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Die Erfindung betrifft eine Betriebsarten-Wähleinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere für ein Fahrzeuggetriebe mit einer variablen, durch eine Steuereinrichtung einstellbaren Übersetzung, wobei dezidierten Stellungen einer zur Betriebsarten-Wähleinrichtung gehörenden Handhabe spezifischen Betriebszuständen, wie Übersetzungen oder Fahrstufen, des Fahrzeuggetriebes zugeordnet sind. Bekannte Betriebsarten-Wähleinrichtungen, auch Gangwahlhebel genannt, weisen einen Hebel mit daran befestigter Handhabe auf, der durch ein kardanisches Kreuzgelenk oder ein Kugelgelenk an einem Gehäuse gelagert ist.
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DE 10 2009 015 883 A1 betrifft eine Betriebsarten-Wähleinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe mit einer beweglichen Handhabe und einer Detektionseinrichtung, welche einen 3D-Hallsensor und einem mit dem 3D-Hallsensor zusammenwirkenden Permanentmagneten umfasst, um aus dem Detektionssignal des 3D-Hallsensors eine Stellung der Handhabe zu ermitteln. Darin wird eine exzentrische Anordnung des Permanentmagneten bezüglich des 3D-Hallsensors vorgeschlagen, um eine sich auf das Detektionssignal auswirkende und ausreichende Relativbewegung zwischen den beiden zu bewirken. Es besteht aber generell Bedarf, eine zuverlässige Stellungsüberwachung einer Betriebsarten-Wähleinrichtung sicherzustellen, indem anhand des Detektionsergebnisses der die Stellung detektierende 3D-Hallsensors auf Funktion überprüft werden kann.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung, bei der eine Betriebsarten-Wähleinrichtung bereitgestellt wird, die verbessert auf Funktion, insbesondere der zugehörigen Detektionseinrichtung, überwacht und überprüft werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Betriebsarten-Wähleinrichtungen gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft eine Betriebsarten-Wähleinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe, beispielsweise zur Einstellung der Fahrstufen eines Automatikgetriebes eines Fahrzeugs. Bevorzugt handelt es sich um ein Fahrzeuggetriebe mit einer elektromechanischen Einrichtung zur Einstellung der Getriebestufen des Fahrzeuggetriebes. Die Betriebsarten-Wähleinrichtung weist einen Träger auf. Der Träger dient beispielsweise der Festlegung der Betriebsarten-Wähleinrichtung an der Karosserie oder anderen tragenden Komponenten des Fahrzeugs. Die erfindungsgemäße Betriebsarten-Wähleinrichtung weist eine an dem Träger schwenkbeweglich und in eine stabile dezidierte Stellung rückstellend gelagerte Handhabe auf, die auch geläufig als Schalthebel bezeichnet wird. Beispielsweise ist die Handhabe monostabil oder multistabil am Träger gelagert.
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Als dezidierte Stellung wird beispielsweise eine Neutralstellung oder eine einer spezifischen Betriebsart des Fahrzeuggetriebes entsprechende Stellung der Handhabe verstanden. Die Handhabe dient der händischen Betätigung der Betriebsarten-Wähleinrichtung durch Verstellung der Handhabe. Beispielsweise ist die Handhabe mittels eines Kugel-Pfannen-Gelenks oder mittels eines Kardangelenks am Träger gelagert. Die Rückstellung der Handhabe wird beispielsweise durch Feder- oder Magnetkräfte bewirkt.
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Die erfindungsgemäße Betriebsarten-Wähleinrichtung weist ferner eine Schaltkulisse zur Definition des Schwenkbereichs der Handhabe auf. Der Begriff Schaltkulisse ist weit auszulegen. Erfindungsgemäß umfasst sind nicht nur solche Einrichtungen, die die Handhabe bei der Bewegung relativ zu dem Träger über den gesamten Bewegungsbereich der Handhabe führen, sondern es sollen auch solche umfasst sein, die sich lediglich auf die Vorgabe des Maximalausschlags beschränken, sogenannte Anschlagsbegrenzer. Beispielsweise handelt es sich bei der Schaltkulisse um eine auf Magnetkräften beruhende Führung der Handhabe während der durch einen Bediener vorgenommenen händischen Betätigung.
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Erfindungsgemäß ist eine Detektionseinrichtung zur Stellungsdetektion der Handhabe vorgesehen. Erfindungsgemäß weist die Detektionseinrichtung wenigstens einen 3D-Hallsensor und einen mit dem Hallsensor zusammenwirkenden Magneten, bevorzugt Permanentmagneten auf, der eine der Verbindungsachse zwischen den entgegengesetzten Polen des Magneten entsprechende Polausrichtung definiert. Der 3D-Hallsensor erzeugt ein von 3, sich in einem Koordinatenursprung orthogonal schneidenden Raumachsen aufgespanntes Messfeld. Der 3D-Hallsensor weist beispielsweise drei identisch aufgebaute Hallsensoren auf, die so ausgerichtet sind, dass die Richtungen der elektrischen Ströme, mit denen jeweils einer der Hallsensoren für die Magnetfeldmessung beaufschlagt ist, orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Bevorzugt sind die drei vorgenannten Hallsensoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, noch bevorzugter sind die drei Hallsensoren unter Ausbildung eines Gehäuses gemeinsam vergossen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich je nach Anordnung von Magnet und 3D-Hallsensor der Magnet synchron mit der Schwenkbewegung der Handhabe in dem Messfeld bewegt oder sich das Messfeld relativ zu dem Magnet bewegt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der 3D-Hallsensor ein bezüglich der vorgenannten Raumachsen aufgelöstes Detektionsergebnis ausgibt, welches von einem Abstand zwischen dem Magneten und dem 3D-Hallsensor und der Ausrichtung der Polausrichtung im Messfeld abhängig ist und wobei der Magnet und der 3D-Hallsensor in der wenigstens einen dezidierten Stellung, insbesondere in der Neutralstellung relativ zueinander so angeordnet sind, dass wenigstens in dieser Stellung ein Detektionsergebnis mit von Null verschiedenen Signalwerten pro Raumachse oder jeweils einen vorgegebenen Mindestwert überschreitenden Signalwert pro Raumachse ausgegeben wird. Als dezidierte Stellungen werden wenigstens die Neutralstellung und wenigstens eine sich durch die Schaltkulisse ergebende, einen maximalen Schwenkauschlag der Handhabe aufweisende Stellung verstanden.
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Damit kann in der dezidierten Stellung und insbesondere aufgrund der Rückstellung zwingend von der unbetätigten Handhabe eingenommenen dezidierten Neutralstellung eine Funktionsüberprüfung des Hallsensors dahingehend erfolgen, dass bei dem zumindest in qualitativer Hinsicht reinen Vorhandensein eines Ausgangssignals pro Raumachse auf eine Funktion des 3D-Hallsensors bezüglich aller Raumachsen geschlossen werden kann. Somit wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Funktionssicherheit einer Betriebsarten-Wähleinrichtung gesteigert. Beispielsweise wird in einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betriebsarten-Wähleinrichtung bei Ausbleiben wenigstens eines Wertes pro Raumachse oder Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes in der Neutralstellung eine optische oder akustische Warnmeldung ausgegeben, und/oder ein Fehlercode an eine fahrzeugeigene Steuereinheit übermittelt und/oder die Übermittlung des Detektionsergebnisses als Stellbefehl an das Fahrzeuggetriebe unterbunden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betriebsarten-Wähleinrichtung sind für jede dezidierte Stellung der Handhabe, in der dem Fahrzeuggetriebe ein Betriebszustand zugeordnet ist, der Magnet und der zugehörige 3D-Hallsensor so angeordnet, dass die jeweils zugehörigen, dezidierten Detektionsergebnisse pro Raumachse von Null verschieden sind oder zumindest einen vorgegebenen Mindestwert überschreiten. Bevorzugt ist vorgesehen, dass für jede dezidierte Stellung die zugehörigen Detektionsergebnisraumbereiche im Messfeld sich nicht überschneiden. Erfindungsgemäß weist die Schaltkulisse mehrere Schaltgassen, bevorzugt zwei, sich parallel zueinander erstreckende Schaltgassen auf, innerhalb der die Handhabe jeweils um eine Längsschwenkachse verschwenkbar geführt ist, um mehrere Schaltstellungen und die wenigstens eine Neutralstellungen vorzugeben.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schaltkulisse mehrere Schaltgassen und eine die Schaltgassen verbindende und damit in diese mündende Quergasse aufweist, innerhalb derer die Handhabe um eine Querschwenkachse verschwenkbar geführt ist, wobei der Magnet und der 3D-Hallsensor relativ zueinander so angeordnet sind, dass bei Bewegung der Handhabe entlang der Quergasse das Detektionsergebnis bezüglich aller Signalwerte variiert. Beispielsweise wird so eine solche Relativbewegung zwischen Magnet und 3D-Hallsensor bei entsprechender Bewegung der Handhabe entlang der Quergasse erreicht, die raumdiagonal in dem Messfeld oder zumindest annähernd parallel zu einer Raumdiagonale im Messfeld erfolgt. Dadurch wird während der zwangsläufig wiederkehrenden Bewegung der Handhabe entlang der Quergasse eine Funktionsüberprüfung des 3D-Hallsensors dahingehend erreicht, dass aufgrund der Variation der Signalwerte ferner eine ordnungsgemäße Funktion des 3D-Hallsensors bezüglich dieser 3 Signalwerte angenommen werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei Einnahme der dezidierten Stellungen der Handhabe in der Quergasse (L1, L2) jeweils eine Relativstellung zwischen dem Magneten (5) und dem 3D-Hallsensor (6) bewirkt wird, dass sich die jeweiligen Detektionsergebnisse bezüglich aller durch die Raumachsen (X, Y, Z) beschriebenen Raumkoordinaten wenigstens betragsmäßig unterscheiden.
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Bevorzugt ist der 3D-Hallsensor so angeordnet, dass zwei der Raumachsen die von der durch die Schaltgasse definierten Längsschwenkachse und der durch die Quergasse definierten Querschwenkachse aufgespannte Ebene schneiden. Noch bevorzugter ist ferner die verbleibende dritte Raumachse parallel versetzt zu dieser Ebene angeordnet, beispielsweise um wenigstens 10,0 mm bis 25,0 mm, wie 14,0 mm versetzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Polausrichtung parallel versetzt zu einer der Schwenkachsen aus Querschwenkachse und Längsschwenkachse angeordnet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der 3D-Hallsensor und der Magnet relativ zueinander so angeordnet sind, dass der Magnet über den Schwenkbereich exzentrisch zum Koordinatenursprung des Messfeldes angeordnet ist, beispielsweise der geometrische Mittelpunkt des Magneten zum Koordinatenursprung in der Neutralstellung um wenigstens 1,0 mm.
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Zur Steigerung der Detektionsgenauigkeit ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der 3D-Hallsensor und der Magnet relativ zueinander so angeordnet sind, dass über den Schwenkbereich der Koordinatenursprung innerhalb einer entlang der Polausrichtung projizierten Fläche des Außenumfangs des Magneten verbleibt. Anders ausgedrückt, bei Betrachtung in Polausrichtung ist in allen dezidierten Stellungen der Handhabe eine Überdeckung des Hallsensors durch den Magneten sichergestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zur Erreichung einer räumlichen Beabstandung zwischen der sich in einem Punkt schneidenden Längsschwenkachse und der Querschwenkachse und dem Magnet der Magnet an einem Ausleger der Handhabe festgelegt, während der 3D-Hallsensor am Träger festgelegt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ferner eine Auswerteinheit zur Auswertung des Detektionsergebnisses vorgesehen, wobei die Auswerteinheit ausgelegt ist, eine Fehlfunktion anhand einer gespeicherten Historie aus zeitlich vorhergehenden Detektionsergebnissen zu ermitteln. Beispielsweise wird anhand eines aufgezeichneten und historischen Bewegungsverlaufs eine Plausibilitätsüberprüfung eines momentanen oder intermediären Detektionsergebnisses vorgenommen, um anhand dessen auf die ordnungsgemäße Funktion beziehungsweise die nicht-ordnungsgemäße Funktion zu schließen. Beispielsweise wird nach dem Wechsel der Handhabe von einer Schaltgasse zu einer parallelen Schaltgasse der historische Detektionsverlauf dahingehend überprüft, ob eine mit dem zwingend über die Quergasse vorzunehmenden Schaltgassenwechsel einhergehende zeitgleiche Variation aller drei Detektionsergebnisse vorgelegen hat, um bei Ausbleiben dieser Variation auf eine Fehlfunktion des 3D-Hallsensors zu schließen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betriebsarten-Wähleinrichtung ist die Detektionseinrichtung redundant ausgebildet. Beispielsweise sind zwei, aus jeweils einem Magnet und einem zugehörigen 3D-Hallsensor bestehende Paare vorgesehen, die jeweils wie zuvor beschrieben relativ zueinander angeordnet sind.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Betriebsarten-Wähleinrichtung in einer ihrer zuvor beschriebenen Ausgestaltungen in einem Kraftfahrzeug zur Betriebsartenwahl eines Getriebes des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Fahrgetriebes. Beispielsweise ist die Betriebsarten-Wähleinrichtung in einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs angeordnet oder in eine Armlehne eines Fahrzeugsitzes integriert. Beispielsweise findet die erfindungsgemäße Betriebsarten-Wähleinrichtung Verwendung in einer Zugmaschine für die landwirtschaftliche oder kommunale Nutzung oder einer Forstmaschine.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten dar. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betriebsarten-Wähleinrichtung 1;
- 2 ein der Ausführungsform 1 zugehöriges, sich aus der Schaltkulisse 10 ergebendes sogenanntes Schaltschema der Handhabe 2;
- 3 eine Detailansicht der Detektionseinrichtung der erfindungsgemäßen Betriebsarten-Wähleinrichtung 1 aus 1;
- 4 das Detektionsergebnis in den dezidierten Stellungen der Betriebsarten-Wähleinrichtung 1 aus 1 aufgelöst nach den Raumachsen X und Z;
- 5 das Detektionsergebnis in den dezidierten Stellungen der Betriebsarten-Wähleinrichtung 1 aus 1 aufgelöst nach den Raumachsen Y und Z;
- 6 das Detektionsergebnis in den dezidierten Stellungen der Betriebsarten-Wähleinrichtung 1 aus 1 aufgelöst nach den Raumachsen X und Y.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Betriebsarten-Wähleinrichtung 1 für ein nicht dargestelltes Fahrzeuggetriebe. Diese Betriebsarten-Wähleinrichtung 1 weist einen Träger 7 zur Befestigung an einer Karosserie des Fahrzeugs auf. An dem Träger 7 ist eine Handhabe 2 um eine in der Zeichnungsebene liegende Querschwenkachse QA und um eine zur vorgenannten Querschwenkachse QA und zur Zeichnungsebene orthogonale Längsschwenkachse LA mittels einer Kugel-Pfannen-Lagerung 4 verschwenkbar gelagert. Der Verschwenkbereich der Handhabe 2 ist durch die Führung des zur Handhabe 2 gehörenden Wahlhebelstiels 3 in den Gassen einer Schaltkulisse 10 vorgegeben, die hier nur schematisch dargestellt ist und die einerseits die Beweglichkeit der Handhabe 2 beschränkt aber auch die verschiedenen dezidierten, den Betriebszuständen des Fahrzeuggetriebes entsprechenden Stellungen vorgibt, die die Handhabe 2 monostabil oder multistabil einzunehmen vermag. Unter diesen dezidierten Stellungen befindet sich die in 1 gezeigte Neutralstellung der Handhabe 2. An dem dem Bediener abgewandten Ende der Handhabe 2 sind jeweils Ausleger 8 vorgesehen, die einen spitzen, betragsmäßig gleichen, aber entgegengesetzten Winkel α mit der gedachten Verlängerung der Handhabe 2 einschließen. An dem Ausleger 8 befindet sich jeweils ein Permanentmagnet 5 der mit jeweils einem ruhenden, trägerseitigen 3D-Hallsensor 6 zusammenwirkt. Beide 3D-Hallsensoren 6 sind auf einer gemeinsamen Platine 9 so angeordnet, dass sich der zugehörige Magnet 5 durch das zum jeweiligen 3D-Hallsensor gehörigen, durch die Raumrichtungen X, Y, Z aufgespannte Messfeld bewegt. Die Polausrichtung P ist jeweils parallel zur Längsschwenkachse LA und in der Normalstellung parallel zur Z-Raumachse des Messfeldes. Eine Schwenkbewegung der Handhabe 2 sorgt für eine Veränderung des bezüglich der Raumachsen X, Y, Z aufgelösten Detektionsergebnisses, da synchron mit der Verschwenkung der Handhabe 2 die Polausrichtung des Magneten 5 bezüglich der Raumachsen X, Y, Z und/oder der relative Abstand zwischen Magnet 5 und 3D-Hallsensor 6 variiert. Das durch die Schaltkulisse 10 vorgegebene Schaltschema ist in 2 dargestellt und weist zwei sich parallel zueinander erstreckende Schaltgassen L1 und L2 auf, die durch eine zu beiden Schaltgassen L1 und L2 orthogonal verlaufende, in die Schaltgassen L1, L2 mündende Quergasse Q verbunden sind und über die die Handhabe 2 von der Schaltgasse L1 in die Schaltgasse L2 und umgekehrt verbringbar ist. Der Schaltgasse L2 sind drei dezidierte Stellungen M/S, M- und M+ zugeordnet, denen jeweils ein anderer Betriebszustand des Fahrzeuggetriebes, auch Getriebezustände genannt, zugeordnet ist, während der Schaltgasse L1 fünf dezidierte Stellungen R++, R+, N, D- und D- mit zugehörigen spezifischen Getriebezuständen zugeordnet sind.
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Anhand der 3 wird die relative Anordnung von Magnet 5 und 3D-Hallsensor 6 erläutert, die jeweils ein zur Detektionseinrichtung 5, 6 gehörendes Paar aus einem Magnet 5 und aus einem mit dem Magnet 5 zusammenwirkenden 3D-Hallsensor 6 bilden. Jeder 3D-Hallsensor 6 ist mit einer auf der Leiterplatte 9 befindlichen Auswerteinheit 11 elektrisch verbunden. Die Hallsensoren 6 sind jeweils so angeordnet, dass zwei der das Messfeld definierenden Raumachsen X, Y die von der Längsschwenkachse LA und der Querschwenkachse QA aufgespannte Ebene schräg schneiden, während die Raumachse Z parallel versetzt zur Längsschwenkachse LA angeordnet ist.
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Wie in 3 ersichtlich ist, ist der Magnet 5 in allen möglichen Stellungen der Handhabe 2 exzentrisch zum zugehörigen 3D-Hallsensor also exzentrisch zu dem Koordinatenursprung, in dem sich die Raumachsen X,Y, Z des Messfeldes schneiden angeordnet. Insbesondere in der in 3 gezeigten Neutralstellung beträgt der sich durch die exzentrische Anordnung ergebende Versatz V zwischen dem geometrischen Mittelpunkt des Magneten 5 und dem Koordinatenursprung 1,0 mm. Die Polausrichtung P des Magneten 5 ist jeweils so gewählt, dass sie parallel versetzt zur Längsschwenkachse LA ist. Darüber hinaus ist über den Schwenkbereich der Handhabe 2 der Koordinatenursprung des durch die Raumachsen X, Y, Z definierten Messfeldes innerhalb einer entlang der Polausrichtung P projizierten, durch den Ring dargestellten Fläche des Außenumfangs des Magneten 5 angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Ausrichtung der das Messfeld definierenden Raumachsen X, Y des 3D-Hallsensors 6 und die exzentrische Anordnung des Magneten 6 bezüglich dieses durch die Raumachsen Y, Y, Z aufgespannten Messfeldes des 3D-Hallsensors 6 sorgt dafür, dass nicht nur in der Normalstellung N der Handhabe 2 das in den 4 bis 6 dargestellte Detektionsergebnis bzw. der jeweils mit N bezeichnete und aufgrund von mechanischen Toleranzen und Messschwankungen ausgedehnte Detektionsbereich N bezüglich aller 3 Raumachsen X, Y, Z ein von Null verschiedenes Detektionsergebnis ausgibt, sondern dies für alle dezidierten Stellungen D--, D-, N, R+, R++ sowie M-, M/S, M+ der Fall ist. Ferner sind der Magnet 5 und der Hallsensor 6 so angeordnet, dass keine Überschneidungen derzugehörigen Detektionsbereiche feststellbar sind, so dass die dezidierten Stellungen anhand des Detektionsergebnisses eindeutig identifizierbar sind. Die Variation der Detektionsergebnisse bei Bewegung der Handhabe entlang der Schaltgassen L1 und L2 sowie der Quergasse Q sind in den Figuren durch die gestrichelten Linien dargestellt. Eine besonders starke Variation ergibt sich bei Bewegung der Handhabe entlang der Quergasse Q, da hier eine im Wesentlichen raumdiagonale Bewegung des Magneten 5 durch das von den Raumachsen X,Y,Z aufgespannte Messfeld des 3D-Hallsensors 6 erfolgt. Daher sind die zur Quergasse Q gehörigen, dezidierten Stellungen, wie die Neutralstellung besonders geeignet, eine Funktionsüberprüfung der Detektionseinrichtung 5,6 und insbesondere des 3D-Hallsensors 6 vorzunehmen. Liegt insbesondere in der Neutralstellung bezüglich wenigstens einer der Raumachsen kein Detektionsergebnis vor oder überschreitet es nicht einen vorgegebenen Mindestwert pro Raumachse X, Y, Z, so wird seitens der Auswerteinheit 11 ein Fehler diagnostiziert und eine optische, akustische Fehlermeldung ausgegeben.
