DE102017203346A1

DE102017203346A1 - Parksperrenaktuator für ein Kraftfahrzeuggetriebes und ein Verfahren zur Steuerung des Parksperrenaktuators

Info

Publication number: DE102017203346A1
Application number: DE102017203346.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Birnbaum
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN108223787A; CN108223787B

Abstract

Parksperrenaktuator (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend eine Parksperrenklinke (8), die in ein mit dem Abtrieb des Kraftfahrzeuggetriebes verbundenes Parksperrenrad ein- oder ausrastet, ein relativ zu einem Betätigungselement (4) verlagerbares und über einen Federspeicher (7) angefedertes Sperrelement (5), das im gesperrten Zustand ein Herausdrücken der Parksperrenklinke (8) aus einer Zahnlücke des Parksperrenrades verhindert, wobei das Betätigungselement (4) zwischen einer Einlegeposition (E) und Auslegeposition (A) verlagerbar ist. Erfindungsgemäß kann zum Auslegen der Parksperre das Betätigungselement (4) aus der Einlegeposition (E) weiter in die Einlegerichtung (ER) in eine Endposition (S) verlagert werden und erst danach in die Auslegerichtung (AR), in Folge dessen das Sperrelement (5) unter Verwendung von einem zusätzlichen Kraftimpuls aus dem gesperrten Zustand herausgedrückt wird. Somit kann beim Auslegen der Parksperre eine größere Auslegekraft erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Parksperrenaktuator für ein Kraftfahrzeuggetriebe, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zu seiner Steuerung.
Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere Automatikgetriebe und/oder Getriebe für Elektrofahrzeuge, sind oft mit einer Parksperre ausgestattet, die mechanisch die Räder des Kraftfahrzeugs blockieren kann. Aus dem Stand der Technik sind Parksperrenmechanismen für solche Getriebe bekannt. Üblicherweise weisen derartige Mechanismen eine vorgespannte Feder auf, über die die Parksperre aktiviert wird, wobei die Parksperrenfunktion über ein Sperrkegel-Klinkensystem realisiert wird. Zum Betätigen der Parksperre wird üblicherweise eine Mechanik benutzt, bei der ein Betätigungselement, nämlich eine Betätigungsstange oder Betätigungswelle, mit einer Parksperrenklinke und einem Parksperrenrad zusammenwirkt. Das in der Regel als Sperrkegel bzw. Sperrnocken ausgebildete Sperrelement derartiger Parksperrenmechanismen ist üblicherweise im gesperrten Zustand zwischen einer Parksperrenklinke und einer Führungsplatte bzw. einer Lagerung einer Betätigungswelle eingeklemmt, um zu verhindern, dass die Parksperrenklinke aus der Zahnlücke eines mit dem Abtrieb des Getriebes verbundenen Parksperrenrades herausgedrückt wird. Parksperren in Automatikgetrieben, die keine mechanische Verbindung zum Schalt- bzw. Wählhebel im Fahrzeuginnenraum haben, werden häufig elektromechanisch betätigt. Bei dem Auslegevorgang der Parksperre wird ein Sperrkegel bzw. Sperrnocken aus dem Sperrbereich zwischen Führungsplatte und Parksperrenklinke herausgezogen, wobei der Sperrkegel angefedert und über das Betätigungselement mit dem elektromechanischen Aktuator wirkverbunden ist. Die Anfederung des Sperrkegels erlaubt auch für den Fall, dass der Klinkenzahn der Parksperrenklinke auf einem Zahn des Parksperrenrades aufliegt, eine Aktivierung der Parksperre, noch bevor die Parksperrenklinke in das Parksperrenrad einrastet. Solche Parksperrenaktuatoren sind u. a. aus der DE 10 2007 000 426 A1 bekannt.
Wenn die Parksperre unter Last ausgelegt wird, was z.B. der Fall ist, wenn ein schweres Fahrzeug mit voller Zuladung und/oder einem Anhänger an großem Gefälle steht, ist für den Auslegevorgang eine hohe Kraft erforderlich, d.h. die Auslegekraft des Aktuators muss hoch genug sein um das Sperrelement auszulegen, das zwischen der Parksperrenklinke und einer Führungsplatte eingeklemmt ist.
Bei der Implementierung einer getriebenahen add-on-Parksperrenaktorik an vorhandenen Getrieben tritt ein Zielkonflikt zwischen Bauraumbedarf und Leistungsvermögen auf. Aktuatoren mit einer für Extrembedingungen ausreichenden Leistungsfähigkeit haben auch einen hohen Strombedarf oder bei Wahl einer großen mechanischen Übersetzung zu lange Auslegezeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Parksperrenaktuator und ein entsprechendes Verfahren zu seiner Steuerung zum Durchführen eines Auslegevorgangs der Parksperre bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Parksperrenaktuator nach Anspruch 1, sowie das entsprechende Steuerungsverfahren nach Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Der Parksperrenaktuator umfasst eine Parksperrenklinke, die in ein mit dem Abtrieb des Getriebes verbundenes Parksperrenrad ein- oder ausrastet, ein relativ zu einem Betätigungselement verlagerbares und über einen Federspeicher angefedertes Sperrelement, das im gesperrten Zustand ein Herausdrücken der Parksperrenklinke aus einer Zahnlücke des Parksperrenrades verhindert. Typischerweise ist das Sperrelement in dieser Position zwischen der Parksperrenklinke und einer gehäusefesten Führungsplatte bzw. einer Lagerung einer Betätigungswelle eingeklemmt. Das Betätigungselement ist mit einer Antriebseinheit des Aktuators bewegungstechnisch verbunden und ist zwischen einer Einlegeposition und Auslegeposition verlagerbar, insbesondere verschiebbar oder verdrehbar. Das Betätigungselement kann z. B. eine Schubstange, eine Drehwelle sein. Erfindungsgemäß ist das Betätigungselement aus der Einlegeposition weiter in die Einlegerichtung in eine Endposition verlagerbar. Somit kann die durch den Aktuator bereitgestellte im Prinzip statische Auslegekraft um einen zusätzlichen dynamischen Kraftimpuls erhöht werden, in dem die auf das Sperrelement wirkende Kraft beim Anschlagen des Betätigungselementes mit Schwung auf das Sperrelement um Massenträgheiten der bewegten Teile des Aktuators erhöht wird. Dazu tragen z. B. Massenträgheiten vor allem die Trägheiten des Betätigungselementes, der Übersetzung und des Rotors eines Elektromotors bei.
Erfindungsgemäß wird entsprechend - zur Erhöhung der Auslegekraft - das Betätigungselement weiter aus der der eingelegten Parksperre entsprechenden Einlegeposition in die Einlegerichtung in eine Endposition verlagert. Das Sperrelement bewegt sich dabei nicht, weil es zwischen der Führungsplatte und der Parksperrenklinke eingeklemmt ist. Der Federspeicher wird dabei vorteilhaft weiter aufgeladen. Nach Erreichen der Endposition wird das Betätigungselement nun in die Auslegerichtung betätigt, holt sich auf dem Weg zwischen der Endposition und der Einlegeposition einen zusätzlichen Schwung und dann schlägt sie mit einem erhöhten Kraftimpuls auf das Sperrelement.
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine perspektive Ansicht an einen Parksperrenaktuator zeigt,
2 schematisch die relativen Lagen des Betätigungselementes und des Sperrelementes bzw. der Parksperrenklinke zeigt, wobei die folgenden Positionen des Betätigungselementes gezeigt worden sind:
2a die Auslegeposition;
2b die Einlegeposition, wenn die Parksperrenklinke auf einem Zahn des Parksperrenrades aufliegt;
2c die Einlegeposition, wenn die Parksperrenklinke in einer Zahnlücke des Parksperrenrades eingerastet ist;
2d die Endposition.

1 zeigt einen Parksperrenaktuator 1, mit einer beispielweise elektromechanischen Antriebseinheit 2 die eine Hebelwelle 3 verdrehen kann. Die Antriebseinheit 2 wird von einem nicht gezeigten Steuergerät angesteuert. Die Hebelwelle 3 verschiebt beim Verdrehen eine Schubstange 4, auf der verschiebbar ein Sperrelement 5 angeordnet ist. Am Ende der Schubstange 4 ist ein Anschlag 6 für das Sperrelement 5 angeordnet. Das Sperrelement 5 ist in Richtung des Anschlags 6 durch einen Federspeicher 7 auf der Schubstange 4 vorgespannt, hier eine Schraubendruckfeder. Weiterhin weist der Parksperrenaktuator 1 eine schwenkbar gelagerte Parksperrenklinke 8 auf, die in ein nicht näher gezeigtes Parksperrenrad einrasten kann. Das Sperrelement 5 ist konisch ausgeführt und korrespondiert mit einer entsprechend geformten Fläche der Parksperrenklinke 8 und einer Führungsplatte 9, an der sich das Sperrelement 5 beim Verschwenken der Parksperrenklinke 8 abstützt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Abstützfunktion der Führungsplatte mittels eines Widerlagers der Schubstange ersetzt bzw. unterstützt werden.
2 .zeigt dann die einzelnen Positionen der Elemente des Parksperrenaktuators 1. 2a zeigt die Schubstange in ihrer Auslegeposition A. Die Parksperre ist ausgelegt und das Fahrzeug kann rollen bzw. fahren. Das Sperrelement 5 wird durch den Federspeicher 7 an den Anschlag 6 gedrückt. Die Parksperrenklinke 8 ist außer Eingriff mit dem Parksperrenrad. Beim Einlegen der Parksperre wird die Schubstange 4 in die Einlegerichtung ER betätigt und in die auf der 2b gezeigte Einlegeposition E verschoben. Das federgespannte Sperrelement 5 versucht die Parksperrenklinke 8 in Eingriff mit dem Parksperrenrad drücken, die liegt aber auf einem Zahnkopf von diesem auf. 2c zeigt den gesperrten Zustand. Bei einem Verdrehen des Parksperrenrads beim Rollen des Fahrzeugs rastet die Parksperrenklinke 8 ohne Positionsänderung der Schubstange 4 in einer Zahnlücke des Parksperrenrades, wobei diese durch das Sperrelement weg von der Achse der Schubstange in die Position 8' verschwenkt wird, das Sperrelement 5 sich in Richtung des Anschlags 6 verschiebt. In dieser Lage sperrt das Sperrelement 5 die Parksperrenklinke 8, so dass ihr Herausdrücken aus der Zahnlücke des Parksperrenrades verhindert ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel stützt sich das Sperrelement 5 in diesem gesperrten Zustand an dem Anschlag 6 ab. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wäre es aber auch möglich, dass das Sperrelement 5 nicht an dem Anschlag 6 anliegt und seine Position durch die Geometrie der Parksperrenklinke 8 bzw. der Führungsplatte bestimmt wird.
Wenn die Parksperre jetzt mit einer höheren Kraft ausgelegt werden soll, wird die Antriebseinheit 2 in die Einlegerichtung ER angesteuert und verschiebt die Schubstange 4 aus der Einlegeposition E weiter nach rechts in die Einlegerichtung ER in eine Endposition S. Dabei verbleibt das Sperrelement 5 im Wesentlichen in der gleichen Position wie bisher, lediglich der Federspeicher 7 wird mehr komprimiert und somit mit mehr potentieller Energie aufgeladen. Nach Erreichen der Endposition S wird die Antriebseinheit 2 in die Auslegerichtung AR angesteuert und die Schubstange 4 bewegt sich zurück in die Einlegeposition E, wo ihr Anschlag 6 mit Schwung auf das Sperrelement 5 aufprallt und es mit dem zusätzlich aus den Massenträgheiten der bewegten Teile gewonnenen Kraftimpuls nach links außer Kontakt mit der Parksperrenklinke 8 verschiebt, bis die Auslegeposition A erreicht wird. Im Wesentlichen wirken dabei die Massenträgheiten der Schubstange 4, der kompletten Hebelwelle 3 mit dem Verbindungsmechanismus und der beweglichen Teile der Antriebseinheit 2, typischerweise eines Rotor eines Elektromotors und der Übersetzung. Der Vorgang wird auch dadurch unterstützt, dass der mehr komprimierte Federspeicher 7 sich an dem gesperrten Sperrelement 5 abstützt und die Bewegung der Schubstange 4 in die Auslegerichtung AR unterstützt bzw. auf der Strecke zwischen Endposition S und Einlegeposition E beschleunigt.
Somit kann die Antriebseinheit 2 kleiner und leistungsschwächer ausgelegt werden und trotzdem auch das Auslegen der Parksperre unter schweren Extrembedingungen bewirken.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei jedem Auslegevorgang benutzt werden.
Es ist dennoch vorteilhaft, wenn zuerst ein nach dem Stand der Technik üblicher Auslegeprozess, mit dem Betätigen der Schubstange 4 aus der Einlegeposition E direkt in die Auslegerichtung AR in die Auslegeposition A, angesteuert wird und erst bei einem Misserfolg dieses Vorgangs oder wenn der Misserfolg prädiziert wird, das erfindungsgemäße Auslegeverfahren angewendet wird. Dazu kann das Steuergerät eine Ermittlungseinheit und eine Auswerteeinheit umfassen.
Dies kann so erfolgen, dass bei dem üblichen Auslegevorgang (E nach A direkt) unterschiedliche Parameter ermittelt werden, die die Betätigungskraft der Schubstange repräsentieren. Es kann sich dabei z.B. um Strombedarf der Antriebseinheit 2 handeln. Es sind aber auch andere Parameter denkbar, wie z.B. Drehmoment der Antriebseinheit 2, Druck in dem Betätigungssystem, falls es nicht elektromechanisch sondern hydraulisch angetrieben wird usw. Der ermittelte Parameter wird mit einem Schwellwert verglichen und falls er einen bestimmten Wert erreicht und/oder übersteigt (z.B. maximaler Strom überschritten), wird die Betätigung in die Auslegerichtung AR abgebrochen. Danach wird die Schubstange 4 in die Endposition S verschoben und erst nachfolgend in die Auslegerichtung AR betätigt. Der Schwellwert kann in dem Steuergerät abgespeichert werden und kann auch von unterschiedlichen Umgebungsparametern (z. B. Umgebungstemperatur, Getriebeöltemperatur, Straßenneigung,...) abhängig sein bzw. während des Betriebs des Kraftfahrzeugs adaptiert werden.
Anstatt oder zusätzlich zu dem Auswerten eines die Betätigungskraft repräsentierenden Parameters kann die Zeit seit Anfang des üblichen Auslegevorgangs ermittelt werden. Wenn nach einer bestimmten Zeit die Auslegeposition A eines Elementes der Parksperre, z. B. der Schubstange 4 nicht erreicht wird, was dann bedeutet dass die Parksperre nicht ausgelegt werden kann, wird dieser Vorgang abgebrochen und das erfindungsgemäße Verfahren gestartet.
Weiterhin könnte die Entscheidung über die Wahl des Auslegeverfahrens (E nach A direkt oder E nach S und dann nach A), bzw. der gewünschten Auslegekraft, abhängig von weiteren vor allem Umgebungsparametern getroffen werden z.B. aufgrund der bekannten Straßenneigung und/oder dem Fahrzeuggewicht. Weiterhin könnte das erfindungsgemäße Verfahren mit höheren Auslegekräften (E nach S und dann nach A) verwendet werden, wenn ein angekoppelter Anhänger erkannt wurde.
Alle erwähnten Entscheidungsmethoden können separat oder in Kombination verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Aktuator und das Verfahren zu seiner Steuerung ist natürlich nicht auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern könnte vielmehr bei unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltungen eines Parksperrenaktuators verwendet werden. Zum Beispiel kann das Betätigungselement eine verdrehbare Betätigungswelle sein, auf der als ein Sperrelement (oder ein Teil von dem Sperrelement) ein Sperrnocken bzw. eine Sperrscheibe verdrehbar angeordnet ist und über einen Federspeicher auf der Betätigungswelle angefedert ist. Der Federspeicher kann dann eine Torsionsfeder, Druck- oder Zugfeder zwischen der Betätigungswelle und dem Sperrnocken sein. Der Anschlag für Auslegen des Sperrelementes kann in diesem Fall ein drehfest mit der Betätigungswelle verbundenes Element sein, das mit einem Teil des Sperrnockens kommuniziert und einen bestimmten Verdrehungswinkel des Sperrnockens relativ zu der Betätigungswelle ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007000426 A1 [0002]

Claims

Parksperrenaktuator (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend eine Parksperrenklinke (8), die in ein mit dem Abtrieb des Kraftfahrzeuggetriebes verbundenes Parksperrenrad ein- oder ausrastet, ein relativ zu einem Betätigungselement (4) verlagerbares und über einen Federspeicher (7) angefedertes Sperrelement (5), das im gesperrten Zustand ein Herausdrücken der Parksperrenklinke (8) aus einer Zahnlücke des Parksperrenrades verhindert, wobei das Betätigungselement (4) zwischen einer Einlegeposition (E) und Auslegeposition (A) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet dass das Betätigungselement (4) aus der Einlegeposition (E) weiter in die Einlegerichtung (ER) in eine Endposition (S) verlagerbar ist.
Parksperrenaktuator nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (5) beim Verlagern des Betätigungselements (4) aus der Einlegeposition (E) in die Endposition (S) im Wesentlichen in der gleichen Position verbleibt.
Parksperrenaktuator nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicher (7) beim Verlagern des Betätigungselements (4) aus der Einlegeposition (E) in die Endposition (S) weiter aufladbar ist.
Parksperrenaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (4) elektromechanisch oder elektrohydraulisch betätigbar ist.
Parksperrenaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (5) in den gesperrten Zustand durch den Federspeicher (7) verlagerbar ist und aus dem gesperrten Zustand durch das Betätigungselement (4), insbesondere durch seinen Anschlag (6), verlagerbar ist.
Parksperrenaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein oder mehrere Steuergeräte umfasst oder mit einem oder mehreren Steuergeräten funktionswirksam in Verbindung steht, wobei das oder die Steuergeräte eine oder mehrere Ermittlungseinheiten und eine oder mehrere Auswerteeinheiten umfasst.
Verfahren zur Steuerung eines Parksperrenaktuators nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es folgende Schritte umfasst: - Betätigen des Betätigungselementes (4) aus der Einlegeposition (E) in die Einlegerichtung (ER) bis zum Erreichen einer Endposition (S) und nachfolgendes Betätigen des Betätigungselementes (4) in die Auslegerichtung (AR) in die Auslegeposition (A).
Verfahren nach dem vorangehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet dass es folgende Schritte umfasst: - Betätigen des Betätigungselementes (4) aus der Einlegeposition (E) in die Auslegerichtung (AR), - Ermitteln eines die Betätigungskraft des Betätigungselementes (4) repräsentierenden Parameters, - Vergleichen des Parameters mit einem Schwellwert, - wobei wenn der Parameter den Schwellwert erreicht, die Betätigung in die Auslegerichtung (AR) abgebrochen wird, das Betätigungselement (4) in die Einlegerichtung (ER) betätigt wird und in die Endposition (S) verschoben wird und nachfolgend in die Auslegerichtung (AR) betätigt wird.
Verfahren nach dem vorangehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet dass der Parameter ein Betätigungsstrom des Aktuators ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es folgende Schritte umfasst: - Betätigen des Betätigungselementes (4) aus der Einlegeposition (E) in die Auslegerichtung (AR), - Ermitteln einer Position eines Elementes der Parksperre, - Auswerten der ermittelten Position, - wobei wenn nach Ablauf bestimmter Zeit eine der ausgelegten Position der Parksperre entsprechende Position des Elementes nicht erreicht wird, die Betätigung in die Auslegerichtung abgebrochen wird, das Betätigungselement (4) in die Einlegerichtung (ER) betätigt wird und in die Endposition (S) verschoben wird und nachfolgend in die Auslegerichtung (AR) betätigt wird.