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Die Erfindung betrifft einen Schalthebel für ein Kraftfahrzeug mit einem Knauf und einem Schaltknüppel.
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Schalthebel werden in Kraftfahrzeugen mit Handschaltgetrieben oder auch Automatikgetrieben dazu verwendet, einen Getriebegang oder auch eine Parkstufe zu wählen bzw. zu schalten. Der für den Fahrer sichtbare Teil des Schalthebels umfasst an seinem freien Ende einen Knauf, an dem der Schalthebel mit der Hand führbar ist. Der Knauf ist fest am Schaltknüppel, einer zylindrischen Stange, befestigt.
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Am anderen Ende ist der Schaltknüppel am Kraftfahrzeug und dort üblicherweise an der Mittelkonsole angebunden.
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Bei teilautomatisierten Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Fahrzeuge mit einem Clutch-by-Wire System besteht dabei die Aufgabe, den Schaltwunsch des Fahrers zu erkennen, damit beispielsweise die Kupplung automatisiert ausgelegt werden kann. Beispielsweise ist es bekannt, am Lenkrad Kipphebel vorzusehen, mit denen die Kupplung ein- und auskuppelbar ist.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau anzugeben, mit dem das Kraftfahrzeug einfacher bedienbar ist und die Erkennung des Schaltwunsches dem Fahrer angezeigt wird.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schalthebel der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem der Schalthebel als Signalgeber für ein Schaltwunschsignal ausgebildet ist, wobei der Knauf beim Erzeugen des Schaltwunschsignals ein haptisches Signal erzeugt.
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Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass der Gangwechselwunsch über den Schalthebel mitgeteilt wird, dadurch kann das Kupplungspedal entfallen. Damit im Gegensatz zu bspw. einem Schaltknopf im Armaturenbrett eine Rückmeldung an den Fahrer erfolgt, ob der Schaltwunsch erkannt wurde, gibt es eine haptische Rückmeldung an den Fahrer. So weiß dieser analog zu einem voll durchgetretenen Kupplungspedal, dass er den aktuellen Gang auslegen und einen neuen Gang einlegen kann. Weiterhin kann der Gangwechsel dahingehend vereinfacht werden, dass der Fahrer nur noch den Schalthebel bedienen muss, aber kein Kupplungspedal mehr.
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Vorzugsweise kann der Schaltknüppel mit einem Gelenk verbunden sein und der Knauf gegenüber dem Schaltknüppel entlang einer Achse kippbar sein. Über die Verkippbarkeit des Knaufs ein Signal generiert werden kann, insbesondere das Signal über den Schaltwunsch. Dadurch wird es möglich, beim Gangeinlegen und hier bei der Bedienung des Schalthebels gleichzeitig auszukuppeln ohne einen zusätzlichen Taster oder Schalter oder ein Pedal irgendwo anders im Auto verwenden zu müssen. Dadurch wird wie beschrieben die Bedienung eines Kraftfahrzeugs erheblich vereinfacht.
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Der Verlauf der Betätigungskraft über den Verkippweg des Knaufs kann dabei so gestaltet, dass die Betätigungskraft im Bereich einer Betätigungsschwelle ein betragsmäßig lokales Maximum aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das Erreichen der Betätigungsschwelle vom Fahrer haptisch wahrgenommen werden kann.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Sensorelement zur Erkennung einer Verkippung des Knaufs vorhanden sein. Insbesondere kann das Sensorelement das Erreichen einer Betätigungsposition anzeigen. Bevorzugt kann nach dem Erreichen der Betätigungsposition ein Auskuppelsignal ausgegeben werden.
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An der Betätigungsposition kann sich bei der Betätigungskraft ein lokales Extremum oder anders ausgedrückt ein betragsmäßig lokales Maximum befinden. Dadurch wird das Schaltwunschsignal und die haptische Rückmeldung gleichzeitig erzeugt.
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Vorzugsweise können genau zwei Sensorelemente an gegenüberliegenden Seiten des Schaltknüppels oder Knaufs vorhanden sein. Grundsätzlich können die Sensorelemente sowohl am Knauf als auch am Schaltknüppel angeordnet sein. Bevorzugt ist aber, dass das oder die Sensorelemente am Schaltknüppel angeordnet sind.
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Dann ist es möglich, die Verkabelung vom Sensor zur Steuerungseinrichtung direkt durch den Schaltknüppel zu führen. Bei Anordnungen der Verkabelung auch im Knauf müsste die Verkabelung über das Gelenk geführt werden, was erheblich schwieriger ist.
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Mit zwei Sensorelementen an gegenüberliegenden Seiten können also zwei Betätigungspositionen erkannt werden. Vorteilhafterweise wird bei Erreichen jeder Betätigungsposition ein Auskuppelsignal oder Schaltwunschsignal ausgegeben. Dies hat den Vorteil, dass die Verkippung des Knaufs immer in Kipprichtung des Schalthebels insgesamt erfolgen kann, wodurch die Bedienung weiter vereinfacht wird. Bei Bewegung des Schalthebels in einer H-Gasse müsste man ansonsten den Knauf auch dann nach vorne kippen, wenn der Schalthebel in Richtung Rückseite des Kraftfahrzeugs zu führen ist. Eine derartige Bewegung ist schwierig auszuführen, weswegen ein zweiseitiges Vorsehen von Sensoren die Bedienung erheblich vereinfacht. Somit wird bei der Durchführung der Schaltbewegung in derselben Bewegung das Sensorelement betätigt und ein Schaltwunschsignal zu Beginn der Schaltbewegung ausgegeben.
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Vorteilhafterweise kann das Gelenk als Scharniergelenk ausgebildet sein. Dann erlaubt es die Bewegung des Knaufs entlang einer Achse und andere Bewegungen sind rein mechanisch ausgeschlossen.
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Vorteilhafterweise kann der Knauf gegenüber einer Mittelstellung in zwei Richtungen verkippbar sein. Die Mittelstellung ist dabei die Anfangsposition oder Ausgangsposition und die Verkippung führt dann zu jeweils einer Endposition hin. Zwischen der Anfangsposition und der Endposition befindet sich jeweils die Betätigungsposition. Die Mittelstellung ist bevorzugt in der Mitte des Gesamtverkippungsweges angeordnet. Sie kann aber auch näher an einer der Endpositionen sein als an der anderen. Dies kann sich aus ergonomischen Gesichtspunkten ergeben.
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Vorteilhafterweise kann der Knauf zur Mittelstellung hin vorbelastet sein. Das heißt, dass sich der Knauf ohne Betätigung beziehungsweise Betätigungskraft in der Ausgangsposition befindet.
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Vorteilhafterweise kann auf dem Weg der Verkippung des Knaufs in die oder eine Endposition eine Betätigungsschwelle vorhanden sein. Das heißt, dass die Betätigung und das Auslösen des Auskuppelsignals nur durch Überwinden einer Schwellkraft durchführbar ist. So kann ein unbesichtigtes Auskuppeln durch reines Berühren des Knaufs verhindert werden.
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Vorteilhafterweise ist die Kraft, um die Betätigungsschwelle zu überwinden, kleiner als eine Schaltkraft. Die Rückstellkraft ist die Kraft, die den Knauf in die Mittelstellung vorbelastet. Um ein Schaltwunschsignal zu erzeugen ist also eine kleinere Kraft notwendig als die Kraft zum Auslegen eines Ganges, die hier Schaltkraft genannten wird. Andernfalls könnte der Gang ausgelegt sein bevor ein Schaltwunsch mitteilbar ist.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Kupplungsbetätigungsanordnung mit einem Schalthebel, einer Steuerungseinrichtung und einem Kupplungsaktuator. Die Kupplungsbetätigungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schalthebel wie beschrieben ausgebildet ist.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Kupplungsbetätigungsanordnung. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupplungsbetätigungsanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug kupplungspedalfrei ausgebildet. Dadurch, dass der Auskuppelwunsch auch über den Schalthebel mitteilbar ist, ist das Kupplungspedal nicht mehr zweckmäßig.
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Vorzugsweise kann der Schalthebel im Kraftfahrzeug mit einer Gangwahlmechanik verbunden sein. Das heißt, dass mit dem Schalthebel die Gänge im Getriebe rein mechanisch oder mechanisch-hydraulisch ein- und auslegbar sind.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Schalthebel umfassend einen Schaltknüppel und einen Knauf sowie eine Steuerungseinrichtung, eine Kupplung und einen Kupplungsaktuator. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaltknüppel gegenüber dem Knauf verkippbar ist und nach dem Verkippen des Knaufs durch eine Betätigungskraft von einer Ausgangsposition in eine Endposition ein Auskuppelsignal erzeugt wird. Das Verfahren korrespondiert zur Verwendung des beschriebenen Schalthebels. Verfahrensbezogene Ausführungen in Bezug auf den Schalthebel sind auch auf das Verfahren übertragbar.
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Vorzugsweise kann nach dem Lösen der Betätigungskraft ein Einkuppelsignal erzeugt werden. Wird der Knauf nicht mehr gekippt gehalten ist der Schalthebel üblicherweise in einer Position, in der ein Gang eingelegt ist. Alternativ kann auch die Neutralposition erreicht sein. Jedenfalls ist dann die Kupplung zu schließen. Dementsprechend ist das Lösen der Betätigungskraft mit dem Verlassen der oder einer der Endposition gleichzusetzen. Dann ist ein Einkuppelsignal auszugeben.
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Nicht direkt beschrieben aber offensichtlich ist, dass die Steuerungseinrichtung nach dem Erhalt des Einkuppelsignals oder des Auskuppelsignals entsprechend einen Kupplungsaktuator ansteuert, um die entsprechende Kupplung ein- oder auszukuppeln.
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Vorteilhafterweise kann die Kupplung als Einscheiben-Reibungskupplung ausgestaltet sein. Sie kann insbesondere eine Anpressplatte aufweisen.
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Die ein- und auszukuppelnde Kupplung ist üblicherweise die Anfahrkupplung. Insbesondere bei Hybridantrieben können mehr als eine Kupplung vorhanden sein. Die Steuerungseinrichtung ist so eingerichtet, dass sie selbstverständlich die richtige Kupplung ein- und auskuppelt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug,
- 2 einen Schalthebel,
- 3 eine Kraftkennlinie,
- 4 ein Ablaufschema einer Schaltung in einer ersten Ausgestaltung, und 5 ein Ablaufschema einer Schaltung in einer zweiten Ausgestaltung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Getriebe 2, einer Kupplung 3 und einer Antriebseinheit 4. Zur Betätigung der Kupplung 3 ist ein Kupplungsaktuator 5 vorhanden. Der Kupplungsaktuator 5 ist über eine Steuerungseinrichtung 6 ansteuerbar. Die Steuerungseinrichtung 6 erhält Signale über das Ein- und Auskuppeln der Kupplung 3 vom Schalthebel 7.
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Desweiteren weist das Kraftfahrzeug ein Gaspedal 8 und ein Bremspedal 9 auf, aber kein Kupplungspedal.
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Der Schalthebel 7 kann mit dem Getriebe 2 zum Gangeinlegen mechanisch verbunden sein.
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Das Gaspedal 8 und das Bremspedal 9 sind nicht zwingend, sind aber üblicherweise noch vorhanden solange ein Schalthebel vorhanden ist. Die Steuerung des Gasgebens und des Bremsens kann aber auch ohne die entsprechenden Pedale vorgenommen werden.
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Entscheidend am gezeigten Aufbau ist, dass das Ein- und Auskuppeln der Kupplung 3 über den Schalthebel 7 erfolgen kann, wie weiter unten noch ausführlich beschrieben. Dabei können mehr Kupplungen als die Kupplung 3 vorhanden sein. Insbesondere muss das Getriebe 2 nicht als Handschaltgetriebe ausgelegt sein. Es kann sich grundsätzlich auch um ein Doppelkupplungsgetriebe oder auch ein Automatgetriebe handeln. Bevorzugt ist aber die Ausgestaltung als Getriebe in Vorgelegebauweise, und dabei insbesondere als ein einteiliges Getriebe im Gegensatz zu einem Doppelkupplungsgetriebe als zweiteiliges Getriebe.
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2 zeigt einen Schalthebel 7. Dieser weist zum Ergreifen mit der Hand einen Knauf 10 auf, der über das Scharniergelenk 12 mit dem Schaltknüppel 14 verbunden ist. Als Schaltknüppel 14 wird in der vorliegenden Anmeldung die Stange bzw. das zylindrische Element bezeichnet, das vom Knauf 10 zum Fahrzeugboden hinführt. Der Schaltknüppel 14 kann entweder in der Mittelkonsole oder am Armaturenbrett gelagert sein. Je nach Anbindung, mechanisch oder elektrisch, besteht am Fuß des Schaltknüppels 14 entweder eine mechanische Anbindung an die Betätigung des Getriebes oder eine Lagerung mit einer Sensorik zur Erfassung der Position des Schalthebels 7, sodass auch diese Information an die Steuerungseinrichtung 6 weitergegeben werden kann.
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Der Knauf 10 ist gegenüber dem Schaltknüppel 14 verkippbar, und zwar entlang der Achse 16. In 2 befindet sich der Knauf 10 in einer Mittelstellung, von der er als Ausgangsposition aus in zwei Endpositionen verkippbar ist. Die Lage in der ersten Endposition 18 ist über die gestrichelte Linie und die Lager in der zweiten Endposition 20 mit der gepunkteten Linie dargestellt.
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Am Schaltknüppel 14 befinden sich zwei Sensoren 22 und 24. Der erste Sensor 22 erzeugt ein Signal, insbesondere ein Schaltwunschsignal, wenn sich der Knauf 10 in der ersten Betätigungsposition 18 oder im ersten Betätigungsbereich befindet und der Sensor 24, wenn sich der Knauf 10 in der Betätigungsposition 20 oder im Betätigungsbereich befindet.
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Man könnte also die Betätigungspositionen unterscheiden. Bei dem weiter unten beschriebenen Verfahren ist dies allerdings nicht notwendig, da lediglich ein Schaltwunschsignal erzeugt wird, das sich qualitativ nicht unterscheidet. Das Vorsehen zweier Betätigungspositionen 18 und 20 und zweier Sensoren 22 und 24 dient vielmehr dem Komfort, wodurch die Handhabung des Schalthebels 7 wesentlich vereinfacht wird.
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3 zeigt den Betätigungskraftverlauf in Richtung des Kippweges des Knaufs 10. Dabei sind gegen die Achse 26 der Weg und gegen die Achse 28 die Betätigungskraft aufgetragen. Die Betätigungskraft folgt dabei der Linie 30. Wie weiter oben beschrieben ist der Knauf zu einer Ausgangsposition, nämlich der Mittelposition 32 vorbelastet. Ausgehend von der Mittelposition kann der Knauf 10 mit ansteigender Betätigungskraft verschoben werden, und zwar in Richtung der Endposition 19 oder zur Endposition 21 hin. Die Betätigungskraft ist in Richtung der Endposition 19 negativ, da sie im Vergleich zur Kraft in Richtung der Endposition 21 in entgegengesetzter Richtung verläuft. Bei gleichem Abstand von der Mittelposition 32 ist der Betrag der Betätigungskraft aber gleich. Auf dem Weg zu den Endpositionen hin werden dabei eine der Betätigungspositionen 18 oder 20 überschritten. An diesen Positionen hat die Betätigungskraft Betragsmaxima 34 bzw. 36 als Betätigungsschwellwerte. Das Maximum zeigt sich dabei darin, dass vor dem Schwellwert die Betätigungskraft ansteigt und danach abfällt. Bei Annäherung an die jeweilige Endposition kann die Betätigungskraft aber auch in dem Sinne stark ansteigen, dass diese Position nicht überschreitbar ist.
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Statt der Erfassung der Betätigungspositionen 18 oder 20 kann auch eine Stellung in einem Betätigungsbereich 23 oder 25 erfasst werden. Diese schließen direkt an die Positionen 38 bzw. 40 der Betragsmaxima 34 bzw. 36 an oder schließen diese ein. Da beim Überschreiten der Betätigungsmaxima der Knauf 10 direkt in einen der Betätigungsbereiche 23 oder 25 geführt wird besteht hier kein qualitativer Unterschied in der Bewertung der Position. Je nachdem was am einfachsten zu sensieren ist wird zur Erkennung des Schaltwunsches der einfachste Sensoraufbau und/oder die einfachste Art der Signalauswertung verwendet.
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4 zeigt ein Ablaufschema einer Schaltung in einer ersten Ausgestaltung. Das beschriebene Verfahren beginnt dabei in Schritt S1 mit geschlossenem Antriebsstrang, das heißt die Kupplung 3 ist geschlossen.
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In Schritt S2 wird der Knauf 10 wie weiter oben beschrieben betätigt, das heißt in einer der Endpositionen 18 oder 20 bewegt. Dadurch wird ein Signal an die Steuerungseinrichtung 6 gegeben, die in Schritt S3 die Kupplung 3 mittels des Kupplungsaktuators 5 öffnet.
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In Schritt S4 wird dann der Gang ausgelegt, wodurch sich das Getriebe in Neutralposition befindet. Danach wird in Schritt S5 der neue Gang eingelegt.
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Nach dem Einlegen des neuen Ganges wird in Schritt S6 optional überprüft, ob der Knauf noch in einer der beiden Endposition 18 und 20 und damit in einer Betätigungsposition ist. Falls dies so ist, bleibt die Kupplung geöffnet. Anderenfalls wird die Kupplung in Schritt S7 geschlossen. Dabei wird der Test aus Schritt S6 ob der Knauf noch betätigt ist, wiederholt durchgeführt, bis der Knauf 10 losgelassen wird. Danach kann in Schritt S8 mit geschlossenem Antriebsstrang weitergefahren werden.
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Wird nach dem Erreichen einer der Betätigungspositionen 18 oder 20 kein Gangwechsel vorgenommen, etwa weil sich der Gangwechselwunsch geändert hat, wird in Schritt S11 sensiert, dass der Taster wieder losgelassen wurde, und zwar ohne dass ein Gang ausgelegt wurde. Dies kann bspw. vorkommen, wenn ein Überholvorgang bei Beginn abgebrochen wird oder bei einem sonstigen Wechsel der Fahrstrategie. Auch dann erfolgt als Schritt S7 das Schließen der Kupplung.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Ablaufschemas zur Durchführung einer Schaltung. Die Schritte S1 bis S3 sind dabei wie zu 4 beschrieben. Wird in Schritt S9 der Knauf 10 als Taster losgelassen wird als Schritt S10 überprüft, ob ein Gang eingelegt ist. Es kann sich dabei noch um einen alten Gang oder bereits um den neuen Gang handeln. Falls kein Gang eingelegt ist wird trotz des Loslassens des Knaufs 10 abgewartet und die Kupplung 3 bleibt geöffnet, bis ein Gang eingelegt ist. Falls der Gang bereits eingelegt ist, wird direkt zu Schritt S11 übergegangen und die Kupplung 3 geschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Getriebe
- 3
- Kupplung
- 4
- Antriebseinheit
- 5
- Kupplungsaktuator
- 6
- Steuerungseinrichtung
- 7
- Schalthebel
- 8
- Gaspedal
- 9
- Bremspedal
- 10
- Knauf
- 12
- Scharniergelenk
- 14
- Schaltknüppel
- 16
- Achse
- 18
- Betätigungsposition
- 19
- Endposition
- 20
- Betätigungsposition
- 21
- Endposition
- 22
- Sensor
- 24
- Sensor
- 26
- Achse
- 28
- Achse
- 30
- Linie
- 32
- Mittelposition
- 34
- Betragsmaximum
- 36
- Betragsmaximum
- 38
- Position
- 40
- Position
- S1
- Schritt
- S2
- Schritt
- S3
- Schritt
- S4
- Schritt
- S5
- Schritt
- S6
- Schritt
- S7
- Schritt
- S8
- Schritt
