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Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Schaltelements für ein Getriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung einer Stellung des Schaltelements.
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Ein Schaltelement ist dazu eingerichtet, eine Gangstufe in einem Getriebe ein- oder auszulegen. Dazu kann das Schaltelement auf ein formschlüssiges Übertragungselement wirken, beispielsweise eine Schiebemuffe, die axial auf einer Welle verschoben werden kann. In einer ersten axialen Position greifen Klauen der Schaltmuffe in Aussparungen eines Zahnrads ein und stellen einen Drehmomentschluss her, in einer zweiten axialen Position ist das Zahnrad nicht mit der Schiebemuffe gekoppelt. Eine Stellung des Schaltelements soll bestimmt werden, um das Getriebe zu steuern. So kann beispielsweise eine Gangstufe ausgelegt und eine andere nebenläufig eingelegt werden, um eine Unterbrechung des Drehmomentschlusses im Getriebe möglichst kurz zu halten.
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Zur Bestimmung der Position kann ein absoluter Sensor verwendet werden. Ein solcher Sensor kann jedoch teuer sein oder einen großen Bauraum erfordern. Alternativ kann ein relativer Sensor verwendet werden, der eine Änderung einer Stellung des Schaltelements inkrementell anzeigt. Dabei kann der Sensor für verschiedene Stellungen des Schaltelements dieselben Signale bereitstellen. Eine absolute Position des Schaltelements kann bestimmt werden, indem die Signale beispielsweise mittels eines Zählers interpretiert werden. Dazu muss das Schaltelement einmal eine vorbestimmte Stellung einnehmen, von der aus die Veränderung anhand der Signale verfolgt werden kann. Ausgehend von einer bekannten Stellung des Schaltelements kann dessen aktuelle Stellung verfolgt werden. Ein relativer Positionssensor muss jedoch neu kalibriert werden, wenn die Stellung des Schaltelements nicht bekannt ist, beispielsweise wenn ein das Getriebe umfassendes System neu in Betrieb genommen wird.
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DE 10 2008 044 823 A1 schlägt vor, eine Kupplung mittels eines elektronisch kommutierten Elektromotors zu betätigen. Dabei kann eine Position des Elektromotors bzw. die Lageposition des Schaltelements mittels eines inkrementellen Drehsensors bestimmt werden. Zur Kalibrierung wird der Elektromotor in eine Endstellung gesteuert, sodass diese Endstellung als unveränderlicher Bezugspunkt oder als Bezugsstellung dienen soll. Von dort aus kann die Stellung zur Systemlaufzeit inkrementell bestimmt werden.
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DE 10 2010 063 326 A1 schlägt vor, einen bürstenlosen Elektromotor mit einem inkrementellen Positionssensor zur Betätigung einer Klappe in einem Kraftfahrzeug zu verwenden. Die Position der Klappe kann kalibriert werden, indem der Elektromotor in eine Richtung gesteuert wird, bis keine weitere Bewegung möglich ist.
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Diese Vorgehensweise allein reicht zur Kalibrierung der Stellung eines Schaltelements nicht aus, da die Klauen der Schaltmuffe in manchen Drehstellungen des Zahnrads nicht in die Aussparungen eingerückt werden können. Eine solche Drehstellung ist als Zahn-auf-Zahn (ZaZ) Stellung bekannt. Wird der Aktuator in eine Richtung gefahren, bis keine weitere Bewegung des Schaltelements möglich ist, so ist nicht bekannt, ob die Gangstufe eingelegt ist oder die ZaZ-Stellung eingenommen ist.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Bestimmung einer Stellung eines Schaltelements. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt umfasst eine Aktuatoreinheit ein Schaltelement für ein Getriebe und einen Aktuator zum Bewegen des Schaltelements zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung. Eine Bewegung des Schaltelements in Richtung einer der Endstellungen kann in Abhängigkeit eines Zustands des Getriebes an der gewählten Endstellung oder an einer davor liegenden Zwischenstellung enden. Der Aktuator durchläuft zwischen den Endstellungen eine vorbestimmte Abfolge von Positionen mehrfach; wobei der Aktuator an der Zwischenstellung und an der zweiten Endstellung unterschiedliche vorbestimmte Positionen einnimmt. Ferner ist ein Sensor zur Bestimmung einer Position des Aktuators vorgesehen, sodass die Stellung des Schaltelements auf der Basis der Position des Aktuators bestimmt werden kann, wenn keine weitere Bewegung des Schaltelements in Richtung einer der Endstellungen möglich ist.
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Erfindungsgemäß können Vorteile einer relativen oder inkrementellen Bestimmung der Stellung des Schaltelements mit Vorteilen der absoluten Bestimmung vereint werden. Der Sensor kann klein und einfach gestaltet sein und die Stellung des Schaltelements kann rasch und sicher bestimmt werden. Zur Kalibrierung der Stellung kann eine kurze Ansteuerung des Aktuators ausreichen; eine Bewegung des Schaltelements in unterschiedliche Richtungen oder in Abhängigkeit einer erfassten Bedingung kann nicht erforderlich sein. Das Getriebe kann schneller steuerbar sein, beispielsweise wenn ein das Getriebe umfassendes System in Betrieb genommen wird. Die Kalibrierung der Stellungsbestimmung kann prinzipiell sowohl am laufenden als auch am stillstehenden Getriebe durchgeführt werden. An einem Getriebe, an dem die Gefahr besteht, dass im Rahmen einer Suche eines Endanschlags unbeabsichtigt eine Gangstufe eingelegt wird, kann das beschriebene Verfahren nur durchgeführt werden, solange kein nennenswertes Drehmoment durch das Getriebe übertragen wird. Dabei kann das Getriebe beispielsweise elektrisch mit einem geringen Drehmoment in Drehung versetzt werden.
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Die Aktuatoreinheit kann ferner eine Steuervorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Schaltelements in Abhängigkeit einer Position des Aktuators zu bestimmen, während keine weitere Bewegung des Schaltelements in einer vorbestimmten Richtung möglich ist. Die Steuervorrichtung kann mit der Aktuatoreinheit integriert ausgeführt sein. In einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung eine Schnittstelle zur Entgegennahme einer Anforderung zur Steuerung des Schaltelements in eine vorbestimmte Stellung. Die Steuervorrichtung kann der Anforderung nachkommen und optional über eine weitere Schnittstelle einen Erfolg oder Misserfolg der Steuerung bzw. eine bestimmte Stellung des Schaltelements bereitstellen.
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Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Stellung des Schaltelements in Abhängigkeit einer bekannten Stellung und eines Signals des Sensors zu bestimmen. Der Sensor kann als inkrementell bezeichnet werden und zur Bestimmung der Stellung kann ein bekanntes Verfahren der inkrementellen Bestimmung verwendet werden.
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Das Schaltelement ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet, eine Gangstufe im Getriebe ein- oder auszulegen. Die Gangstufe kann mittels Formschluss eines axial verschiebbaren Eingriffselements eingelegt werden. Dabei kann eine Klaue des Eingriffselements in eine Aussparung eines Drehmoment übertragenden Elements eingreifen, wenn das Schaltelement eine vorbestimmte Endstellung eingenommen hat. Die Zwischenstellung kann eine ZaZ-Stellung umfassen, bei der eine Drehstellung des Elements gegenüber dem Eingriffselement ein Eingreifen der Klaue nicht zulässt, eine weitere axiale Bewegung des Eingriffselements in Richtung der beabsichtigten Endstellung jedoch auch nicht möglich ist, bis das Element gegenüber dem Eingriffselement geeignet verdreht wurde.
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Der Aktuator kann einen Elektromotor umfassen, wobei die Position des Aktuators eine Drehstellung des Elektromotors umfasst. Der Sensor kann beispielsweise an einem Rotor des Elektromotors angebracht sein. Ist eine Untersetzung zwischen dem Elektromotor und dem Schaltelement vorgesehen, so kann der Sensor auch an einem Element der Untersetzung angebracht sein.
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Der Elektromotor kann elektronisch kommutiert sein. Elektrische Bürsten können nicht erforderlich sein, sodass ein weitgehend verschleißfreier Betrieb des Elektromotors möglich ist. Der Elektromotor kann beispielsweise mittels einer feldorientierten Steuerung gesteuert werden, bei der eine Drehzahl und/oder ein bereitzustellendes Drehmoment unabhängig voneinander vorgegeben werden können. Hierfür kann ein einfacher Drehsensor am Elektromotor vorgesehen sein, der ohne Änderungen auch für die hierin beschriebene Technik zur Kalibrierung einer Steuerung eingesetzt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Schaltelement das Ein- und Auslegen von zwei Gangstufen steuern. Eine erste Endstellung kann einer eingelegten ersten Gangstufe und eine zweite Endstellung einer eingelegten zweiten Gangstufe entsprechen. Zwischen den Endstellungen können eine erste und eine zweite Zwischenstellung liegen, wobei eine Bewegung in Richtung der ersten Endstellung an der ersten Zwischenstellung und eine Bewegung in Richtung der zweiten Endstellung an der zweiten Zwischenstellung enden kann. Eine Neutralstellung, in der beide Gangstufen ausgelegt sind, kann zwischen den Zwischenstellungen liegen. Eine Zwischenstellung ist jeweils der ihr näher liegenden Endstellung zugeordnet.
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Es ist weiter bevorzugt, dass eine Bewegung des Schaltelements von einer Endstellung weg sowie von einer Zwischenstellung in eine von einer zugeordneten Endstellung entfernten Richtung unabhängig von einem Zustand des Getriebes stets möglich ist. Diese Bedingung ist bei einer Schaltmuffe erfüllt, die in Abhängigkeit ihrer axialen Position einen Formschluss zur Drehmomentübertragung herstellt oder löst. Sowohl das Auslegen einer Gangstufe als auch das Entfernen der Schaltmuffe aus einer ZaZ-Stellung können stets möglich sein.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz an einem Schaltelement, das eine Übertragung von Drehmoment mittels Formschluss ermöglicht oder verhindert. Insbesondere ist dies beim Ein- oder Auslegen einer Gangstufe in dem Getriebe der Fall. Bei der Betätigung einer Reibkupplung, die in unterschiedlichen Schlupfzuständen betrieben werden kann, besteht üblicherweise nicht das Problem einer möglichen ZaZ-Stellung.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Getriebe eine hierin beschriebene Aktuatoreinheit. Das Getriebe kann manuell oder automatisch steuerbar sein und umfasst wenigstens eine Gangstufe, die ein- oder ausgelegt werden kann. Bevorzugt umfasst das Getriebe mehrere Gangstufen, die ein- oder ausgelegt werden können, wozu mehrere Aktuatoreinheiten vorgesehen sein können. Eine Aktuatoreinheit kann auch das Ein- und Auslegen mehrerer Gangstufen steuern.
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Nach wieder einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Getriebe. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftrad, einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus umfassen. Das Fahrzeug ist bevorzugt ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der ein hierin beschriebenes Getriebe umfassen kann.
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Nach wieder einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Stellung eines Schaltelements für ein Getriebe, wobei das Schaltelement mittels eines Aktuators zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung bewegt werden kann, wobei der Aktuator zwischen den Endstellungen eine vorbestimmte Abfolge von Positionen mehrfach durchläuft, Schritte des Bewegens des Schaltelements in Richtung einer der Endstellungen; wobei die Bewegung des Schaltelements in Abhängigkeit eines Zustands des Getriebes an der gewählten Endstellung oder an einer davor liegenden Zwischenstellung enden kann; wobei der Aktuator an der Zwischenstellung und an der zweiten Endstellung unterschiedliche vorbestimmte Positionen einnimmt; des Bestimmens, dass keine weitere Bewegung des Aktuators in der gewählten Richtung möglich ist; und des Bestimmens der Stellung des Schaltelements in Abhängigkeit der Position des Aktuators.
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Das Verfahren kann mittels einer Steuervorrichtung für eine hierin beschriebene Aktuatoreinheit ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung kann eine Verarbeitungseinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Es ist besonders bevorzugt, dass einer Stellung des Schaltelements an der Endstellung eine erste Position des Aktuators und einer Stellung an der Zwischenstellung eine zweite Position des Aktuators zugeordnet ist. Die Zuordnung kann einmalig im Rahmen einer Herstellung oder eines Einbaus der Aktuatoreinheit an einem Getriebe erfolgen. In einer Ausführungsform ist die Zuordnung durch eine Bauart der Aktuatoreinheit vorgegeben. Die Zuordnung kann in einem bevorzugt nicht löschbaren Speicher einer Steuervorrichtung zur Bestimmung der Stellung des Schaltelements abgelegt sein.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens; und
- 3 eine Abfolge von Stellungen eines Schaltelements
darstellt.
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1 zeigt ein System 100, das ein Getriebe 105 und eine Aktuatoreinheit 110 umfasst. Optional ist die Aktuatoreinheit 110 vom Getriebe 105 umfasst. Das Getriebe 105 kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, insbesondere in einem Antriebsstrang.
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Das beispielhaft dargestellte Getriebe 105 umfasst eine Antriebswelle 115 und eine Abtriebswelle 120, zwischen denen zwei unterschiedliche Gangstufen 125 und 130 ein- oder ausgelegt werden können. Dabei realisiert beispielhaft eine erste Gangstufe 125 eine erste Untersetzung und eine zweite Gangstufe 130 eine zweite Untersetzung einer an der Antriebswelle 115 bereitgestellten Drehbewegung. Die Gangstufen 125, 130 sind jeweils durch ein Paar Zahnräder 135 gebildet, die permanent miteinander kämmen, wobei jeweils ein Zahnrad 135 drehmomentschlüssig mit der Antriebswelle 115 verbunden ist, und das andere Zahnrad 135 ohne Drehmomentschluss auf der Abtriebswelle 120 drehbar gelagert ist.
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Axial zwischen zwei Zahnrädern 135 auf der Abtriebswelle 120 ist eine Schiebemuffe 140 vorgesehen, die axial verschoben werden kann und beispielsweise mittels einer Verzahnung oder eines Keilprofils drehmomentschlüssig mit der Abtriebswelle 120 verbunden ist. Auf beiden axialen Seiten sind an der Schiebemuffe 140 Klauen 145 vorgesehen, die in korrespondierende Aussparungen 150 an den Zahnrädern 135 auf der Abtriebswelle 120 eingreifen können. In der dargestellten axialen Position befindet sich keine der Klauen 145 im Eingriff mit einer Aussparung 150. Wird die Schiebemuffe 140 aus der dargestellten Position nach links geschoben, so kann ein Formschluss zwischen der Schiebemuffe 140 und dem auf der Abtriebswelle 120 angebrachten Zahnrad 135 der ersten Gangstufe 125 hergestellt werden, sodass die erste Gangstufe 125 eingelegt ist. In entsprechender Weise kann die zweite Gangstufe 130 eingelegt werden, indem die Schiebemuffe 140 aus der dargestellten Position nach rechts geschoben wird, sodass Klauen 145 in Aussparungen 150 des auf der Abtriebswelle 120 gelagerten Zahnrads 135 der zweiten Gangstufe 130 eingreifen.
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Die Aktuatoreinheit 110 ist dazu eingerichtet, die Schiebemuffe 140 bezüglich der Abtriebswelle 120 axial zu verschieben und dadurch eine Gangstufe 125, 130 ein- oder auszulegen. Dazu umfasst die Aktuatoreinheit 110 ein Schaltelement 155, das nach Art einer Gabel in eine umlaufende Ringnut der Schiebemuffe 140 eingreifen kann. So kann das Schaltelement 155 die Schiebemuffe 140 axial bewegen, ohne einem durch die Schiebemuffe 140 übertragenen Drehmoment ausgesetzt zu sein.
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Das Schaltelement 155 kann mittels eines Aktuators 160 axial bewegt werden, der in der dargestellten Ausführungsform einen Elektromotor 165 aufweist, der exemplarisch mittels eines Spindeltriebs 172 auf das Schaltelement 155 wirkt. An einem Rotor des Elektromotors 165 ist ein Sensor 170 angebracht, der eine Position des Aktuators 165 in Form einer Drehposition des Rotors bestimmt. Eine Steuervorrichtung 175 ist dazu eingerichtet, den Aktuator 160 anzusteuern. In einer Ausführungsform ist der Elektromotor 165 bürstenlos ausgeführt und eine Ansteuerung erfolgt in Abhängigkeit einer durch den Sensor 170 bestimmten Drehposition. In der dargestellten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 175 mit einer ersten Schnittstelle 180 verbunden, über die eine Anforderung zum Ein- oder Auslegen einer Gangstufe 125, 130 empfangen werden kann. Weiter optional ist eine zweite Schnittstelle 185 vorgesehen, über die eine Rückmeldung über eine bestimmte Stellung des Schaltelements 155, eine Position des Aktuators 160 oder den Erfolg oder Misserfolg einer empfangenen Anforderung bereitgestellt werden kann.
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Der Sensor 170 ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein Positionssignal bereitzustellen, das über einen gesamten Verschiebeweg des Schaltelements 155 nicht eindeutig ist. In einer Ausführungsform kann der Sensor 170 dazu eine vorbestimmte Anzahl Impulse pro Umdrehung des Elektromotors 165 bereitstellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Drehposition des Elektromotors 165 mit einer vorbestimmten Auflösung in einem Bereich von 360 ° angegeben werden. Durch die mechanische Anlenkung zwischen dem Elektromotor 165 und dem Schaltelement 155 kann der Elektromotor 165 jedoch mehrfach dieselbe Drehposition einnehmen, während das Schaltelement 140 bewegt wird. In der dargestellten Ausführungsform kann dieser Weg an verschiedenen Stellen eine eingelegte Gangstufe 125, zwei ausgelegte Gangstufen 125, 130 und eine eingelegte zweite Gangstufe 130 repräsentieren.
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Die Steuervorrichtung 175 ist dazu eingerichtet, eine absolute Stellung des Schaltelements 155 im Schaltraum zu bestimmen. Dies kann auch dann erfolgen, wenn der Sensor 170 für unterschiedliche Stellungen des Schaltelements 155 dieselben Sensorsignale bereitstellt. Zur Bestimmung der Position8 kann, ausgehend von einer bekannten Stellung des Schaltelements 155, ein Signal des Sensors 170 ausgewertet werden, um eine Änderung der Stellung nachzuvollziehen. Eine solche Stellung kann auch Bezugsstellung oder Bezugspunkt genannt werden. Zur initialen Bestimmung der Stellung, die hierin auch Kalibrieren genannt wird, kann das Schaltelement 155 in Richtung einer rechten oder linken Endposition bewegt werden, bis keine weitere Bewegung möglich ist. Diese Stellung kann eine Endstellung mit einer eingelegten Gangstufe 125, 130 umfassen, oder eine Zahn-auf-Zahn Stellung, bei der Klauen 145 nicht mit Aussparungen 150 des korrespondierenden Zahnrads 135 fluchten, sodass die axiale Bewegung der Schiebemuffe 140 beendet ist, bevor eine Gangstufe 125, 130 eingelegt ist. Es wird vorgeschlagen, eine Endstellung von einer zugeordneten Zahn-auf-Zahn Stellung anhand der Position des Aktuators 160 bzw. der Drehposition des Elektromotors 165, zu unterscheiden. Dazu soll eine Drehstellung des Elektromotors 165 in der Endstellung von seiner Drehstellung in einer ZaZ-Stellung unterscheidbar sein.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Bestimmen einer Stellung eines Schaltelements 155 einer Aktuatoreinheit 110 für ein Getriebe 105.
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In einem Schritt 205 kann ein Verlust der Synchronisation zwischen der tatsächlichen Stellung des Schaltelements 155 und der auf Grund von Sensorsignalen des Sensors 170 bestimmten Stellung bestimmt werden. Die Synchronisation kann beispielsweise regelmäßig verloren gehen, wenn die Steuervorrichtung 175 abgestellt wird, was üblicherweise der Fall ist, wenn ein umgebendes System, insbesondere ein Kraftfahrzeug, abgestellt wird.
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In einem Schritt 210 kann eine Endstellung gewählt werden, die für eine folgende Kalibrierung verwendet werden soll. Rein beispielhaft wird mit Bezug auf 1 eine linke Endstellung gewählt, die zu einer eingelegten ersten Gangstufe 125 korrespondiert.
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In einem Schritt 215 kann der Aktuator 160 dazu angesteuert werden, das Schaltelement 155 in Richtung der gewählten Endstellung zu bewegen. In einem Schritt 220 kann ein Stillstand des Aktuators 160 bestimmt werden. Der Stillstand kann eintreten, wenn das Schaltelement 155 gegen eine mechanische Begrenzung läuft, insbesondere wenn eine Klaue 145 axial an einem Zahnrad 135 anstößt oder ein vorgesehener Verstellweg des Aktuators 160 aufgebraucht ist. In diesem Fall kann das Schaltelement 155 gegen einen Anschlag laufen oder es kann eine Endabschaltung des Aktuators 160 vorgesehen sein.
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In einem nachfolgenden Schritt 225 kann eine Position des Aktuators 160 bestimmt werden. In einem ersten Fall korrespondiert die bestimmte Position in einem Schritt 230 zu der im Schritt 210 gewählten Endstellung des Schaltelements 155. In einem alternativen zweiten Fall korrespondiert die Position des Aktuators 160 in einem Schritt 235 zu einer Zwischenstellung, die hierin auch Zahn-auf-Zahn Stellung genannt wird.
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In beiden Fällen ist damit eine absolute Position des Schaltelements 155 gefunden. Anhand der ausgeführten Drehbewegung des Elektromotors 165 kann auf die jeweilige Art des Anschlags - ZaZ-Stellung im Schritt 235 oder Endstellung im Schritt 230 - geschlossen werden. Sollte die Position des Aktuators 160 zu keiner vorbestimmten Stellung korrespondieren, so kann ein Fehler bzw. ein Defekt bestimmt werden. Anschließend kann die Aktuatoreinheit 110 dazu verwendet werden, Gangstufen 125, 130 in Antwort auf eine entsprechende Anforderung ein- oder auszulegen. Dazu kann in einem Schritt 240 eine Anforderung für eine vorbestimmte Stellung des Schaltelements 155 erfasst werden. In einem Schritt 245 kann bestimmt werden, in welche Richtung das Schaltelement 155 bewegt werden muss, um die angeforderte Stellung ausgehend von der aktuellen Stellung zu erreichen. Dann kann der Aktuator 160 dazu angesteuert werden, das Schaltelement 155 in die bestimmte Richtung zu bewegen.
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In einem Schritt 250 kann die bestimmte Stellung des Schaltelements aus einer Änderung der Position des Aktuators 160 bestimmt werden. Diese Änderung kann durch ein Signal des Sensors 170 erfasst werden. Die Schritte 245 und 250 können so lange zyklisch durchlaufen werden, bis das Schaltelement 155 die vorbestimmte Stellung erreicht hat.
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3 zeigt eine beispielhafte Abfolge von Stellungen eines Schaltelements 155. Die gewählte Darstellung orientiert sich am System 100 von 1.
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Ein exemplarischer Verschiebeweg 300 des Schaltelements 155 ist linear dargestellt. Von links nach rechts sind darauf eine erste Endstellung 1 E, eine erste Zwischenstellung 1Z, eine Neutralstellung N, eine zweite Zwischenstellung 2Z und eine zweite Endstellung 2E dargestellt. Eine Bewegung des Schaltelements 155 kann an den Endstellungen 1E, 2E oder den Zwischenstellungen 1Z, 2Z jeweils einseitig gehemmt sein. Die erste Endstellung 1 E entspricht der eingelegten ersten Gangstufe 125 und die zweite Endstellung 2E entspricht der eingelegten zweiten Gangstufe 130. Die erste Zwischenstellung 1Z entspricht einer Zahn-auf-Zahn Stellung, wenn das Schaltelement 155 in Richtung der ersten Endstellung 1E bewegt wird, eine Klaue 145 jedoch nicht in eine korrespondierende Aussparung 150 eingreifen kann. In entsprechender Weise entspricht die zweite Zwischenstellung 2Z einer zweiten Zahn-auf-Zahn Stellung, wenn das Schaltelement 155 in Richtung der zweiten Endstellung 2E bewegt wird, eine Klaue 145 jedoch nicht in eine korrespondierende Aussparung 150 eingreifen kann. Zwischen den Zwischenstellungen 1Z und 2Z befindet sich die Neutralstellung N, in welcher weder die erste Gangstufe 125 noch die zweite Gangstufe 130 eingelegt ist.
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In einem unteren Bereich von 3 sind beispielhafte Drehpositionen des Aktuators 160 beziehungsweise des Läufers des Elektromotors 165 eingezeichnet. In den Stellungen 1 E, 1Z, N, 2Z und 2E ist jeweils symbolhaft eine Drehstellung des Aktuators 160 beziehungsweise des Läufers des Elektromotors 165 in einer axialen Ansicht dargestellt. Ein außermittiger Referenzpunkt des Läufers beschreibt über den Verschiebeweg 300 eine Zykloide 305, die einen Zusammenhang zwischen dem Verschiebeweg 300 und der Drehposition erkennen lässt. Beispielhaft liegen zwischen der Neutralstellung N und einer Endstellung 1E, 2E zwei volle Umdrehungen des Elektromotors 165, in anderen Ausführungsformen kann auch eine größere oder nicht-ganze Anzahl Umdrehungen vorgesehen sein.
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Die Aktuatoreinheit 110 ist derart gestaltet, dass sich Drehpositionen des Aktuators 160 in den Stellungen 1E und 1Z sowie in den Positionen 2Z und 2E jeweils voneinander unterscheiden. Entsprechend unterscheiden sich die Drehpositionen in ihren dargestellten Bezugspunkten der Zykloide 305. Dabei ist unschädlich, wenn, wie in der dargestellten Ausführungsform, Drehpositionen an den Stellungen 1E und 2E oder 1Z und 2Z gleich sind. Auch eine Drehposition in der Neutralstellung N kann beliebig sein.
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Es ist zu beachten, dass die hierin beschriebene Technik nicht notwendigerweise eine Betätigung des Schaltelements 155 durch Drehung erfordert. Die vorgestellte Vorgehensweise kann immer dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Sensor 170 über einen Verstellweg des Schaltelements 155 mehrmals dieselbe Stellung des betätigenden Mechanismus anzeigt. Beispielsweise könnte zur Bewegung des Schaltelements 155 auch ein linearer Aktuator verwendet werden, dessen lineare Position mittels eines umlaufenden Zählers digital bestimmt wird.
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Zur Bestimmung, welche Stellung das Schaltelement 155 am Ende einer Bewegung eingenommen hat, ist bevorzugt, dass die bestimmte Drehposition mit einer vorbestimmten Toleranz mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird, der einer Endstellung 1E, 2E oder einer Zwischenstellung 1Z, 2Z zugeordnet ist.
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Eine erforderliche Auflösung von Drehpositionen durch den Sensor 170 ist durch das Erfordernis gegeben, jeweils eine Drehposition an einer Endstellung 1E, 2E von einer Drehposition an einer korrespondierenden Zwischenstellung 1Z, 2Z zu unterscheiden. Unterscheiden sich die Drehpositionen 1E und 1Z bzw. 2Z und 2E beispielsweise um ca. 45°, so ist eine Auflösung des Sensors 170 kleiner als 45° erforderlich, unter Berücksichtigung einer Messungenauigkeit bevorzugt kleiner als 22,5°. Dazu kann der Sensor 170 die Drehposition in 16 Schritten erfassen, wozu ein 4 Bit Encoder ausreichen kann. Eine höhere Auflösung des Sensors 170 kann bei Bedarf entsprechend reduziert werden. Für eine feldorientierte Steuerung ist beispielsweise ein Sensor 170 mit einer Auflösung von ca. 10 - 14 Bit üblich.
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Bezugszeichen
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- 100
- System
- 105
- Getriebe
- 110
- Aktuatoreinheit
- 115
- Antriebswelle
- 120
- Abtriebswelle
- 125
- erste Gangstufe
- 130
- zweite Gangstufe
- 135
- Zahnrad
- 140
- Schiebemuffe
- 145
- Klaue
- 150
- Aussparung
- 155
- Schaltelement, Schaltgabel
- 160
- Aktuator
- 165
- Elektromotor
- 170
- Sensor
- 172
- Spindeltrieb
- 175
- Steuervorrichtung
- 180
- erste Schnittstelle
- 185
- zweite Schnittstelle
- 200
- Verfahren
- 205
- Verlust der Synchronisation bestimmen
- 210
- Endstellung wählen
- 215
- Aktuator in gewählter Richtung ansteuern
- 220
- Stillstand des Aktuators bestimmen
- 225
- Position des Aktuators bestimmen
- 230
- Endstellung des Schaltelements bestimmen
- 235
- Zwischenstellung des Schaltelements bestimmen
- 240
- Anforderung für Stellung des Schaltelements erfassen
- 245
- Richtung bestimmen, Aktuator ansteuern
- 250
- Stellung des Schaltelements aus Änderung der Position des Aktuators bestimmen
- 300
- Verschiebeweg
- 305
- Zykloide
- 1E
- erste Endstellung, erste Gangstufe eingelegt
- 1Z
- erste Zwischenstellung, ZaZ-Stellung
- N
- Neutralstellung, keine Gangstufe eingelegt
- 2Z
- zweite Zwischenstellung, ZaZ-Stellung
- 2E
- zweite Endstellung, zweite Gangstufe eingelegt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008044823 A1 [0004]
- DE 102010063326 A1 [0005]
