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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperrenanordnung, welche einen ausfallsicheren Aktor aufweist. Dabei wird durch den Aktor eine Parksperre ein- bzw. ausgelegt. Entsprechende Parksperrenanordnungen werden in Antriebssträngen von (Kraft-) Fahrzeugen verwendet, insbesondere wenn die Berücksichtigung von Wandler-Automatikgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder ein (ausschließlich) elektrischer Antrieb vorgesehen sind.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Parksperrenanordnungen bekannt. So offenbart
DE 10 2015 206 157 A1 beispielsweise eine Parksperrenanordnung mit Betätigungselement zum Betätigen einer Parksperrenklinke. Die Parksperrenklinke kann, je nach Betätigungszustand, ein Parksperrenrad sperren oder freigeben. Eine Antriebseinrichtung weist eine Kurvenkontur auf, mittels welcher eine Drehbewegung in eine Axialbewegung des Betätigungselements zum Sperren oder Freigeben des Parksperrenrads umwandelbar ist. Weiter verfügt die Parksperrenanordung über ein Antriebs-/Schneckenrad. Ebenfalls aus dem genannten Stand der Technik ist bekannt, einen Notaktor vorzusehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Parksperrenanordnung bereitzustellen. Vor allen Dingen soll ein noch zuverlässigerer Betrieb der Parksperrenanordnung, insbesondere des Aktors erreicht werden.
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Die Aufgabe wird mit einer Parksperrenanordung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dabei weist die Parksperre eine Antriebsvorrichtung auf, welche eine Drehbewegung über einen Schneckentrieb auf ein Schneckenrad überträgt. Das Schneckenrad weist stirnseitig eine radial umlaufende Helix-Kontur auf. Ferner umfasst die Parksperrenanordnung einen Aktor mit einem Aktorstift und einer Aktorrolle, wobei die Aktorrolle auf der Helix-Kontur abgestützt ist bzw. auf dieser abrollt, wenn das Schneckenrad eine Rotationsbewegung vollzieht. Dies bewirkt eine axiale Bewegung des Schneckenrads, wobei hierdurch ein Sperrkegel gegen eine Sperrklinge ein- oder ausgerückt wird. Daraus resultiert ein Ein- oder Auslegen einer Sperrklinke in eine Verzahnung eines Parksperrenrads. Vorteilhaft bilden eine Aktorrollenrotationsachse und eine Tangente an dem Schneckenrad einen Winkel α≠90° aus.
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Weiter vorteilhaft ist der Winkel α<90°. Insbesondere fallen eine erste Rotationsrichtung des Schneckenrads (im Uhrzeigersinn) und der Winkel α in die gleiche Rotationsrichtung bzw. der Winkel α ist in Bezug auf die Aktorrollenrotationsachse rechts angeordnet. Mit anderen Worten zeigt der Aktorstift mit seinem freien Ende bzw. der Aktorrolle entgegen der ersten Rotationsrichtung.
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In einer alternativen Ausbildung kann der Winkel α>90° sein, sodass der Aktorstift mit dem freien Ende bzw. der Aktorrolle in die erste Rotationsrichtung zeigt. Durch das Vorsehen eines Winkels α≠90° wird eine Axialkraft erzeugt, welche auf den Aktorstift bzw. die Aktorrolle entlang der Aktorrollenrotationsachse wirkt. Die Richtung der Axialkraft ist dabei davon abhängig, welche Orientierung der Aktorstift aufweist (entgegen oder im Einklang mit der ersten Rotationsrichtung).
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Neben der Funktion des Abstützens auf der Helix-Kontur bzw. des Abrollens auf dieser, kann der Aktor noch eine weitere Funktion ausüben. Je nach Anforderung kann vorgesehen sein, dass der Aktor als sogenannter Not-Aktor ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass der Aktorstift und damit die Aktorrolle axial beweglich ist, wobei eine Bewegung radial nach außen in Bezug auf das Schneckenrad erfolgt. Der Not-Aktor kann dabei beispielsweise elektromagnetisch ausgeführt sein. Durch das „Ziehen“ des Aktorstifts stützt sich die Aktorrolle nicht mehr auf der Helix-Kontur ab, sodass die das Schneckenrad schlagartig in seine Ausgangsposition zurückschnellt und die Parksperre einlegt. Hierdurch wird ein sogenannter „sicherer Zustand“ hergestellt. In einem Normalbetrieb wird der Not-Aktor allerdings nicht in der obigen Art und Weise betätigt. Der Normalbetrieb sieht das Abrollen und Abstützen auf der Helix-Kontur vor.
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Eine Diagnose des Not-Aktors ist in der Regel nur im lastfreien Zustand möglich, also während die Parksperre eingelegt ist. Dann kann als Funktionstest ohne negative Einflüsse der Aktorstift radial nach außen „gezogen“ und wieder zurück in die Ausgangsposition verbracht werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Aktors, des Aktorstifts und der Aktorrolle mit einem Winkel α≠90° wird durch die Axialkraft regelmäßig eine Bewegung erreicht, sodass permanent die Funktionsfähigkeit geprüft und sichergestellt werden kann. Dabei ist der Winkel α so zu wählen, dass nur eine minimale Axialkraft wirkt und nur eine geringe axiale Bewegung des Aktorstifts erfolgt. Auch ist es vorteilhaft den Winkel α so zu wählen, dass ein versehentliches Betätigen der Not-Aktor-Funktion verhindert wird. Dies wird mit einer Anordnung erreicht, wie sie in 3 näher beschrieben ist.
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Es wird somit eine Parksperrenanordnung bereitgestellt, bei welcher regelmäßig der Aktor axial bewegt wird, wodurch einerseits ein Festsetzen verhindert bzw. dessen Wahrscheinlichkeit deutlich reduziert wird, andererseits würde eine Fehlfunktion detektiert. Mit anderen Worten wird ein ausfallsicherer Aktor bereitgestellt.
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Erfindungsgemäß kann der Aktor auch schwenkbar angeordnet sein. Dies bedeutet, dass der Winkel α veränderbar ist. Dementsprechend kann die Axialkraft beeinflusst werden, bzw. eine Anpassung aufgrund eines möglichen Verschleißes ist auch gegeben. Ferner würde eine entsprechende Parksperrenanordnung modular, sodass verschiedene Anwendungsfälle bedient werden können. Der Aktor kann dabei mechanisch bzw. manuell schwenkbar sein, aber auch eine entsprechende Verstelleinheit kann vorgesehen werden. Hierdurch wäre auch denkbar, nur zur Durchführung der Diagnose einen Winkel α≠90° vorzusehen und bei erfolgreichem Abschluss der Diagnose wieder einen Winkel α=90° einzustellen. Vorteilhaft ist der Winkel α derart veränderbar, dass ein Schwenken um einen Schnittpunkt zwischen Tangente und Aktorrollenrotationsachse erfolgt.
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Weiter betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein (Kraft-) Fahrzeug. Dieser umfassend wenigstens ein Antriebselement, eine Abtriebswelle, ein Steuergerät und eine erfindungsgemäße Parksperrenanordnung. Bei dem Antriebselement handelt es sich um einen oder mehrere Motoren des Fahrzeugs. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Verbrennungsmotor (Diesel, CNG, Benzin, LPG) oder einen elektrischen Motor handeln. Es sind jedoch auch hybride Antriebsstränge umfasst, in denen jeweils ein Verbrennungsmotor und in Ergänzung dazu ein elektrischer Motor vorgesehen sind. Die Abtriebswelle kann entweder direkt eines oder mehrere Räder des Fahrzeugs, oder ein Verteilergetriebe antreiben.
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Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, den Aktor zu betätigen und eine auf den Aktor wirkende Axialkraft zu erfassen. Unter der Betätigung des Aktors ist dabei zu verstehen, dass der Aktorstift und die Aktorrolle entlang der Aktorrollenrotationsachse axial beweglich sind, und durch den Aktor in Bezug auf das Schneckenrad radial nach außen bewegt werden können. Beispielsweise wird dies umgesetzt, wenn ein sicherer Zustand des Antriebsstrangs hergestellt werden soll, die Parksperre also eingelegt werden soll. Dementsprechend wird dann der Aktor derart betätigt, dass sich die Aktorrolle nicht mehr auf der Helix-Kontur des Schneckenrads abstützt bzw. auf dieser abrollt, sodass sich die vorgespannte Rückstellfeder entspannt und das Schneckenrad schlagartig in die Ausgangsposition springt. Hierdurch drückt der Sperrkegel gegen die Sperrklinke, wodurch die Parksperre eingelegt wird. Weiter kann eine Veränderung des Winkels a durch das Steuergerät initiiert werden, insoweit keine rein mechanische Verstellung vorgesehen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Funktionsfähigkeit beansprucht.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine vereinfachte schematische Darstellung einer Parksperrenanordnung;
- 2: eine schematische Darstellung eines Schneckenrads mit herkömmlicher Anordnung des Aktors;
- 3: eine schematische Darstellung eines Schneckenrads mit ausfallsicherem Aktor;
- 4: in einem Ablaufdiagramm eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung eine Parksperrenanordnung (1), wie sie weitestgehend aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Ein- und Auslegen der Parksperre wird mittels einer vorliegend elektromotorisch betätigten Mechanik durchgeführt.
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Über die Drehbewegung des Elektromotors einer Antriebsvorrichtung 2 wird ein Schneckentrieb 20 angetrieben, dessen Verzahnung mit einem Schneckenrad 3kämmt, welches dann in Rotation versetzt wird. Vorliegend ist auch eine Getriebestufe zwischen Elektromotor und Schneckentrieb 20 vorgesehen. Das Schneckenrad 3 verfügt über eine stirnseitig angebrachte Helix-Kontur 4, welche einen rampenförmigen Verlauf/Anstieg aufweist. Der Anstieg muss dabei nicht mit gleicher Steigung erfolgen, sondern kann vielmehr eine variierende Steigung aufweisen. Weiter kann das Schneckenrad 3 nicht nur eine, sondern (wie in 1 dargestellt) zwei Helix-Konturen 4 auf der Stirnseite aufweisen. Jeweils eine Helix-Kontur 4 erstreckt sich über den halben Umfang des Schneckenrads 3 und danach schließt sich eine dazu identische Helix-Kontur 4 über den verbleibenden halben Umfang des Schneckenrads 3 an. Auf der Helix-Kontur 4 stützt sich ein Aktor 5 mit einem Aktorstift 6 und einer Aktorrolle 7 ab. Durch das Abstützen wird das Schneckenrad 3 axial in Position gehalten, wobei das Schneckenrad 3 durch eine Rückstellfeder 18 vorgespannt ist. Der Aktor 5 ist so ausgebildet, dass dieser den Aktorstift 6 und damit die Aktorrolle 7 in Bezug auf das Schneckenrad 3 radial nach außen bewegen kann. Beispielsweise kann der Aktor 5 elektromagnetisch betätigt ausgeführt sein.
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Wenn der Aktor 5 betätigt wird, die Aktorrolle 7 bzw. der Aktorstift 6 also radial nach außen bewegt werden, entspannt eine Rückstellfeder 18, wodurch das Schneckenrad 3 in eine Ausgangsposition zurückschnellt. Ein über eine Verbindungsstange mit dem Schneckenrad 3 verbundener Sperrkegel 9 drückt dann frontal gegen eine abgeschrägte Kontur einer Sperrklinke 10, wodurch diese eine Ausweichbewegung vollzieht. Infolgedessen wird die Sperrklinke 10 eingelegt und greift formschlüssig in ein Parksperrenrad 11 ein.
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Die Parksperre kann jedoch auch ohne die zuvor beschriebene Betätigung des Aktors 5 eingelegt werden. Hierzu erfolgt eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 um eine erste Rotationsachse 8 in eine erste Rotationsrichtung 16, hier im Uhrzeigersinn, bis ein tiefster Punkt der Helix-Kontur 4 erreicht ist. Zum Auslegen der Parksperre erfolgt demnach eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 in eine entgegengesetzte Richtung zweite Rotationsrichtung 17, also entgegen des Uhrzeigersinns, wodurch die Aktorrolle 7 auf der Helix-Kontur 4 abrollt und das Schneckenrad 3 axial von dem Aktor 5 wegdrückt. Hierdurch wird auch die Rückstellfeder 18 weiter vorgespannt. An einem höchsten Punkt der Helix-Kontur 4 ist der maximale axiale Verfahrweg des Schneckenrads 3 erreicht. Die Helix-Kontur 4 kann hier auch, wie vorliegend, einen Haltepunkt in Form einer Senke oder Vertiefung aufweisen. Der axialen Bewegung des Schneckenrads 3 folgt die Verbindungsstange mit dem Sperrkegel 9, wodurch dieser nicht mehr gegen die Sperrklinke 10 drückt. Aufgrund einer Feder 21 an der Sperrklinke 10 gelangt diese in ihre ausgelegte Ausgangsposition zurück.
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Die Aktorrolle 7 ist um eine Aktorrollenrotationsachse 12 rotierbar an oder auf dem Aktorstift 6 angeordnet. Die Aktorrollenrotationsachse 12 und die erste Rotationsachse 8 fluchten in einem gemeinsamen Schnittpunkt.
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In 2 ist vereinfacht die Anordnung des Aktors 5 in Bezug auf das Schneckenrad 3 dargestellt, wie es dem Stand der Technik entspricht. Die erste Rotationsachse 8, also die Rotationsachse des Schneckenrads 3, ist vorliegend senkrecht zu der Darstellungsebene angeordnet und fluchtet in einem gemeinsamen Schnittpunkt mit der Aktorrollenrotationsachse 12. Ferner ist die Aktorrollenrotationsachse 12 orthogonal zu einer Tangente 13 an dem Schneckenrad 3 angeordnet. Die Ausrichtung der Aktorrollenrotationsachse 12 zu der Tangente 13 lässt sich durch einen Winkel α und einen Winkel β beschreiben. In der hier gezeigten Ausführungsform zum Stand der Technik ist α=β=90°, sodass sich die Winkel α und β zu 180° addieren.
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Die Aktorrolle 7 stützt sich an der Helix-Kontur 4 des Schneckenrads 3 ab bzw. rollt an dieser ab, sobald das Schneckenrad 3 eine Rotationsbewegung in die erste Rotationsrichtung 16 oder die zweite Rotationsrichtung 17 vollzieht. Gut erkennbar ist auch eine Außenverzahnung 19 des Schneckenrads 3. Zur Verdeutlichung ist ferner eine Hilfslinie 22 eingezeichnet, welche parallel zu der Tangente 13 angeordnet ist und durch den Mittelpunkt des Schneckenrads 3 verläuft.
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Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Anordnung von Aktor 5 und Schneckenrad 3 weist die in 3 dargestellte Ausführungsform einen deutlichen Unterschied auf. Dieser äußert sich darin, dass nun die Aktorrollenrotationsachse 12 nicht mehr orthogonal zu der Tangente 13 angeordnet ist, sondern vielmehr um einen Winkel γ verschieden dazu. Dies drückt sich dadurch aus, dass nun der Winkel α<90° und der Winkel β>90° ist, wobei sich die Winkel α und β weiterhin zu 180° addieren. Nunmehr gilt die Bedingung α+γ=90°. Diese geänderte Positionierung des Aktors (5) hat zur Folge, dass auf die Aktorrolle 7 und den Aktorstift 6 eine Axialkraft 14, 15 entlang der Aktorrollenrotationsachse 12 wirkt, sobald sich das Schneckenrad 3 dreht. Dabei ruft eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 in die erste Rotationsrichtung 16eine radial nach außen gerichtete Axialkraft 14 hervor, während eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 in die zweite Rotationsrichtung 17 eine entgegengesetzte, also radial nach innen gerichtete, Axialkraft 15 bewirkt. Der Wert des Winkels γ korrespondiert dabei mit dem Wert der entstehenden Axialkraft 14, 15.
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Die ursprüngliche Ausrichtung der Aktorrollenrotationsachse 12 ist vorliegend zur Verdeutlichung als Hilfslinie 23 mit Strichlinien dargestellt. Der Winkel γ beschreibt dabei die geänderte Anordnung.
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Werden die oben beschriebenen Werte der Winkel α und β vertauscht, bewirkt dies eine umgekehrte Zuordnung der Axialkräfte 14, 15 zu den Rotationsrichtungen 16, 17.
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In 4 ist vereinfacht der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen der Funktionsfähigkeit des Aktors dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt I wird dabei eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 in die erste Rotationsrichtung 16 erzeugt. Soweit eine radial nach außen gerichtete axiale Bewegung des Aktorstifts 6 bzw. der Aktorrolle 7 erkannt wird, schließt sich ein zweiter Verfahrensschritt II an. Hier wird eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 in die zweite Rotationsrichtung 17 erzeugt. Soweit eine radial nach innen gerichtete axiale Bewegung des Aktorstifts 6 bzw. der Aktorrolle 7 erkannt wird, schließt sich ein dritter Verfahrensschritt III an. Hier wird eine entsprechende Signalbotschaft bereitgestellt, dass die Funktionsfähigkeit des Aktors 5 gegeben ist. Diese Signalbotschaft kann von dem Steuergerät selbst verarbeitet, oder anderen Steuergeräten zur Verfügung gestellt werden. Auch ist die Darstellung auf einem Anzeigemittel (Display, Kontroll-LED) denkbar.
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Wurde der erste oder zweite Verfahrensschritt I, II nicht positiv abgeschlossen, schließt sich ein vierter Verfahrensschritt IV an. Ursächlich für einen nicht positiv abgeschlossenen Verfahrensschritt I, II kann sein, dass keine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 erfolgt ist, oder aber keine Axialbewegung des Aktorstifts 6 bzw. der Aktorrolle 7 erkannt wurde. Dementsprechend wird in dem vierten Verfahrensschritt IV eine Signalbotschaft erzeugt, welche auf die nicht sichergestellte Funktionsfähigkeit des Aktors 5 hinweist. Diese Signalbotschaft kann von dem Steuergerät selbst verarbeitet, oder anderen Steuergeräten zur Verfügung gestellt werden. Auch ist die Darstellung auf einem Anzeigemittel (Display, Kontroll-LED) denkbar.
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Optional kann vorgesehen sein, dass ausgehend von dem vierten Verfahrensschritt IV erneut der erste Verfahrensschritt I initiiert wird, was durch den Pfeil mit Strichlinien dargestellt wird. Dies könnte unverzüglich nach dem Erreichen des vierten Verfahrensschritts IV erfolgen, oder aber auch nach einem Systemneustart oder nach Ablauf einer vorher definierten Wartezeit.
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Auch ist es (optional) denkbar, dass ausgehend von dem vierten Verfahrensschritt IV zu einem fünften Verfahrensschritt V gewechselt wird. In dem fünften Verfahrensschritt V könnten Änderungsmaßnahmen vorgesehen werden, die mögliche Fehlerursachen bzgl. der Funktionsfähigkeit des Aktors 5 beheben. Beispielsweise könnte durch eine Verstelleinheit eine Änderung des Winkels a vorgenommen werden. Anschließend würde das Verfahren erneut, beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt I, durchlaufen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperrenanordnung
- 2
- Antriebsvorrichtung
- 3
- Schneckenrad
- 4
- Helix-Kontur
- 5
- Aktor
- 6
- Aktorstift
- 7
- Aktorrolle
- 8
- Erste Rotationsachse
- 9
- Sperrkegel
- 10
- Sperrklinke
- 11
- Parksperrenrad
- 12
- Aktorrollenrotationsachse
- 13
- Tangente
- 14
- Axial kraft
- 15
- Axial kraft
- 16
- Erste Rotationsrichtung
- 17
- Zweite Rotationsrichtung
- 18
- Rückstellfeder
- 19
- Außenverzahnung
- 20
- Schneckentrieb
- 21
- Feder
- 22
- Hilfslinie
- 23
- Hilfslinie
- α, β, γ
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015206157 A1 [0002]
