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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position eines in zwei Richtungen verschiebbaren Gangwahlhebels in einem Kraftfahrzeug nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 7.
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Eine derartige Sensorvorrichtung und ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 049 220 A1 bekannt. Mit dieser bekannten Sensorvorrichtung können mit nur einer Messeinheit zumindest zwei Positionen auf unterschiedlichen Ebenen in der ersten Richtung (z. B. Längsrichtung) erkannt werden, auch wenn die beiden Positionen zusätzlich auf unterschiedlichen Ebenen in der zweiten Richtung (z. B. Querrichtung) liegen, wie insbesondere üblicherweise die Neutralstellung und die Rückwärtsgangstellung bei Gangwählhebeln. Die Auswerteeinheit kann dabei mit der Messeinheit eine mechatronische Einheit in der Nähe des Gangwählhebels bilden, die ihrerseits vorzugsweise mit einem ohnehin vorhandenen elektronischen Steuergerät verbunden ist, das für den gewünschten Funktionsumfang, wie beispielsweise einer Motor-Start-Stopp-Funktion, zuständig ist. Die Auswerteeinheit ist hierbei vorzugsweise über eine analoge oder digitale Signalleitung mit dem Steuergerät verbunden oder kann auch in dieses integriert sein.
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Es ist eine Vielzahl von Anwendungen in Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem die Position des Gangwählhebels oder eines anderen Hebels erfasst wird, um abhängig davon eine Softwarefunktion auszuführen. Beispielsweise ist bei sogenannten Motor-Start-Stopp-Funktionen (z. B. BMW Fahrzeuge der 1er Reihe ab 2007) die Erfassung der Neutralstellung N eines manuellen Handschaltgetriebes erforderlich, um im Stillstand des Fahrzeuges den Motor automatisch abzuschalten. Intern ist weiterhin erwünscht, eine derartige Motor-Start-Stopp-Funktion abhängig von der Rückwärtsgangstellung R zu steuern, um bei einem Rangiervorgang das automatische Abstellen des Motors bei nur kurzzeitiger Erkennung der Neutralstellung des Gangwählhebels zu unterbinden.
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Weiterhin ist die Kenntnis des Zielganges bei einem Gangwechsel insbesondere für eine Drehzahlanhebung bei einer Rückschaltung vorteilhaft. Die bekannten Sensorvorrichtungen bei Gangwahlschaltern beschäftigen sich jedoch vorrangig mit der Erkennung von aktuell tatsächlich eingelegten Gängen und davon abhängigen Funktionen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Funktionserweiterung eines mit einem manuell verstellbaren Gangwahlhebel zusammenhängenden Funktionsumfanges auf sichere und einfache Weise zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 verfahrensmäßig und des Patentanspruchs 7 vorrichtungsmäßig gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft grundsätzlich eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung der Position eines in einer Querrichtung und in einer Längsrichtung verschiebbaren Gangwahlhebels in einem Kraftfahrzeug. Mittels einer Messeinheit zur Erfassung der Ist-Position des Hebels bezogen auf beide Richtungen und mittels einer mit der Messeinheit verbundenen Auswerteeinheit wird ein zu erwartender Gang zumindest abhängig von der jeweils erfassten Ist-Position des Gangwahlhebels nach Verlassen der Position des zuletzt eingelegten Ganges im Zusammenhang mit vorgegebenen Bedingungen vorausbestimmt, bis durch die erfasste Ist-Position ein neuer Gang als tatsächlich eingelegt erkannt wird.
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Die Erfindung geht von einer Sensorvorrichtung bzw. einem Verfahren mit einer Messeinheit aus, die bereits zumindest die den tatsächlich einlegbaren Gängen zugeordneten Positionen eines in zwei Richtungen verschiebbaren Hebels bezogen auf beide Richtungen erfassen kann. Als Beispiel hierfür wird nochmal auf die bereits oben genannte Druckschrift
DE 10 2009 049 220 A1 vollinhaltlich hingewiesen. Die dort beschriebene Messeinheit ist auch für die Erkennung aller Ist-Positionen eines Gangwahlhebels verwendbar. Zusammengefasst werden dort die zu erkennenden Positionen – bei mehr als zwei zu erkennenden Positionen – über eine Matrix aus je zwei Spannungsbereichen definiert, ein erster Spannungsbereich in der ersten Richtung und ein zweiter Spannungsbereich in der zweiten Richtung.
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Ausgehen davon geht die Erfindung von folgenden Überlegungen aus:
Mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung lässt sich die jeweils aktuelle Ist-Position des Gangwahlhhebels in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung exakt erfassen. Zudem wird vorzugsweise ein codiertes Signal übermittelt, woraus der Ist-Gang aus der Ist-Position direkt ermittelt wird. Damit ist eine Funktionalität implementierbar, durch die der prädizierte Gang immer dem real eingelegten Gang entsprechen muss, wodurch die Möglichkeit zu einer Fehlprädiktion minimiert wird. Diese Funktionalität hat immer gegenüber den nachfolgend beschriebenen Begrenzungen Priorität. Über ein Plausibilitäts-Signal, das angibt, ob die verwendeten Signale gültig sind, lässt sich im Ungültigkeitsfall ein Ersatzwert für den prädizierten Gang vorgeben.
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Der erfindungsgemäßen Vorausbestimmung eines Ganges (Gangprädiktion) liegt eine Basisfunktion zugrunde. Die Basisfunktion besteht aus Schwellen in (Fahrzeug-)Längs- und Querrichtung, die der Schalthebel während einer Schaltung überschreitet. Dabei ist zur Schwelle in Querrichtung vorzugsweise eine Hysterese vorgesehen. Die Spreizung der Hysterese lässt sich vorzugsweise variabel beispielsweise abhängig vom Fahrmodus (z. B. Sport oder nicht Sport) einstellen. Beim Wechsel in den entsprechenden durch die Schwellen definierten Korridor verändert sich das Basissignal zur Gangprädiktion im Wertebereich zwischen 1 und 6 entsprechend den möglichen Gängen z. B. bei einem 6-Gang-Handschaltgetriebe.
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Da der tatsächlich einzulegende Gang nicht nur vom Wunschgang des Fahrers sondern auch von physikalischen Randbedingungen (insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl usw.) abhängt, muss die Gangprädiktion in Abhängigkeit von der vorher beschriebenen Ermittlung mittels der Basisfunktion über die Position des Gangwahlhebels begrenzt werden. Dies kann über eine obere und untere Ganggrenze realisiert werden, die sich insbesondere aus der Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt (minimal und maximal zulässige Gänge).
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Eine weitere Begrenzung des zu prädizierenden Ganges geschieht anhand des zuletzt eingelegten Ganges. Wenn beispielsweise zuvor der 6. Gang ausgewählt wurde, ist ein Herunterschalten in den ersten Gang sehr unwahrscheinlich und damit für die Gangprädiktion zunächst nicht zulässig. Erst wenn der Schalthebel wirklich im Bereich des eingelegten 1. Ganges ist, wird auch dieser als zu prädizierenden Gang übernommen. Zudem ist in dieser Funktion vorzugsweise einstellbar implementiert, dass ein Wechsel des prädizierten Ganges vom zuletzt eingelegten Gang in einer einstellbaren Grenze nur möglich ist, wenn die gegenüberliegende Hysteresegrenze um die Nulllage im Neutralbereich (N) in Längsrichtung überschritten wurde. Diese Grenze kann von null bis zur Anzahl der vorhandenen Gänge eingestellt werden. Somit kann ein zunächst zulässiger Gangunterschied ohne Überschreiten der Hysteresegrenze vorgegeben werden. Damit kann zum Beispiel ein einfaches Gangauslegen oder das Hin- und Herbewegen des Gangwahlhebels durch den Fahrer zum Überprüfen ob sich der Hebel wirklich im Neutralbereich befindet, nicht zum sprunghaften Wechsel des prädizierten Ganges führen. Somit wird insbesondere bei einer vorteilhaften Anwendung der Erfindung zur Drehzahlanhebungen des Verbrennungsmotors für eine Anschlussdrehzahlregelung bei einem Rückschaltvorgang eine Drehzahländerung erst geschehen, wenn der Fahrer eine Schaltgasse bzw. einen bestimmten Gang explizit anwählt.
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Grundsätzlich hat die hier vorgestellte Gangprädiktion das Ziel, die Zuverlässigkeit der Zielgangbestimmung beim Schaltvorgang des Fahrers im Handschaltgetriebe zu erhöhen.
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Durch die verbesserte Gangprädiktion und die damit verbundene Anschlussdrehzahlregelung lässt sich in erster Linie der Fahrkomfort erhöhen. Durch das gezielte Anheben der Verbrennungsmotordrehzahl bei Schaltvorgängen von großen zu kleinen Gängen, entfällt der Längsruck beim Einkuppeln. Dieser ergibt sich ohne gezielte Anschlussdrehzahlregelung zwangsläufig aus den Drehzahlunterschieden von Kurbelwelle und Getriebeeingang. Damit ist beim Einkuppeln keine Drehzahlsynchronisation der beiden Kupplungsscheiben zwischen Verbrennungsmotor und Handschaltgetriebe mehr notwendig.
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Zudem lässt sich die Sportlichkeit des Fahrens erhöhen, da sich das gezielte Anheben der Motordrehzahl beim Schaltvorgang für den Fahrer als Zwischengas darstellt. Damit hat der Fahrer beim Einkuppeln automatisch die gewünschte Zieldrehzahl zur Verfügung. Das sportliche Fahrgefühl wird außerdem über die Minimierung der sich aus der Drehzahlsynchronisation beim Einkuppeln ergebenden die Bremsmomente steigen. Diese wirken sich hiermit nicht mehr störend auf die Dosierung des Fahrers z. B. über das Bremspedal aus.
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Außerdem wird auch der Verschleiß der Kupplungsscheiben deutlich reduziert, da die Drehzahlsynchronisation bei Rückschaltungen durch den aktiven Eingriff der Anschlussdrehzahlregelung entfällt. Damit minimiert sich die Reibenergie, die zum Verschleiß der Kupplung führt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels genauer dargestellt. Sie zeigt schematisch die für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung erforderlichen Hauptkomponenten und ein besonders vorteilhaftes Anwendungsbeispiel für eine Drehzahlsteuerung während eines Gangwechsels mit einem Handschaltgetriebe.
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Die einzige Figur zeigt eine Schaltkulisse S für einen Gangwählhebel H in einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe. Die Schaltkulisse S zeigt eine übliche H-Schaltung, in der der Gangwählhebel H beispielweise zum Einlegen der Gänge R, 1, 2, 3, 4, 5 und dem Neutralbereich N in zwei Richtungen, nämlich einer x-Richtung (Längsrichtung) und einer y-Richtung (Querrichtung) verschiebbar ist. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung besteht aus einer ersten Teil-Messeinheit SX zur Erfassung der Bewegung des Hebels H in Längsrichtung x und einer zweiten Teil-Messeinheit SY zur Erfassung der Bewegung des Hebels H in Querrichtung y sowie aus einer mit der Gesamt-Messeinheit SX, SY verbundenen Auswerteeinheit A. Die Auswerteeinheit A kann z. B. mechatronisch mit der Messeinheit SX, SY verbunden sein oder – wie hier dargestellt – in einem elektronischen Steuergerät SG integriert sein. Die Messeinheiten SY und SX können magnetischer Art, z. B. Hallsensoren, sein.
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Die Auswerteeinheit A ist zur Erfassung der einlegbaren Gänge (hier zumindest 1, 2, 3, 4, 5, 6) und dem Neutralbereich N derart ausgestaltet, dass jedem möglichen Gang und dem Neutralbereich N jeweils ein definierter Spannungsbereich (schraffierte Flächen) zugeordnet ist, wobei die Spannungsbereiche aus dem Spannungssignal Uy der ersten Teil-Messeinheit SY und dem Spannungssignal Ux der zweiten Teil-Messeinheit SX gewonnen werden.
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Die den Vorwärtsgängen 1 bis 6 zugeordneten Spannungsbereiche sind durch die Schwellen G1/2 und G5/6 in Querrichtung y und durch die Schwellen G1/3/5 und G2/4/6 in Längsrichtung x getrennt. Dem Spannungsbereich zwischen den Schwellen G1/3/5 und G2/4/6 ist dem Neutralbereich N zugeordnet.
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Die Auswerteeinheit A kann mittels der dargestellten Messeinheit SX, SY die jeweilige Ist-Position – hier beispielsweise P1 bis P4 – des Hebels H exakt bestimmen.
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Hiermit lässt sich folgendes erfindungsgemäße Verfahren durchführen:
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Beispiel 1, Rückschaltabsicht
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Der zuletzt eingelegte Gang sei hier Gang 4. Diesem Gang entspricht die Position P0 des Hebels H. Nach Verlassen der Position P0 und somit des zuletzt eingelegten Ganges 4 wird die nächste Ist-Position P1 betrachtet. Dieser Position P1 ist der Neutralbereich N zugeordnet. In Position P1 ist noch nicht erkennbar, ob eine Hoch- oder Rückschaltabsicht vorliegt. Mit Erreichen der nächsten Position P2 hat der Hebel H die erste definierte Schwelle G1/2 in Querrichtung y hin zu den niedrigeren Gängen 1 und 2 überfahren. Somit ist die erste Bedingung zur Erkennung der Rückschaltabsicht erfüllt. Da noch nicht ersichtlich ist, welcher Gang tatsächlich angewählt werden wird, wird zunächst ausgehend vom zuletzt erkannten Gang 4 durch die Erkennung einer Rückschaltabsicht vor Erkennung eines neuen tatsächlich eingelegten Ganges zunächst der nächst niedrigere Gang 3 vorbestimmt. Erst bei der Ist-Position P3 wird der Gang 2 als tatsächlich eingelegter Gang erkannt; denn nun ist die zweite Bedingung erfüllt, nämlich dass vom Hebel H ausgehend vom Neutralbereich N die definierte Schwelle G2/4/6 in Längsrichtung x überfahren wurde. Sollte sich der Gang 3 als unzulässiger Gang herausstellen – beispielsweise aufgrund einer zu niedrigen Drehzahl des Antriebsmotors – wird Gang 2 vorbestimmt (vorausgesetzt dieser ist zulässig).
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Beispiel 2, Hochschaltabsicht
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Der zuletzt eingelegte Gang sei wieder Gang 4. Diesem Gang entspricht wieder die Position P0 des Hebels H als Ausgangsposition. Nach Verlassen der Position P0 und somit des zuletzt eingelegten Ganges 4 wird wieder die nächste Ist-Position P1 betrachtet, aus der keine Hoch- oder Rückschaltabsicht erkennbar ist. Nun sei im Unterschied zu Beispiel 2 die nächste Ist-Position die Position P4. Es wird nun eine Hochschaltabsicht erkannt, weil vom Hebel H ausgehend vom zuletzt eingelegten Gang 4 die definierte Schwelle G5/6 in Querrichtung y hin zu den höheren Gängen 5 und 6 überfahren wurde.
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Durch die Erkennung einer Hochschaltabsicht vor Erkennung eines neuen tatsächlich eingelegten Ganges wird nun ausgehend vom zuletzt eingelegten Gang 4 der nächst höhere Gang 5 vorbestimmt (sofern dieser aus physikalischen Gründen zulässig ist).
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Ergänzend bestimmt die Auswerteeinheit A vorzugsweise ausgehend vom zuletzt eingelegten Gang im Falle einer Hochschaltabsicht den höchsten zulässigen Gang, der für die Vorausbestimmung nicht überschritten wird, und im Falle einer Rückschaltabsicht den niedrigsten zulässigen Gang, der für die Vorausbestimmung nicht unterschritten wird, in beiden Fällen selbst dann nicht, wenn ein unzulässiger Gang als eingelegt erkannt wird. Beispielsweise können ausgehend vom Gang 6 als zuletzt eingelegten Gang bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Gänge 1 bis 3 im Hinblick auf eine Überdrehung des Motors unzulässig sein. Somit würde erfindungsgemäß beispielsweise Gang 3 bei Erreichen von Position P2 ausgehend von einer dem Gang 6 zugeordneten Ist-Position des Hebels H nicht vorbestimmt werden.
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Die höchsten und/oder die niedrigsten zulässigen Gänge werden demnach in einer Weiterbildung der Erfindung abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Motordrehzahl sowie abhängig vom zuletzt eingelegten Gang bestimmt.
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Vorzugsweise sind zu den Schwellen G2/4/6 und G1/3/5 in Längsrichtung x auch Hysteresen HY1 und HY2 definiert. Da manche Fahrer im Neutralbereich N bekanntermaßen den Hebel H zur Sicherstellung eines ausgelegten Ganges hin- und herbewegen, wird ein vorbestimmter Gang nur dann ermittelt, wenn mit dem Hebel H die dem zuletzt eingelegten Gang gegenüberliegende Hysterese überfahren wurde; hier also:
Ausgehend von den Gängen 2, 4 und 6 als zuletzt eingelegte Gänge wird nur dann ein (prädizierter) Gang vorbestimmt, wenn die Hysterese HY1 mit dem Hebel H überfahren wurde. Ausgehend von den Gängen 1, 3 und 5 als zuletzt eingelegte Gänge wird nur dann ein (prädizierter) Gang vorbestimmt, wenn die Hysterese HY2 überfahren wurde.
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Das Steuergerät SG sei hier ein Motorsteuergerät für einen Antriebsmotor (z. B. eine Brennkraftmaschine). Durch eine Verbindung des Auswertemoduls A mit einem Funktionsmodul D innerhalb des Motorsteuergeräts SG kann die Erfindung besonders vorteilhaft zur Steuerung der Drehzahl n des Antriebsmotors während eines Gangwechsels mit einem Handschaltgetriebe in Abhängigkeit von dem jeweils vorausbestimmten Gang verwendet werden, wenn kein Gang als tatsächlich eingelegt erkannt ist. Hierdurch kann schneller die Synchrondrehzahl des neuen Ganges erreicht werden und somit die Schaltzeit verkürzt werden.
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In der Figur sind schematisch im Funktionsmodul D die Steuermöglichkeiten für die beiden oben genannten Beispiele 1 und 2 dargestellt. Auf der Abszisse ist die Zeit t und auf den Ordinaten ist zum einen die Drehzahl n und zum anderen der Gang G aufgetragen. Links von der vertikalen Trennungslinie ist das oben genannte Beispiel 1 und rechts davon das oben genannte Beispiel 2 dargestellt.
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Die dicken durchgezogenen Linien Gist sind die jeweiligen Verläufe der jeweils als tatsächlich eingelegt erkannten Gänge. Diese Verläufe sind durch gestrichelte Linien unterbrochen.
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Diese gestrichelten Linien deuten im linken Beispiel 1 an, dass zwar eine Rückschaltabsicht erkannt ist und dass Gang 1 oder 2 wahrscheinlich aber noch nicht sicher sind. Daher wird durch die dicke gestrichelte Linie Gvor der vorbestimmte (prädizierte) Gang angedeutet, der hier zunächst ausgehend vom zuletzt eingelegten Gang 4 der nächst niedrigere Gang 3 ist.
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Die gestrichelten Linien im rechten Beispiel 2 deuten an, dass zwar eine Hochschaltabsicht erkannt ist und dass Gang 5 oder 6 aber noch nicht feststeht. Daher wird durch die dicke gestrichelte Linie Gvor der vorbestimmte (prädizierte) Gang angedeutet, der hier zunächst ausgehend vom zuletzt eingelegten Gang 4 der nächst höhere Gang 5 ist.
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Mit strichpunktierter Linie n(t) wird die Steuerung der Drehzahl n dargestellt. Sie richtet sich also nach dem vorbestimmten (prädizierten) Gang, wenn ein tatsächlich eingelegter Gang nicht erkennbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009049220 A1 [0002, 0008]
