18 in Einströmrichtung eine Drossel positioniert, die den einströmenden Volumenstrom begrenzt. Zudem sind bevorzugt einseitig am Kupplungsstellzylinder 14, Bremsstellzylinder 17 oder Gassenwahlzylinder 18 Schnellentlüftungsventile installiert, durch die beim Einfahren Abluft oder Hydrauliköl frei entweicht. Dadurch lassen sich beliebig hohe Einfahrgeschwindigkeiten erreichen und unnötige Luft- oder Hydraulikpolster in den Leitungen vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltpilot
- 2
- Gasdruckzylinder
- 3
- Schalthebel
- 4
- Zylinder
- 5
- Kolben
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Kraftmessglied
- 8
- Druckquelle
- 9
- Druckbegrenzungsventil
- 10
- Mehrwegeventil
- 11
- Rückschlagventil
- 12
- Steuerungseinheit
- 13
- Kupplungspedal
- 14
- Kupplungsstellzylinder
- 15
- Näherungsschalter
- 16
- Bremspedal
- 17
- Bremsstellzylinder
- 18
- Gassenwahlzylinder
- 19
- Schlitten
- 20
- Getriebe
- 21
- Druckanschluss
