DE19637001B4

DE19637001B4 - Sensorikeinheit

Info

Publication number: DE19637001B4
Application number: DE19637001A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Kremmling; Nguyen Van Doan; Gerhard Dr. Overdiek; Ivo Agner; Dirk Heintzen; Dethlef Axmacher; Matthias Gramann; Gerhard Dr. Hettich
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG; Schaeffler Technologies AG and Co KG; AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG; Schaeffler Technologies AG and Co KG; Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: FR2738608A1; US6116391A; DE19680781B4; DE19637001A1; DE19680781D2; BR9606640A; AU7618796A; FR2762658A1; WO1997010456A2; GB9709304D0; KR100485382B1; GB2309494A; GB2309494B; FR2762658B1; KR970707410A; JPH10512356A; WO1997010456A3; FR2738608B1

Abstract

Sensorikeinheit (150) zur Gangpositionserkennung in einem Getriebe (4) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs (1) zur Durchführung eines automatisierten Gangwechsels mit einer Aktoreinheit (13), mit einem bewegbaren Mittel (152) und einem raumfest angeordneten Mittel (151), wobei das bewegbare Mittel (152) einen Geber umfasst und das raumfest angeordnete Mittel (151) die relative Position des bewegbaren Mittel (152) in Bezug auf das raumfest Mittel (151) detektiert, und wobei die Sensorikeinheit (150) an/in der Aktoreinheit (13) angeordnet ist und eine Bewegung eines Elementes des Getriebes (4) direkt oder indirekt bei einem Wähl- und/oder Schaltvorgang detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweidimensionale Auflösung der Sensorikeinheit (121) durch eine flächige oder räumliche Anordnung von im wesentlichen eindimensional wirkenden Sensoren (500a, b, c, d) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorikeinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Getriebe und einem im Drehmomentfluß zwischen Motor und Getriebe angeordneten Drehmomentübertragungssystem mit einer Aktoreinheit zur Betätigung des Kupplungsvorganges und des Schalt- und Wählvorganges zur Durchführung eines automatisierten Gangwechsels.
Die Durchführung eines Gangwechsels bei Kraftfahrzeugen wird teilweise per Hand durch den Fahrer durchgeführt, wobei dieser Gangwechsel mittels eines Betätigungshebels, wie Schalthebel, manuell durchgeführt wird.
Weiterhin existieren Automatgetriebe, welche im Vergleich zu einem Schaltgetriebe, wie Stufengetriebe, einen komplizierteren und aufwendigeren Aufbau aufweisen, welcher eine erhebliche Verteuerung des Getriebes mit sich bringt. Diese Automatgetriebe können mittels hydraulischer Ansteuerung von Bremsen und Kupplungen einen automatischen Gangwechsel vollziehen.
Aus der DE 43 80 353 A1 ist eine hydraulische Getriebeansteuerung bekannt, mit deren Hilfe eine mechanisches Schaltgetriebe ohne direkte mechanische Verbindung zwischen Fahrer und Getriebe geschaltet werden kann. Zur Betätigung des Schaltgetriebes wird die Schaltwelle axial verstellt und/oder verdreht. Dafür ist jeweils ein Hydraulikzylinder vorgesehen. Zur Betätigung der Hydraulikzylinder sind Ventile vorgesehen, die von einer Steuerungseinheit geschalten werden. An den Hydraulikzylindern sind jeweils Wegsensoren angebracht, welche mit der Steuerungseinheit verbunden sind. Weitere hydraulische Getriebeansteuerungen sind aus der DE 42 21 990 A1 und der US 4,6265,840 bekannt. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Sensorikeinheit der Eingangs genannten Art für ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe zu schaffen, welches auf Befehl des Fahrer oder vollautomatisch einen Gangwechsel eines Stufengetriebes vornimmt, welche kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensorikeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Nach dem erfinderischen Gedanken ist bei einer Sensorikeinheit besonders vorteilhaft, wenn diese mit einem bewegbaren Mittel und einem raumfest angeordneten Mittel ausgestattet ist, wobei das bewegbare Mittel einen Geber umfaßt und das raumfest angeordnete Mittel die relative Position des bewegbaren Mittels in bezug auf das raumfeste Mittel detektiert, wobei die Sensorikeinheit an/in einer Aktoreinheit angeordnet ist und eine Bewegung eines Elementes eines Getriebes direkt oder indirekt bei einem Wähl- oder Schaltvorgang detektiert.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das bewegbare Mittel eindimensional oder zweidimensional oder dreidimensional bewegbar ist.
Vorzugsweise kann ein Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet sein, dass das bewegbare Mittel in einer Ebene oder auf einer gekrümmten Fläche, wie beispielsweise Zylindermantelfläche, bewegbar ist.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das bewegbare Mittel auf einer geraden oder gekrümmten Bahn bewegbar ist.
Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Sensorikeinheit die Position des bewegbaren Mittels berührungslos oder mittels Berührung detektiert.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das raumfest angeordnete Mittel eine räumliche Anordnung von Sensoren aufweist, welche in Abhängigkeit der Position des bewegbaren Mittels Signale erzeugen.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn das raumfest angeordnete Mittel zumindest ein Sensor umfaßt, der in Abhängigkeit der Position des bewegbaren Mittels ein Signal erzeugt.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das raumfest angeordnete Mittel eine räumliche Anordnung von Hall-Sensoren oder anderen berührungslosen Sensoren umfaßt.
Weiterhin kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vorteilhaft ausgestaltet sein, indem das raumfest angeordnete Mittel eine rechteckige oder quadratische oder dreieckige oder lineare Anordnung von zumindest zwei Hall-Sensoren oder anderen berührungslosen Sensoren umfaßt.
Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn das bewegbare Mittel zumindest einen Magneten oder einen anderen berührungslosen Geber umfaßt.
Zweckmäßig kann es sein, wenn die berührungslosen Sensoren oder Hall-Sensoren auf einer Ebene oder auf einer gekrümmten Fläche oder auf einer geraden oder auf einer gekrümmten Bahn angeordnet sind.
Entsprechend kann es zweckmäßig sein, wenn das raumfest angeordnete Mittel eine Bahn oder eine Fläche eines Potentiometers ist, wobei das bewegbare Mittel ein Schleifkontakt eines Potentiometers ist.
Zweckmäßig kann es sein, wenn das bewegbare Mittel eine Bahn oder eine Fläche eines Potentiometers ist und das raumfeste Mittel ein Schleifkontakt eines Potentiometers ist.
In einer weiteren Variation der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuereinheit mittels der von den Sensoren erzeugten Signale ermittelt, in welcher Position das bewegbare Mittel im Vergleich zu den raumfesten Mitteln positioniert ist, insbesondere zur Detektion eines aktuellen Schalt- und/oder Wählzustandes und/oder zur im wesentlichen ständigen Detektion von zum Schalten und/oder Wählen vorhandenen Mitteln.
Zweckmäßig kann es sein, wenn die Steuereinheit Signale der einzelnen Sensoren in einer Matrixdarstellung transformiert, wobei die analogen Signale der Sensoren in digitale Werte umgesetzt werden und jeder einnehmbaren Position und der Weg des bewegbaren Mittels quasi kontinuierlich durch Matrixwerte dargestellt wird.
Erfindungsgemäß kann es zweckmäßig sein, wenn die Steuereinheit zu jeder Position des bewegbaren Mittels einen Matrixwert bildet, der aus Einzelmeßwerten von Sensorsignalen der einzelnen Sensoren gebildet wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Gedanken wird eine zweidimensionale Auflösung der Sensorikeinheit durch eine räumliche Anordnung von im wesentlichen eindimensional wirkenden Sensoren erreicht.
Die Erfindung sei anhand der 1 bis 29 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges,
2 eine schematische Darstellung eines automatisierten Schaltgetriebes,
2a eine Ansicht des Aktors,
3 eine Ansicht des Aktors,
4 eine Ansicht des Aktors,
5 eine Ansicht des Aktors,
6 eine Ansicht des Aktors,
7 eine Ansicht des Aktors,
8 eine Ansicht des Aktors,
9 eine Ansicht eines Stellglieds,
10 eine Ansicht eines Stellglieds,
11 eine Ansicht einer Sensoranordnung,
12 eine Ansicht eines Schaltschemas,
13 ein Hydraulikschema,
14 ein Hydraulikschema,
15 ein Hydraulikschema,
16 ein Diagramm,
17 ein Hydraulikschema,
18 ein Hydraulikschema,
19 ein Hydraulikschema,
20 ein Hydraulikschema,
21a eine Ansicht eines Aktors,
21b eine Ansicht eines Aktors,
21c eine Ansicht eines Aktors,
22 ein Blockdiagramm,
23 einen Ausschnitt eines Hydraulikschemas mit Sensorkolben,
24 ein Diagramm,
25 einen Schnitt einer Getriebeglocke,
26 ein Sensor,
27 ein Hydraulikschema,
28 ein Hydraulikschema und
29 einen Aktorblock.
Die 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer Antriebseinheit 2, wie Verbrennungsmotor, mit einem Drehmomentübertragungssystem 3 und einem nachgeschalteten Getriebe 4. Die Antriebswelle oder Kardanwelle 5 ist dem Getriebe 4 nachgeschaltet und über ein Differential 6 mit den Antriebswellen 7 und mit den angetriebenen Rädern 8 verbunden. Das Drehmomentübertragungssystem 3 besteht im wesentlichen aus einem Schwungrad 3a, einer Kupplungsscheibe 3b, einer Tellerfeder 3c, einem Kupplungsdeckel und einem Ausrückmechanismus 3d. Der Ausrückmechanismus 3d kann aus einem hydraulischen Zentralausrücker bestehen oder aber durch einen mechanischen Ausrücker mit mechanischer Betätigung, wie Ausrücker mit Ausrückgabel gebildet sein, wobei die Ansteuerung des mechanischen Ausrückhebels, wie Ausrückgabel, mittels eines Nehmerzylinders angesteuert wird. In der 1 ist ein Ausrücklager 9 dargestellt, welches über eine Ausrückgabel 10 betätigt wird, wobei die Ausrückgabel 10 von einem Nehmerzylinder 11 angesteuert wird. Das Drehmomentübertragungssystem 3 kann als dargestellte Reibungskupplung mit oder ohne eine einen Verschleiß nachstellende Vorrichtung ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Drehmomentübertragungssystem als Magnetpulverkupplung oder als Überbrükungskupplung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers ausgebildet sein.
Das Getriebe 4 ist ein konventionelles Schaltgetriebe, das über getriebeinterne Schaltelemente verfügt, welche über eine zentrale Schaltwelle 12 oder Schaltstangen geschaltet wird. Das Getriebe kann als Getriebe mit Zugkraftunterbrechung ausgebildet sein.
Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt eine Betätigungseinheit 13, wie Aktoreinheit, welche einen Hydraulik- oder Hydrostatikblock umfaßt, gegebenenfalls mit Ventilen und Hydraulikfluidleitungen und Stellzylindern, welche eine Ansteuerung des Getriebebetätigungselementes 12 durchführen.
Die Betätigungseinheit 13, wie Aktoreinheit, kann auch mit einer Hydraulikeinheit 14 in Verbindung stehen, welche ein Hydraulikaggregat mit einer Hydraulikpumpe und einem Tank und/oder einem Speicher, wie Druckspeicher, beinhaltet. Die Hydraulikeinheit 14 kann auch in mehrere Untereinheiten aufgeteilt sein, um entsprechend dem notwendigen Bauraum in dem Fahrzeug in günstige Positionen eingebaut werden zu können.
Die Hydraulikeinheit 14 kann in Untereinheiten aufgeteilt werden, wobei die Untereinheit Hydraulikpumpe mit Motor beispielsweise durch eine schon im Fahrzeug vorhandene Hydraulikpumpe derart ersetzt wird, dass eine gemeinsame Hydraulikpumpe mehrere Hydraulikelemente bedient. Eine solche Pumpe kann beispielsweise eine Lenkhilfpumpe sein.
Ebenso kann die Aktoreinheit 13 mit der Hydraulikeinheit 14 eine Baueinheit bilden. In diesem Falle können jedoch gegebenenfalls zumindest einzelne Stellglieder, wie beispielsweise zur Kupplungsbetätigung, und einzelne Hydraulikelemente, wie beispielsweise eine Pumpe, nicht in der Hydraulikeinheit integriert sein.
Weiterhin steht eine Steuereinheit 15 mit einer zentralen Computereinheit zur Verfügung, welche ankommende Signale verarbeitet und Steuerbefehle an die Betätigungseinrichtung 13 und/oder die Hydraulikeinheit 14 mit den Stellgliedern weiterleitet. Die Steuereinheit 15 umfaßt beispielsweise eine zentrale Computereinheit, welche betriebspunktabhängig die Steuerung der Kupplungsbetätigung und die Betätigung des Getriebes, wie des automatisierten Gangwechsels des Getriebes 4 ansteuert.
Die Steuereinheit 15 steht mit Sensoren in Signalverbindung, wie beispielsweise mit einem Drosselklappensensor 16, der Drosselklappe 17 des Antriebsaggregates 2 sowie mit Drehzahlsensoren 18, Tachometersensoren 19 und Gangerkennungssensoren, welche beispielsweise in der Betätigungseinheit 13 aufgenommen sind. Weiterhin verfügt die Steuereinheit 15 über eine CAN-Bus Schnittstelle, über welche die Steuereinheit mit anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung steht, so dass über beispielsweise die Motorelektronik das Motormoment an die Steuereinheit weiter gegeben werden kann.
Die 2 zeigt das Getriebe 4, das Drehmomentübertragungssystem 3, wie Reibungskupplung, mit einem Schwungrad 3a, der Kupplungsscheibe 3b, der Tellerfeder 3c, dem Kupplungsdeckel 3e und mit einem hydraulischen Zentralausrücker 20. Der hydraulische Zentralausrücker 20 wird über eine Versorgungsleitung 21, wie Druckmittelleitung, mit Hydraulikflüssigkeit und Fluiddruck versorgt, welche mit der Betätigungseinheit 13 verbunden ist. Die Betätigungseinheit 13 ist am Getriebe 4 befestigt und nimmt zumindest den Endbereich der zentralen Schaltwelle des Getriebes auf, so dass die internen Stellglieder innerhalb der Betätigungseinheit 13 die zentrale Schaltwelle des Getriebes in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung betätigen können, so dass die zentrale Schaltwelle entsprechend einem H- oder Doppel-H-Schaltschema eines Schaltgetriebes bewegt oder betätigt werden kann, um die jeweiligen Gangpositionen innerhalb des Getriebes einzustellen. Dadurch kann ein automatisierter Gangwechsel angesteuert werden.
Die Betätigungseinheit 13 steht mit dem Steuergerät 15 über zumindest eine Datenleitung 21 in Signalverbindung, welche auch als Kabelbaum mit verschiedenen Datenleitungen oder Stromleitungen ausgestaltet sein kann. Weiterhin ist die CAN-Bus Schnittstelle 22 dargestellt und eine Stromversorgung 23, welche das Steuergerät 15 und die Betätigungseinheit 13 mit Strom/Spannung versorgt.
Die Hydraulikeinheit, wie sie in der dargestellt ist, ist in der 2 in zwei Untereinheiten aufgeteilt, wobei die Untereinheit 24 das Hydraulikaggregat mit Pumpe 25 und Elektromotor 26 für die Pumpe umfaßt. Als weiteres Unteraggregat ist die Tank- und Speichereinheit 27 vorgesehen mit einem Druckspeicher 28 und einem Überdruckventil 29 sowie einem Sensor 30, welcher die Druckverhältnisse im Druckspeicher detektiert, um bei Unterschreiten eines Grenzwertes die Hydraulikpumpe zu starten, um die optimalen Druckverhältnisse innerhalb des Druckspeichers wieder zu gewährleisten, respektive bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes die Hydraulikpumpe wieder abzuschalten. Die Einheit 27 ist über Hydraulikleitungen 31, 32 mit der Betätigungseinheit 13, wie Aktoreinheit, verbunden, so dass über die in der Betätigungseinheit vorhandenen Ventile und gegebenenfalls Stellglieder die Betätigung der Kupplung sowie das Wählen und Schalten des Getriebes automatisiert vorgenommen werden kann. Die Ansteuerung erfolgt durch eine gezielte Ansteuerung von Ventilen zur Druckbeaufschlagung von Stellgliedern mit zumindest einer Kolben-Zylindereinheit. Weiterhin zeigt die 2 die abtriebsseitig angeordnete Kardanwelle 33, über welche die angetriebenen Achsen angetrieben werden.
Die 2a zeigt eine Ansicht der Betätigungseinheit 13, wie Aktoreinheit, und des Getriebes 4 von der Position der Kardanwelle aus, wobei der große Kreisumfang 34a die Umhüllung der Getriebeglocke 34 darstellt. Weiterhin ist die im wesentlichen rechteckige Kontur 35 durch die Kontur des Getriebes selbst vorgegeben und die Betätigungseinheit 13 ist im wesentlichen im Bereich der zentralen Schaltwelle angeflanscht, wie angeschraubt, und umschließt oder umgibt zumindest teilweise die Kardanwelle 33. Die Aktoreinheit, wie Betätigungseinheit 13, ist in diesem Ausführungsbeispiel derart vorteilhaft ausgestaltet, dass die Anordnung in dem Kardantunnel eines Fahrzeuges möglich ist, wobei bei veränderten gegebenen Platzverhältnissen eine konstruktive Ausgestaltung der Aktoreinheit 13 auch in anderer Weise durchgeführt werden kann.
Die 3 zeigt eine Seitenansicht des Aktors 13, wie der Aktoreinheit, wie er in 2a dargestellt ist, wobei die Befestigungsöffnungen 50 in der Trägerplatte 50a zu erkennen sind, mittels diesen der Aktor am Getriebe befestigt werden kann. Weiterhin erkennt man den Stecker 51 in einer Seitenansicht und ein Proportionalventil 52 ebenfalls in der Seitenansicht. Die zentrale Schaltwelle ragt im zentralen Bereich des Aktors rückseitig in den Aktor hinein, da sie aus dem Getriebe herausragt. Der Aktor wird entsprechend auf das Getriebe aufgesetzt und kann dementsprechend als Add-On-Lösung ausgestaltet sein, wobei das Getriebe ein herkömmliches Schaltgetriebe nach dem Stand der Technik ist, bei welchem die Anlenkung des Schalthebels entfernt oder nicht installiert wurde und der Aktor 13 als Instrument zur automatisierten Gangwahl aufgenommen wurde. Der Bereich 53 innerhalb des Aktors wird von den Schaltventilen eingenommen, wobei der Bereich 54 von dem zumindest einen Kupplungs-Wegsensor eingenommen wird.
Die Betätigungseinheit, wie Aktoreinheit 13, enthält sämtliche Schalt- und Proportionalventile sowie sämtliche Versorgungsleitungen zwischen den Ventilen und möglichen Sensoren bzw. den Stellgliedern, wie Stellzylindern, die ebenfalls in dem Gehäuse der Betätigungseinheit bzw. des Aktors 13 aufgenommen sind. Weiterhin umfaßt der Aktor auch die Sensorik in bezug auf die Gangstellungserkennung oder Gangerkennung. Gegebenenfalls können die Stellglieder oder einzelne Stellglieder auch außerhalb der Aktoreinheit angeordnet sein.
Die 3 zeigt weiterhin einen Ansatz 55, welcher zu dem Kupplungs-Wegsensor mit Sensorkolben gehört. Dieser Kupplungswegsensor ist ein hydraulisch angesteuerter Sensor, welcher in einem Gehäuse einen Kolben aufweist und die Stellgliedbewegung mit der Bewegung des Kolbens gekoppelt ist. Mittels eines berührungslosen Sensors, wie Hall-Sensors, kann die Bewegung oder die Position des Kolbens detektiert werden. Bezüglich des Sensorkolbens sei auf 23 verwiesen.
Die 4 zeigt den in 3 dargestellten Aktor in einer Ansicht von der Seite A. Dabei erkennt man, wie die zentrale Schaltwelle 60 des Getriebes 4 in den Aktor 13 hineinragt. Am unteren Ende der Aktoreinheit 13 sind zwei Proportionalventile 52a, 52b angeordnet, welche für eine Steuerung oder Regelung des Fluiddruckes des Hydrauliksystems verantwortlich sind. Im Bereich 53 sind wiederum Schaltventile angeordnet, wobei in der axialen Verlängerung 61 der zentralen Schaltwelle ein Stellglied, wie Stellzylinder, angeordnet ist. Weiterhin erkennt man den Stecker 51 in einer Frontansicht, wobei der Stecker mittels Schrauben 51a von außen auf das Gehäuse des Aktors 13 aufgeschraubt wird. In vorteilhafter Weise kann diese Verbindung auch mittels Nieten oder Schnappverbindungen oder Steckverbindungen durchgeführt werden. Die kreisförmige Umrandung 62 stellt im Schnitt die Anordnung des zweiten Stellzylinders 61 dar. Der Stellzylinder 61 im dargestellten Bereich führt eine axiale Bewegung der zentralen Schaltwelle durch bzw. kann diese axiale Bewegung ansteuern, wobei der Stellzylinder 62 für eine Drehbewegung der zentralen Schaltwelle um die Achse 63 verantwortlich ist bzw. diese ansteuern kann.
Die Bolzen 64 und 65 sind dafür verantwortlich, dass die Welle 66 des Aktors mit der zentralen Schaltwelle 60 der Getriebeeinheit 4 verbindbar ist und die Schwinge 67 der Aktoranlenkung des Aktors 62 mit der axial verschieblichen Welle 66 verbindbar ist.
Die 5 zeigt einen Schnitt durch den Aktor, wie er in 3 dargestellt ist, wobei die Befestigungsplatte 100 mit den Öffnungen 50 zur Befestigung des Aktors am Getriebe dargestellt ist. Die zentrale Schaltwelle 60 ist im Schnitt erkennbar sowie der Stift 64 zur Verbindung der zentralen Schaltwelle 60 mit der Welle 66 des Aktors. Weiterhin erkennt man eine Führungshülse 101, welche mittels des Stellgliedes, wie Stellzylinder 102, in bezug auf die Achse 103 axial verschieblich ist und um das Gelenk 104 kippbar ist. Dadurch kann erreicht werden, dass aufgrund der axialen Verstellung des Kolbens 105 des Stellzylinders 102 die Welle 106 axial verstellt wird und die Führungshülse 101 um die Achse 104 verschwenkt wird, so dass die mit einem Kugelkopf versehene Verbindung zwischen dem Ansatz 107 der Welle 66 mittels einer Verdrehung der Führungshülse 101 verschwenkt werden kann. Somit wird gewährleistet, dass aufgrund einer Verstellung der axialen Position des Kolbens 105 die zentrale Schaltwelle 60 des Getriebes um die Achse der zentralen Schaltwelle verdrehbar ist. Statt eines Kugelkopfgelenkes kann auch ein Kardangelenk oder ein Universalgelenk ausgeführt sein.
Die Ansteuerung der axialen Position des Kolbens 105 des Stellgliedes 102 steuert somit den einstellbaren Winkel der zentralen Schaltwelle an.
Auf der Führungshülse 101 ist ein Sensorelement 120, wie Geber oder Magnet, angeordnet, welcher aufgrund der Verschwenkung des Elementes 101 ebenfalls verschwenkt wird. Direkt oberhalb des Sensorelementes 120 ist eine Sensoreinheit 121, wie Nehmer, angeordnet, welche mittels des Steckers 122 mit dem Steuergerät in Signalverbindung steht. Das Sensorelement 121 kann beispielsweise eine Mehrzahl von Hallsensoren aufweisen, welche in definiertem Abstand zueinander angeordnet sind und aufgrund der jeweiligen Hallspannungen der einzelnen Hallsensorelemente die exakte Position des Magneten 120 detektierbar ist.
Weiterhin erkennt man ein Proportionalventil 52, welches zur Druckregulierung oder Druckregelung oder Drucksteuerung im Hydrauliksystem verwendet wird. Die in 4 dargestellten zwei Proportionalventile 52a, 52b sind in der Darstellung nicht als zwei Ventile zu erkennen, da sie hintereinander liegen.
Das Stellglied 102 weist zwei Druckräume 102a und 102b auf, welche mittels einer gesteuerten Druckbeaufschlagung gezielt angesteuert werden können, wobei dadurch der Kolben 105 des Stellgliedes 102 in axialer Richtung Kraft beaufschlagt wird und somit die zentrale Schaltwelle angesteuert wird.
Das Stellglied kann als Differentialzylinder ausgebildet sein, wobei ein Kolben mit unterschiedlichen Seitenflächen eingesetzt wird, der die beiden Druckräume 102a und 102b trennt. Der Differentialzylinder ist derart ausgebildet, dass die in den beiden Druckräumen bewegbaren Kolben oder Kolbenflächen eine unterschiedlich wirksame Fläche aufweisen, so dass bei gleicher Druckbeaufschlagung dieser beiden Druckräume eine unterschiedliche Kraftwirkung auf die Kolbenflächen wirkt.
Der Differentialzylinder kann auch derart ausgebildet sein, dass in zwei getrennten Druckräumen jeweils ein eigener Kolben bewegbar angeordnet ist, wobei diese beiden Kolben beispielsweise über eine Verbindung, wie Kolbenstangen, miteinander verbunden sind. Die Anlenkung des Elementes 101 kann über eine solche Kolbenstange erfolgen, wobei der Punkt der Anlenkung axial zwischen den Druckräumen 102a, 102b angeordnet sein kann.
Durch Feinabstimmung des Flächenverhältnisses der Kolbenflächen oder durch eine Modulation des Versorgungsdruckes und gegebenenfalls durch zusätzliche Kraftspeicher, wie Federn in den Stellzylinder, läßt sich die Betätigungskraft modulieren und den mechanischen Gegebenheiten anpassen. Vorteilhaft ist eine systembedingte Endlagendämpfung beim Ansteuern von Betätigungseinrichtungen, da bei gleicher Hydraulikkraft und bei zunehmender Federkraft die Differenzkraft sinkt, und sich ein Gleichgewichtszustand zwischen hydraulischer Druckkraft und mechanischer Gegenkraft einstellt, was zu einem ähnlichen Effekt führt, wie eine Endlagendämpfung.
Der Kolben wird eventuell mit einem konstanten Druck, welcher über ein Druckregelventil gesteuert wird, beaufschlagt, so dass eine Bewegung des Kolbens nach rechts oder nach links erfolgt. Dabei fährt der Kolben gegen eine ansteigende Kraft aufgrund von getriebeintern angeordneten Federn. Somit fährt der Kolben mit konstanter Druckkraft gegen eine ansteigende Federkennlinie. Die Differenz dieser Kräfte nimmt ab und die Kräfte kommen ins Gleichgewicht, d. h. dieses Prinzip wirkt wie eine Endlagendämpfung.
Dadurch kann der Regelalgorithmus einfacher gestaltet werden, wodurch eine erhöhte Schnelligkeit des Systems erreicht werden kann.
Die 6 zeigt eine Variante der Anordnung der 5, wobei sowohl die zentrale Schaltwelle 60, die Welle 66 des Aktors und die bewegliche Verbindung mittels des Stiftes 64 als auch das Stellglied 102 mit dem Kolben 105 und der Verbindung mittels der Führungshülse 101 und dem Ansatz 107, welcher innerhalb der Führungshülse in einem Kugelkopf endet, beibehalten sind, wobei zwischen der Führungshülse 101 und dem Ansatz 107 ein Kugelgelenk realisiert ist. Weiterhin ist die Anschlußplatte 100 mit den Bohrungen 50 zur Befestigung der Vorrichtung dargestellt. Im weiteren unterscheidet sich die Anordnung der 6 von der Anordnung der 5 dadurch, dass der Sensor 150 zur Detektion der Position der axialen Schaltwelle näher an der Achse der Schaltwelle angeordnet ist und somit eine direktere Detektion der zentralen Schaltwelle vorhanden ist, weil Spiel und Ungenauigkeiten und Verschleiß eine geringere Beeinträchtigung darstellen. Der Sensor besteht weiterhin aus einer Vielzahl von Hallsensoren 151 und aus einem auf der Welle 66 angeordneten Halterung mit einem Magneten 152.
Die 7 zeigt die Betätigungsvorrichtung im Schnitt, wobei der obere Teil der 4 im Schnitt dargestellt ist und von hinten betrachtet wird. Man erkennt in der 7 die zentrale Schaltwelle 60 des Getriebes 4, die Welle 66 mit ihrer Aufnahme 66a des Aktors sowie ein Stellglied 200 mit einem Kolben 201. Die axiale Verlagerung des Kolbens 201 aufgrund einer Druckbeaufschlagung der Druckkammern 202 und 203 verursacht eine axiale Verlagerung der zentralen Schaltwelle 60.
Weiterhin erkennt man in der 7 die Kugelgelenkverbindung 210 zwischen der Welle 106 des Stellgliedes 102 und der Welle 66, welche mittels einer schwenkbar gelagerten Führungshülse 101, einem Kugelkopf 211 und einer Führung des Kugelkopfes 212 ausgebildet ist, wobei der Kugelkopf über den Ansatz 107 mit der Welle 66 verbunden ist.
Der Kugelkopf, welcher mit dem Ansatz 106 an der Welle 66 angeordnet ist, wird durch eine Aufnahme in dem Element 212 geführt, so dass bei einer Verdrehung der zentralen Schaltwelle 60 um die Achse 220 das Element 212 innerhalb der Hülse 101 verschiebbar gelagert ist. Weiterhin ist zwischen der Hülse und dem oberen Ende 212a des Elementes 212 eine Tellerfeder 221 angeordnet. Dieser Kraftspeicher 221 kann auch in einer anderen federnden Art dargestellt sein. Weiterhin erkennt man in dieser Darstellung den Sensor 121 mit Stecker 122 und der Anordnung der Hallsensoren 151 und mit dem Magneten 152. Im rechten oberen Bereich sind Ventile, wie Schaltventile 300, angeordnet.
Die Welle 66 des Aktors führt in den Raumbereich 202 hinein und wird mittels der Dichtung, wie Ringdichtung 301, abgedichtet.
Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend der 7, wobei der Sensor 121 in einem anderen Raumbereich angeordnet ist, wobei der Magnet direkt an der Aufnahme 66a der Welle 66 angeordnet ist, wobei die Aufnahme 66a den Endbereich der zentralen Schaltwelle 60 des Getriebes 4 aufnimmt. Die axiale Verschiebung bzw. die Rotation der zentralen Schaltwelle um ihre Achse 220 bewirkt somit eine Versetzung des Magneten oder der Magnete in eine andere Position, welche mittels der Hall-Effektsensoren 151 detektiert wird. Statt des Magneten kann auch ein anderer Geber angeordnet sein.
Das Stellglied 102 der 5 bis 8 stellt den Wählzylinder dar, da aufgrund der Ansteuerung der Kolbenposition des Kolbens 105 die zentrale Schaltwelle in Wählrichtung angesteuert wird. Das Stellglied 200 mit seinem Kolben 201 der 5 bis 8 stellt den Schaltzylinder dar, da mittels der Ansteuerung der axialen Position des Kolbens 201 die zentrale Schaltwelle 60 in Schaltrichtung angesteuert wird.
Bei Getrieben mit einer Vertauschung der Richtungen von Schalten und Wählen würde sich entsprechend auch einer Vertauschung der Betätigungsrichtungen bzw. der Betätigungen ergeben.
Die Kolben 105 und 201 der Stellglieder 102 und 200 sind als Differentialkolben ausgeführt. Dies bedeutet, dass die beaufschlagbare Fläche in axialer Richtung auf der einen Kolbenseite größer ist als auf der anderen Kolbenseite. In der 6 ist die Fläche 105a größer als die Fläche 105b, so dass bei gleicher Druckbeaufschlagung der beiden Flächen eine Kraft resultieren würde, welche den Kolben in axialer Richtung nach links betrachtet beaufschlagen würde. Für den Kolben 201 gilt entsprechend, dass die Fläche 201a größer ist als die Fläche 201b, so dass wiederum bei einer Beaufschlagung der beiden Druckräume 202 und 203 des Stellgliedes eine Kraft resultieren würde, welche den Kolben 201 in axialer Richtung nach links beaufschlagen würde.
Die Anordnung der unterschiedlich groß ausgebildeten Seitenflächen der Kolben der Differentialzylinder sei nur beispielhaft.
Bei Getrieben mit Zugkraftunterbrechung können zum Schalten und Wählen der Getriebeübersetzung unterschiedliche Mechanismen realisiert sein. Bislang geht das oben ausgeführte Ausführungsbeispiel auf ein Getriebe ein, bei welchem eine zentrale Schaltwelle axial bewegt wird oder die Schaltwelle in Umfangsrichtung verdreht wird. Entsprechend sind die Stellglieder mit den Kolben-Zylindereinheiten angeordnet und an der zentralen Schaltwelle angelenkt.
Weiterhin existieren Getriebe mit zwei verdrehbaren Wellen, je eine Welle zum Schalten und zum Wählen. Solche Wellen werden entsprechend dem oben Dargestellten bezüglich des Wählzylinders angelenkt.
Ebenso existieren Getriebe, bei welchen axial bewegliche Schaltstangen angeordnet sind, um in den einzelnen Schaltgassen Gänge einzulegen oder zu schalten. Solche Schaltstangen können mittels oben genannter Stellmittel, wie beispielsweise für den Schaltzylinder erläutert, angesteuert werden.
Die 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaltzylinders 400, welcher mit einem im wesentlichen gleichflächigen Kolben ausgestattet ist. Man erkennt weiterhin die Welle 400 mit einer Aufnahme 401 für die Aufnahme der zentralen Schaltwelle. Am anderen Ende 402 der Welle 400 ist eine Führungshülse 403 angeordnet, welche einen Kugelkopf 404 aufnimmt, welcher mit der Welle 405 des Wählzylinders verbunden ist. Im weiteren ist eine Sensoreinheit 406 mit Hallsensoren 407 und einem Magneten 408 angeordnet.
Die 10 zeigt eine Anordnung eines Wählzylinders 450 mit einem im wesentlichen gleichflächigen Kolben, wobei die Druckräume 451 und 452 in den Endbereichen des Gehäuses vorgesehen sind. Die Druckräume 451,452 sind durch die axial bewegbaren Kolben 454 und 455 begrenzt. Die Kolben 454 und 455 sind durch eine Verbindungsstange, wie Kolbenstange miteinander gekoppelt oder verbunden. An dieser Kolbenstange erfolgt die Anlenkung der zentralen Schaltwelle über ein Kugelgelenk oder Universalgelenk. Aufgrund der axialen Verlagerung der Verbindungsstange 453 zwischen den Kolben 454 und 455 wird der Kugelkopf 456 des Kugelgelenks, axial verlagert, so dass die Führungshülse 457 verschwenkt wird. Dadurch wird die zentrale Schaltwelle 458 ebenfalls um ihre Achse verschwenkt.
Die 11 zeigt eine Anordnung von Sensoren, wie beispielsweise Hallsensoren, 500a bis 500d auf einem Träger, wie er beispielsweise in 9 mit dem Bezugszeichen 410 dargestellt ist. Der Träger 501 kann beispielsweise als Kunststoff- oder Metallteil vorgesehen sein, welcher in eine Öffnung des Aktorgehäuses eingesteckt werden kann, so dass die Zuführung der Leitungen von außen abgegriffen werden kann. Eine solche Sensoreinrichtung kann sehr leicht eingesetzt und befestigt werden, wobei auch eine Verschraubung, Vernietung oder Steckverbindung vorgesehen sein kann, wodurch eine kostengünstige Realisierung eines ortsaufgelösten Sensors durchgeführt werden kann. Die Quadrate 502a bis 502g repräsentieren die Positionen, die von einem Geber, wie Magneten, unterhalb der Hallsensoranordnung eingenommen werden kann, wobei die Gangpositionen 1, 3 und 5 sowie der Rückwärtsgang in den vorderen Endbereichen der Schaltgassen angeordnet sind und die Gänge 2, 4 und 6 in den hinteren Endbereichen angeordnet sind. Das Schaltschema entspricht einer Doppel-H-Anordnung, wie sie in 12 vereinfacht dargestellt ist. Die senkrechten Linien zwischen den Gangpositionen bezeichnen die Schaltgassen, wie beispielsweise die Linie 550 und die horizontal dazu angeordneten Linien 551 entsprechend einem Wählweg.
Eine Gangpositionserkennung mit Hilfe der Geberanordnung, wie Hallsensoranordnung, kann nun mittels der elektronischen Steuereinheit derart vorgenommen werden, dass die Hallspannungssignale der einzelnen Sensoren 500a bis 500d ausgewertet werden, wobei Hallsensoren eingesetzt werden können, welche einen definierten räumlichen Empfindlichkeitsbereich aufweisen, wie er beispielsweise durch die kreisringförmigen gestrichelten Linien 503 jeweils um die Hallsensoren dargestellt sind und diese räumlichen Empfindlichkeitsbereiche deuten an, dass ein Signal bzw. eine Hallspannung nur dann von dem Sensor erzeugt wird, wenn der Magnet sich innerhalb dieses Empfindlichkeitsbereiches unterhalb des Sensors befindet. Das bedeutet, wenn beispielsweise der Sensor in der Position 502g entsprechend einem Rückwärtsgang angeordnet ist, dass im wesentlichen nur der Sensor 500c ein Signal erzeugt, welches im wesentlichen von null verschieden ist und die Sensoren 500a, 500b und 500d jeweils ein Signal erzeugen, welche im wesentlichen von null nicht verschieden oder zumindest klein sind. Entsprechend wird bei der Position des ersten Ganges 502a der Sensor 500c als auch der Sensor 500b ein Signal erzeugen, die beiden anderen Sensoren 500a und 500d werden kein wesentliches Signal erzeugen usw. bis zu der Gangposition 6 entsprechend 502f, in welcher nur der Sensor 500a ein Signal erzeugt.
Mittels einer geschickten Anordnung von Hallsensoren, wie sie in 11 dargestellt ist, wobei dort eine quadratische Anordnung der Hallsensoren offenbart ist, kann mittels im wesentlichen eindimensionaler Sensoren in zweidimensionaler Anordnung ein zweidimensionales Feld detektiert werden. Entsprechend der konstruktiven Gegebenheiten des zu detektierenden Bauteiles kann es vorzugsweise günstig sein, wenn die Hallsensoren auf ein Minimum reduziert werden und beispielsweise in Dreiecks-, oder Rechtecks- oder quadratischer Anordnung auf dem Trägerelement befestigt sind.
Bei der Anordnung eines einzigen Sensors kann dieser nicht detektieren, ob der Geber beispielsweise rechts oder links von dem Nehmer angeordnet ist. Der Sensor detektiert praktisch nur den Abstand. Aus diesem Grund detektiert ein solcher Sensor eine ”eindimensionale Größe”. Das Zusammenwirken von mehr als einem solchen Sensor und die vorteilhafte Auswertung der Sensorsignale sorgt erst für die zwei- oder dreidimensionale Auflösung.
Die Steuereinheit muß dementsprechend die Signale der einzelnen Hallsensoren dahingehend überprüfen und ermitteln, in welcher Position beispielsweise die zentrale Schaltwelle angeordnet ist bzw. sie kann entsprechend den vorhergehenden Figuren auch detektieren, in welcher Lage bzw. in welchen Positionen die Wellen der Stellglieder, wie Stellzylinder angeordnet sind. Bei der Welle des Schaltzylinders ist es im wesentlichen interessant, dass unter anderem detektiert wird, in welcher Stellung der zwei Endstellungen oder der zentralen Neutralstellung sich die Schaltwelle befindet, wobei beispielsweise mittels zweier Sensoren, welche zwischen den jeweiligen Endpositionen bzw. der Mittelposition angeordnet sind, die Stellung eindeutig detektiert werden kann. In der einen Endposition erzeugt nur ein Hallsensor bei entsprechendem Empfindlichkeitsbereich ein Hallsignal, wobei in der anderen Endstellung der andere Hallsensor ein Hallsignal erzeugt und in der mittigen Neutralstellung beide Sensoren ein Hallsignal erzeugen.
Ein entsprechendes Vorgehen kann auch für die Detektion der Wählwelle durchgeführt werden, wobei bei dem in 12 dargestellten Schaltschema mit 4 Schaltgassen eine Anordnung von 3 oder 4 Hallsensoren günstig ist.
Die 13 zeigt einen Hydraulikplan für die automatisierte Betätigung der Schaltkupplung 3 und des Wählens und Schaltens des Getriebes 4. Ausgehend von einer gemeinsamen Pumpeneinheit 600 mit einem Elektromotor 601 und einem von dem Elektromotor angetriebenen Pumpenvorrichtung 602 wird über die Leitung 603 ein Druckspeicher 604 mit druckbeaufschlagtem Fluid versorgt. Der Druckspeicher 604 steht mit einem druckabhängigen Schalter 605a in Verbindung, welcher bei einem Absinken des Druckes unter einen vorgebbaren Grenzwert die Motoreinheit und somit die Pumpe einschaltet, bis der Druck in dem Druckspeicher 604 über einen zweiten vorgebbaren Grenzwert steigt, bei welchem der Schalter 605a die Motoreinheit 601 wieder ausschaltet. Dem Druckspeicher 604 respektive der Hydraulikleitung 605 sind über die Leitung 606 und 607 zwei Proportionalventile, wie druckrückgeführte Proportionalventile, 608 und 609 nachgeordnet. Wie in der 13 durch die zwei unterbrochenen Linien zu erkennen ist, teilt sich das Hydraulikschema bzw. der Hydraulikplan der 13 in im wesentlichen drei Bereiche.
In einem ersten Bereich A ist die Hydraulik zum Ansteuern der automatisierten Kupplung dargestellt, wobei in einem Bereich B die Hydraulik zur Ansteuerung des Wählvorganges des Getriebes dargestellt ist und einem Bereich C die Hydraulik zur Ansteuerung des Schaltvorganges dargestellt ist. Ausgehend von dem Druck P_V, welcher in den Leitungen 607 und 606 vorherrscht, wird mittels des druckrückgeführten Proportionalventils der Druck in der Leitung 610 und in der Leitung 611 gesteuert bzw. geregelt.
Bei einem automatisierten Schaltgetriebe findet die Betätigung von der Kupplung und dem Schalt- bzw. Wählvorgang in aller Regel in einer wesentlichen fest vorgegebenen Reihenfolge statt. Vor einem Schalt- oder Wählvorgang muß die Kupplung zumindest soweit geöffnet werden, dass ein Herausnehmen des Ganges möglich ist. Somit ist in der Regel der erste Betätigungsvorgang das Öffnen der Kupplung. Als zweiten Betätigungsvorgang kann das Schalten aus der Gangposition angesehen werden, anschließend kann ein Wählvorgang den Wechsel einer Gasse vornehmen, wobei dies optional ist und danach wird wieder ein Schaltvorgang in eine Gangposition durchgeführt und abschließend wird die Kupplung wieder geschlossen bzw. derart gezielt angesteuert, dass das übertragbare Drehmoment gesteuert wird.
Nach dieser obengenannten Reihenfolge wird zuerst die Kupplung angesteuert, das heißt, mit dem druckrückgeführten Proportionalventil 608 wird der Druck P_K im Bereich 610 derart angesteuert, dass der Druck in der Druckkammer 613 des Ausrückers gezielt angesteuert wird. Entsprechend der Seitenfläche 614 A_K des Kolbens 615 und dem eingestellten Druck wird das Ausrücklager 616 mit einer entsprechenden Kraft P_K·A_K in Ausrückrichtung beaufschlagt. Die von dem Aktor benötigte Kraft F ist in dem Diagramm 620 in Abhängigkeit des Ausrückweges S dargestellt.
Das Ventil 608 muß entsprechend so gesteuert werden, dass der Druck P_K im Bereich 610 bzw. 613 gezielt veränderbar ist und entsprechend den Vorgaben des Steuergerätes die Kupplung ein- oder ausrückt oder in einem festgelegten Einrückzustand hält.
Wenn der Kupplungseinrückzustand bei einem Schaltvorgang derart erreicht ist, dass ein Gang zumindest herausgenommen werden kann, so wird über das Ventil 609 der Druck P_S im Bereich der Leitungen 630, 631 gesteuert. Das Ventil 609 kann ebenfalls wie das Ventil 608 ein druckrückgeführtes Proportionalventil sein, wobei die Anordnung dieser beiden Ventile 608 und 609 in der 4 mit den Bezugszeichen 52a und 52b dargestellt ist.
Der im Bereich C der 13 dargestellte Hydraulikkreislauf zum Schalten beinhaltet das oben beschriebene druckrückgeführte Proportionalventil 609, ein Schaltventil 632 sowie die Leitung 633 und einen Differentialzylinder 635.
Die Funktion dieses Abschnittes oder Bereiches C wird in den 14 und 15 näher beschrieben. Weiterhin findet eine Sensierung des Weges s bzw. der Position des Kolbens 635 in dem Differentialzylinder, beispielsweise mittels eines Sensors statt.
Die Verwendung von Differentialzylindern, wie Druckdifferenzkolbensysteme, weisen weiterhin den Vorteil auf, dass nur eine Stangenabdichtung notwendig ist.
Die Aussteuerung der Differentialzylinder erfolgt vorzugsweise mittels eines Proportionaldruckregelventiles zum Modulieren des Betätigungsdruckes. Dies könnte auch durch einen Versorgungsdruck, der mit einem Druckbegrenzungsventil gesteuert wird, ersetzt werden.
In der 14 ist das Schaltventil 632 derart geschaltet, dass die Leitung 633 mit dem Ölsumpf 670 verbunden ist, so dass die Leitung 633 im wesentlichen drucklos geschaltet ist. Wird über das Proportionalventil 609 in der Leitung 630 ein von null verschiedener Druck P_S angesteuert, so wird in der Druckkammer 650 im wesentlichen der gleiche Druck vorherrschen und aufgrund der Beaufschlagung der Fläche 651, A₂ wird eine Kraft in axialer Richtung nach links weisend an dem Kolben 635 angreifen. Somit wird die Kolbenstange 652 in axialer Richtung bewegt, so dass damit beispielsweise die Schaltwelle in axialer Richtung bewegt werden kann. Der Raumbereich 654 ist drucklos und die Kraftbeaufschlagung auf die Fläche 655, A₁ ist im wesentlichen null. Somit kann beispielsweise ein Schaltvorgang von der Neutralstellung N in den Bereich H, das heißt in einen hinteren Bereich der Schaltgassen, eingeleitet werden bzw. von einem Bereich V, dem vorderen Bereich in den Schaltgassen, in den Neutralbereich N.
Die 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Schaltventil 632 derart geschaltet ist, dass die Leitung 631 mit der Leitung 633 verbunden ist. Bei einer Druckbeaufschlagung der Leitungen 630 und 633 mittels des Proportionalventiles 609 wird der Differentialzylinder wie folgt angesteuert: In dem Druckraum 650 herrscht der gleiche Druck wie in dem Druckraum 654, das bedeutet, dass die Kraft F auf die Fläche A₂, 651 gleich P_S·A₂ = F₂ ist, wobei die Kraft auf die Fläche 655, A₁ gleich P_S ·A₁ = F₁ ist und da A₁ > A₂ ist, wird der Kolben mit der Differenzkraft (F₁ – F₂) in axialer Richtung nach rechts beaufschlagt.
Wenn die Flächenverhältnisse der Flächen A₁ und A₂, bzw. 651 und 655 derart sind, dass die Fläche A₁ doppelt so groß ist wie die Fläche A₂, so wird die Kraftbeaufschlagung des Kolbens nach der 14 gleich der Kraftbeaufschlagung des Kolbens in der 15 sein, wobei der einzige Unterschied die Richtung der Kraftbeaufschlagung ist. In 14 wird der Kolben in Richtung auf H beaufschlagt, wobei in 15 der Kolben in Richtung auf V beaufschlagt wird.
Durch die Wegmessung, welche durch das Symbol s an dem Kolben 635 angedeutet ist, kann der Weg bzw. die Position des Kolbens 635 und somit der Weg der internen Schaltelemente des Getriebes 4 in Richtung des Schaltweges innerhalb der Schaltgassen geregelt oder gesteuert, wie beispielsweise weggeregelt oder weggesteuert, werden. Bei dem Vorgang der Synchronisierung des einzulegenden Ganges kann es jedoch vorkommen, dass der Weg zu null wird und die Druck- oder Kraftbeaufschlagung gesteuert oder geregelt werden muß, so kann eine Druckregelung in der Synchronisierungsphase mittels des druckrückgeführten Proportionalventiles 609 durchgeführt werden.
Die Realisierung der Druck- oder Kraftregelung oder -steuerung beim Schalten und/oder beim Wählen der Getriebeübersetzung zeigt einen zentralen Vorteil der Erfindung gegenüber reinen Wegregelungen oder Wegsteuerungen. Die Druck- oder Kraftregelung kann auch einer Wegregelung oder -steuerung unterlagert sein.
Die Druck- oder Kraftregelung oder -steuerung ist vorteilhaft, da durch sie eine gezielte, dem Betriebspunkt angepaßte Kraft oder ein Druck eingestellt werden kann. Beispielsweise kann zum Schutz von Synchronisierungen im Getriebe eine Synchronisierung mit vorgebbarer Kraft erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Kraft oder den Druck fahrerabhängig zu steuern oder zu regeln.
Eine dementsprechende Druckregelung oder Drucksteuerung beim Synchronisieren entspricht einer Kraftregelung bzw. Kraftsteuerung beim Synchronisieren des Ganges, wobei ein komfortables Schalten derart durchgeführt werden kann bzw. angesteuert werden kann, indem die Kraft beim Synchronisieren klein ist, wobei bei einem sportlichen Schalten die Kraft beim Synchronisieren groß ist. Zum Schalten wird neben dem Differentialkolben nach den 13 bis 15 somit nur ein Schaltventil, das einem Proportionalventil nachgeordnet ist und ein druckrückgeführtes Proportionalventil, wie beispielsweise Druckminderventil, verwendet. Als Schaltventile können beispielsweise 3/2-Wege-Kugelsitzventile verwendet werden. Der Wegregelung oder Wegsteuerung wird beim Synchronisieren somit eine überlagerte Druckregelung durchgeführt.
Die 13 zeigt in diesem Zusammenhang einen Kraft-Zeit-Verlauf in dem Teilschaubild, welches mit 660 gekennzeichnet ist. Wenn mittels der Ansteuerung des Ventiles 609 und des Ventiles 632 die zenrale Schaltwelle in der Schaltrichtung im Neutralbereich ist, kann mittels der Hydraulikeinheit im Bereich B der 13 ein Gassenwechsel, das heißt ein Wählvorgang, durchgeführt werden. Zu diesem Wählvorgang wird wiederum ein Differentialzylinder 700 mittels zweier Ventile 701 und 702 angesteuert, so dass über die axiale Bewegung des mit dem Kolben 706 verbundenen Bauteiles 703 die Wählwelle betätigt werden kann. Gleichzeitig deutet das Symbol s entsprechend wie bei dem Kupplungszylinder und dem Schaltzylinder an, dass eine Wegmessung durchgeführt werden kann bzw. durchgeführt wird, um eine Regelung oder Steuerung des Weges durchzuführen.
Der Wegregelung oder -steuerung kann eine Druckregelung oder -steuerung unterlagert sein.
Die 16 zeigt einen Kraft-Weg-Verlauf bzw. Kraft-Winkel-Verlauf bei dem Wählvorgang innerhalb des Getriebes. Die zentrale Schaltwelle ist in den Getrieben nach dem Stand der Technik beispielsweise mittels Federn kraftbeaufschlagt, so dass die zentrale Schaltwelle ohne äußere Kraft in der Neutralgasse in die Gasse/Position 3/4 beaufschlagt wird. Dies bedeutet, dass in der Gasse/Position 3/4 die auf die zentrale Schaltwelle angreifende Kraft am geringsten ist und bei einem Wechsel in die Gasse 1/2 bzw. 5/6 bzw. R eine jeweils zunehmende Kraft einen selbsttätigen Wechsel der Gassen verhindert. Bei einem Übergang in die Gasse des Rückwärtsganges R wird wiederum eine erhöhte Kraft benötigt.
Identifiziert man die Kräfte, die benötigt werden, um die Gassen zu wechseln, so kann die maximale Kraft P_W·A₁ dem Gassenwechsel von der Gasse 3/4 in den Rückwärtsgang R zugeordnet werden, wobei der Wechsel von der Gasse 3/4 in die Gasse 5/6 einer Kraft P_W·A₂ in die entgegengesetzte Richtung zugeordnet wird. Der Wechsel von der Gasse 3/4 in die Gasse 1/2 ist derart bemessen, dass eine Kraft P_W·(A₁ – A₂) benötigt wird.
Setzt man nun für die Flächen A₁ und A₂ die Flächen eines Differentialzylinders an, welche im Verhältnis 2:1 stehen, das heißt die Fläche A₁ ist doppelt so groß wie die Fläche A₂, so resultiert, dass bei einer Beaufschlagung des ersten Druckraumes 705 mit der Fläche A₁ und einer Druckentlastung des zweiten Druckraumes 704 mit der Fläche A₂ eine Kraft auf den Kolben resultiert, die P_W·A₁ ist. Wird nur der zweite Druckraum 704 mit der Fläche A₂ mit dem Druck P_W beaufschlagt und der erste Druckraum 705 entlastet, so resultiert eine entgegengesetzte Kraft der Größe P_W·A₂ auf den Kolben. Wird demgegenüber der erste und der zweite Druckraum 705, 704 mit dem Druck P_W beaufschlagt, so resultiert wiederum eine Kraft in entgegengesetzter Richtung mit der Größe P_W·(A₁ – A₂), so dass der Kolben des Differentialzylinders in zwei Richtungen mit gleicher Kraft und in eine Richtung mit doppelter Kraft beaufschlagt werden kann, wobei nur zwei Schaltventile benötigt werden.
Die Größe des eingestellten Druckes P_W ist somit davon abhängig, welche getriebeinternen oder -externen Kräfte die zentrale Schaltwelle beim Wählen beaufschlagen. Bei einer vorteilhaften Ausbildung des Differentialkolbens mit den Flächenverhältnissen 2:1 sind die günstigen Verhältnisse gegeben, dass die beiden Kräfte zum Wählen von der Gasse 3/4 in die Gasse 5/1 bzw. von der Gasse 3/4 in die Gasse 1/2 gleich groß sind und der Übergang von der Gasse 3/4 in die Gasse R doppelt so groß ist wie die Kräfte bei einem Gassenwechsel in die beiden anderen Gassen.
Die 17 bis 20 deuten diesen Sachverhalt anhand eines Teildiagrammes an. In der 17 sind die Ventile 701 und 702 auf Entlastung der Druckräume 704 und 705 geschaltet. Somit bleibt der Kolben in der eingestellten Position, wie Ruhestellung, da die Rastierungskraft des Getriebes bei einem Wechsel überschritten werden muß, bleibt die Wählwelle in der Neutralgasse in Position 3/4.
In der 18 wird ein Druck P_W in den beiden Zuleitungen 612a und 612b eingestellt und mittels des Ventiles 701 wird in den Druckraum 704 ein Druck P_W eingespeist, wobei der Druckraum 705 über das Ventil 702 auf Entlastung geschaltet ist. Es resultiert demzufolge eine Kraftbeaufschlagung der Fläche A₂ in axialer Richtung nach rechts gerichtet, so dass ein Gassenwechsel von beispielsweise der 3/4 Gasse in eine 5/6 Gasse erfolgen kann.
In der 19 wird ein Druck P_W in den Hydraulikleitungen 612a und 612b eingespeist, wobei das Ventil 701 und das Ventil 702 auf Durchlaß geschaltet sind, so dass in den Druckräumen 705 und 704 der gleiche Druck P_W herrscht. Aufgrund der Flächendifferenz (A₁ – A₂) = A₂ kann beispielsweise eine Kraft A₂ in axialer Richtung nach links hin gerichtet auf den Kolben bzw. den Zylinder wirken. Streng genommen wirkt eine Kraft P_W·(A₁ – A₂), wobei die Wahl von A₁ und A₂ in vorteilhafter Weise dem Getriebe mit seinen Auslegungen angepaßt werden kann.
Weiterhin zeigt die 20 eine Beaufschlagung des Raumes 705 mit dem Druck P_W, da das Ventil 701 auf Entspannung oder Entlastung des Druckraumes 704 geschaltet ist und das Ventil 702 auf Druckbeaufschlagung des Raumes 705 geschaltet ist. Somit wird der Kolben mit maximaler Kraft P_W·A₁ in axialer Richtung nach links hin beaufschlagt. Dies ist die Kraft, die benötigt wird, um in die Gasse R zu schalten, wie es die 16 darstellt. Bei anderen Gegebenheiten des Getriebes können die Kräfteverhältnisse sich ändern, so dass beispielsweise die Gasse 1/2 als die Gasse mit der geringsten Kraftbeaufschlagung ausgebildet ist und für ein Gangwechsel von der Gasse 1/2 in eine andere Gasse eine mehr oder minder große Kraft benötigt wird.
Nach dem in den 17 bis 20 erläuterten Verfahren zur Ansteuerung des Wählzylinders 700 wird nach erfolgter Gassenwahl der Schaltvorgang derart beendet, dass in der geschalteten oder ausgewählten Gasse die zentrale Schaltwelle in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung V, H geschaltet wird, so dass ein Gang eingelegt wird. Anschließend kann die Kupplung wieder in Schließrichtung beaufschlagt werden, so dass die Kupplung wieder eingerückt wird.
Die Druckmodulation zur Ansteuerung des Wählvorganges wird mit dem druckrückgeführten Proportionalventil 608 durchgeführt, wobei der Druck P_K beim Wählvorgang jederzeit so groß sein muß, dass die Kupplung, die gleichzeitig durch den Druck P_K in Ausrückrichtung beaufschlagt wird, offengehalten wird.
Die beiden druckrückgeführten Proportionalventile 608 und 609 der 13 sind erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass ein Kuppel- und Wählvorgang mit einem Ventil 608 und der Schaltvorgang mit dem anderen Ventil 609 angesteuert werden, da Kuppeln und Wählen zwangsweise nacheinander bzw. seriell durchgeführt werden muß oder sollte, wobei der Schaltvorgang schon eingeleitet werden kann, obwohl die Kupplung noch nicht vollständig geöffnet ist, so dass zur Durchführung des Schaltvorganges ein zweites Ventil 609 notwendig ist.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit kann vorsehen, dass die Ansteuerung des Schaltvorganges ebenfalls nach Beendigung des Kuppelns beginnt, so kann die Ansteuerung des Schaltvorganges ebenfalls an das Proportionalventil 608 angeschlossen werden. So kann man erreichen, dass man bei einer sequentiellen Ansteuerung von Kupplungsvorgang, Schaltvorgang und Wählvorgang nur ein druckrückgeführten Proportionalventil benötigt und im weiteren nur Schaltventile anzusteuern hat. Eine Sequenz würde dann wie folgt aussehen: Auskuppeln, Schalten von einer Gangposition in neutral, Wählen (optional) und wieder Schalten in eine Gangposition und danach wieder die Kupplung schließen. Dieser Zyklus kann sequentiell im Steuergerät abgelegt sein, so dass ein automatisierter Vorgang einer Ansteuerung des Schaltgetriebes vorgenommen werden kann, wobei durch die Ansteuerung der Differentialkolbensysteme die Gangstufen nicht seriell gewählt werden müssen. So kann beispielsweise durch geschicktes Wählen der Gassen von dem ersten Gang in einen beliebigen Gang geschaltet werden.
Die Schaltventile 701, 702, 632 sind sogenannte schwarz-weiß-schaltende Ventile, wobei die Proportionalventile in einen beliebigen einstellbaren Zustand steuerbar sind. Die Volumenströme zur Ansteuerung des Kupplungsausrückers, wie Zentralausrückers, betragen in der Regel Werte im Bereich von 1 bis 10 Liter pro Minute, wobei die Ansteuerung zur Betätigung des Wählvorganges Werte im Bereich zwischen 0,1 bis 5 Liter pro Minute benötigen, vorzugsweise zwischen 0,3 und 1 Liter. Entsprechendes gilt für die Ansteuerung des Schaltvorganges. Die in der 13 dargestellte Pumpe 602 kann beispielsweise als Radialkolbenpumpe ausgestaltet sein.
Die 21a zeigt den Aktor 13, wie die Aktoreinheit, der 3 in einer Ansicht, wobei die im Aktor verlaufenden Hydraulikleitungen und im Aktor angeordneten Ventile dargestellt sind. Die Schaltventile S1, S2 und S3 entsprechen im Hydraulikplan den Ventilen 701, 702 und 632, das heißt, die Ventile S1 und S2 steuern den Differentialzylinder 700 zur Steuerung des Wählvorganges und das Schaltventil S3 steuert den Schaltvorgang.
Weiterhin ist ein Proportionalventil 609 zu erkennen. Das Proportionalventil 608 zur Steuerung der Kupplungsbetätigung und des Wählvorganges liegt in dieser Ansicht hinter dem Ventil 609, so dass es von diesem verdeckt ist.
Die Hydraulikleitung L1, 605 stellt die Verbindung von dem Druckspeicher 604 bzw. von der Pumpe 600 dar, wobei über die Leitung L1 die beiden Proportionalventile 608 und 609 mit dem Hydraulikversorgungssystem verbunden sind. Die Hydraulikleitung L2, 612 verbindet das Proportionalventil 608 mit den Schaltventilen 701, S1 und 702, S2. Die Hydraulikleitung L3 verbindet das Schaltventil S1, 701 mit dem Differentialzylinder 700 und die Hydraulikleitung L4 verbindet das Schaltventil F2, 702 mit dem Differentialzylinder 700. Die Hydraulikleitung L7 verbindet das Schaltventil S3, 632 mit dem Differentialzylinder 635 zum Schalten, wobei die Hydraulikleitung L6, 630 das Proportionalventil 609 mit dem Differentialzylinder 635 zum Schalten verbindet.
Die 21b zeigt weiterhin den Aktor in einer weiteren Ansicht, wobei die Hydraulikleitungen L6 und L7 zur Ansteuerung des Differentialzylinders 635 zum Schalten mittels des Schaltventils S3, 632 und des Proportionalventils 609 dargestellt sind.
Die 21c zeigt wiederum eine weitere Ansicht des Aktors, wobei die Leitung L2 und die Leitung L1 dargestellt sind. Weiterhin ist das Proportionalventil 609 und das Proportionalventil 608 dargestellt.
Weiterhin ist zu erkennen, dass der Sensorkolben 900, welcher in der 23 schematisch dargestellt ist, in den Aktor mit einbezogen ist. Im Hydraulikplan auf Seite 13 ist der Sensorkolben somit in die Leitung 610 integriert. Ausgang des Sensorkolbens 900 ist ein Anschluß der Leitung L₅ an den Zentralausrücker ZA der Kupplung.
In der 22 ist das Steuergerät näher gezeigt, wobei das Steuergerät 800 durch die unterbrochene Linie umrahmt dargestellt ist. Die Steuereinheit 800 umfaßt eine Spannungsversorgung 801, welche die Sensoren und die Einheiten der Steuereinheit versorgt. Weiterhin kann ein Sensorinterface 802 vorhanden sein, welches digitale Signale verarbeitet. Weiterhin ist ein Sensorinterface für analoge Signale 803 vorhanden sowie ein CAN-Bus Interface 804. Die Eingänge des Sensorinterfaces (digital) 802 sind beispielsweise die Wahl- und Schalteingänge sowie der Druckschalter des Vorratsdruckbehälters. Die Eingänge des Sensorinterfaces (analog) 803 sind beispielsweise die Gassenerkennung oder die Schaltwegsensierung sowie die Kupplungswegsensierung.
Die Pfeile der 22 stellen Signal- oder Versorgungsverbindungen dar.
Das CAN-Bus Interface 804 erhält als Eingänge beispielsweise Signale über das Fahrpedal bzw. den Fahrpedalsensor sowie über die Motordrehzahl, über die Raddrehzahlen, über das Motormoment, den Drosselklappenwinkel, die Bremsen, wie Betriebs- oder Feststellbremse sowie einen beispielsweise von einem Leerlaufschalter und optional, ob eine Antischlupfregelung aktiv ist oder nicht, sowie weitere mögliche Signale. Dem CAN-Bus können Signale über die Ausgänge der Interface-Bausteine ermittelt werden, wie beispielsweise eine Ganganzeige, eine Kupplungszustandsanzeige, einen Motoreingriff, ein Anlasserrelais bzw. ein Tempomat. Weiterhin umfaßt die Einheit 800 eine zentrale Computereinheit 805, wie mikro-controller, welche die Berechnungsvorgänge zur Steuerung oder Regelung vornimmt, wobei ein flash-eprom vorhanden sein kann.
Weiterhin stehen Diagnose-Interface-Bausteine 806 zur Verfügung, um beispielsweise in der Prototypenphase Signale über Betriebszustände zu gewinnen. Weiterhin kann eine Iso-Schnittstelle 806a zur Diagnose vorhanden sein. Die Diagnose-Schnittstellen 806, 806a können auch in den Serviceintervallen zur Wartung ausgelesen werden. Weiterhin ist ein Ausgangstreiber 807 für die Schaltventile und ein Ausgangstreiber 808 für die Proportionalventile vorgesehen, welche die Ventile ansteuern und gleichzeitig Rückmeldungen der Ventile, wie Positionssignale, aufnehmen können.
Weitere Ansteuerungseinheiten, wie die Steuerung des Motors, der Hydraulikpumpe, des Hydraulikkreises sind nicht näher dargestellt. Ebenso nicht die Sensoren, wie Hallsensoren, zur Detektion der Wahl- und Schalteingänge oder der Gangerkennung oder der Schaltwegserkennung. Diese Signale werden über die Pfeile (Signalleitungen) an die Steuereinheit übergeben.
Die 23 zeigt eine Sensorkolben- oder Schwimmkolbeneinrichtung 900 mit einem Schwimmkolben 901, welcher mittels der Federn 902 und 903 innerhalb eines Raumes beaufschlagt wird. Durch die beiden Federn wird der Kolben in der Stellung ”Kupplung geschlossen” fixiert. Dabei sind die Federn vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie gerade die Reibungskräfte des Kolbens überwinden können, das heißt, dass sie den Kolben im Zylinder bewegen können, wenn die Bewegung nicht hydraulisch unterbunden wird. Weiterhin sind Hydraulikleitungen 904 und 905 vorhanden, welche zum einen das Proportionalventil 906 mit der Kammer 907 verbindet sowie die Kammer 908 mit der Druckkammer 909 des Zentralausrückers 910, welcher über ein Ausrücklager 911 die Kupplung mittels der Tellerfeder 912, die nur in Ausschnitten dargestellt ist, ansteuert. Weiterhin ist in die Einrichtung 900 eine Schnüffelöffnung, wie Schnüffelbohrung, 913 eingearbeitet, welche über eine Hydraulikleitung 914 mit dem Sumpf 915 verbunden ist. Überschreitet die eine Steuerkante 916 die Schnüffelbohrung, wird ein Druckausgleich der Volumina der Raumbereiche 907 und 908 gewährleistet. Dies geschieht nur, wenn die Kupplung vollständig geschlossen ist, das heißt, nur in dieser Position kann die Schnüffelbohrung geöffnet werden.
Zur Detektion der axialen Stellung des Kolbens 901 ist ein Positionssensor 917 angeordnet, welcher mittels zumindest eines Gebers, wie Magneten, 918 berührungslos die Position des Kolbens detektiert. Das Ausführungsbeispiel der 23 sieht als Positionssensor einen Halleffektsensor vor, welcher mit einem beispielsweise ringförmigen Magneten 918 zusammenwirkt. Der Ringmagnet 918 kann an einer beliebigen Position des Kolbens angeordnet sein, so wie er beispielsweise in der 23 dargestellt ist, wobei der Ringmagnet jedoch auch an einem Endbereich des Kolbens angeordnet sein kann.
Im eingerückten Zustand der Kupplung beaufschlagt die Tellerfeder 912 der Kupplung das Hydrauliksystem derart, dass der Kolben im wesentlichen in der Stellung ”Kupplung geschlossen” fixiert ist. Beim Öffnen der Kupplung wandert der Kolben abhängig von Ölvolumina und Durchmesser um einen bestimmten Betrag aus. Dieser Betrag ist zusammen mit der hydraulischen Übersetzung dem Kupplungsweg proportional. Die Position des Kolbens 901 charakterisiert somit die Einrückposition der Kupplung, so dass mittels der Position des Kolbens das übertragbare Drehmoment der Kupplung bestimmt werden kann.
Als Sensoren können vorzugsweise neben den oben erwähnten Hallsensoren auch andere Sensoren mit ortsauflösendem Charakter zum Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Induktivsensor, wobei mittels einer Induktionsspule das Eintauchen eines ferromagnetischen Materials in die Spule, welches mit dem Kolben verbunden oder an diesem angebracht ist, detektiert wird.
Weist der Kolben eine Leckage, das heißt eine Fehlfunktion, auf, wie beispielsweise ein Fluß des Hydraulikmediums von der Kammer 907 in die Kammer 908, so wird eine Bewegung des Kolbens 901 relativ zu dem Gehäuse 920 erfolgen, ohne dass die Einrückposition der Kupplung verändert wird. Bei geöffneter Kupplung wird der Kolben derart wandern, dass langsam die ”geschlossene Position” eingenommen wird. Dies geschieht aufgrund der Federn 903 und 902. Wird die Kupplung nun geschlossen, wandert der Kolben über die als ”geschlossene Position” angesehene Position, hinaus, da er bei noch geöffneter Kupplung bereits auf diese Position zugewandert ist. Er wandert allerdings nur so weit, bis über die Schnüffelbohrung ein Ausgleich der Volumina erreicht wird. Der Positionsausgleich, das heißt die Verstellung des Kolbens zurück in die als ”geschlossene Position” angesehene Position wird durch die Federn unterstützt. Dadurch kann auch bei einer Leckage am Sensorkolben eine gegebenenfalls eingeschränkte Messung des Kupplungsweges auch bei Fehlfunktionen aufrechterhalten werden. Der Einsatz einer Schnüffelbohrung 913 dient zum Ausgleich von Fehlfunktionen, wie beispielsweise thermischen Effekten. Die Schnüffelbohrung befindet sich im Bereich einer Endlage des Kolbens und wird in bestimmten Zeitintervallen geöffnet, wobei die Steuereinheit die Zeitintervalle zum Öffnen der Schnüffelbohrung in solchen Betriebspunkten ansteuert, in welchen es von der Betriebssicherheit der Kupplung betrachtet unproblematisch ist. Die Öffnung der Schnüffelbohrung geschieht durch völliges Schließen der Kupplung. Dadurch wird ein dem ”hydraulischen Reset” ähnlicher Vorgang ausgelöst, das Ölvolumen in der Kammer 907, 908 gleicht sich aus und das System ist wieder in der ursprünglichen Position, die ohne eine Leckage oder einer Fehlfunktion angenommen wird.
Das System des Sensorkolbens oder Schwimmkolbens der 23 kann sowohl für die Medientrennung von Geber- und Nehmerseite als auch als reines Meßsystem ohne medientrennende Wirkung eingesetzt werden. Im Sinne einer Medientrennung kann auf der einen Seite des Kolbens ein anderes Druckmedium, wie Fluid, verwendet werden, wie auf der anderen Seite des Kolbens. Beispielsweise können Bremsflüssigkeit und ein Hydraulikfluid ATF verwendet werden.
In der 24 wird ein schematisches Verhalten eines automatisierten Kuppel-, Schalt- und Wählvorganges in Abhängigkeit der Zeit dargestellt, das heißt, auf der Ordinate ist jeweils die Geschwindigkeit von beispielsweise den Kolben der Stellglieder oder aber der Wellen der Stellmittel detektiert. Die Kurve 1000 stellt die Geschwindigkeit des Geberzylinderkolbens beim Kuppeln dar, wobei die Kurve 1001 die Geschwindigkeit des Stellgliedes beim Schalten und die Kurve 1002 die Geschwindigkeit des Stellgliedes beim Wählen in zeitlichem Verlauf darstellt.
Beginnend bei dem Zeitpunkt t = 0,1003 wird die Kupplung geöffnet, das heißt, die Geschwindigkeit der Kupplungsaktorik nimmt zu. Bevor die Kupplung bei dem Zeitpunkt 1004 vollständig geöffnet ist, wird zu dem Zeitpunkt 1005 bereits der Schaltvorgang eingeleitet. Zum Zeitpunkt 1006 wird der Wählvorgang eingeleitet, welcher bis zu dem Zeitpunkt 1007 abgeschlossen ist. Während des Wählvorganges ist die Geschwindigkeit des detektierten Elementes der Schaltaktorik nicht auf null abgesunken, das bedeutet, dass in dieser Phase des Gangwechsels die Schrägschaltfähigkeit des Getriebes ausgenutzt wird. Dies bedeutet, dass ein Gassenwechsel bereits in einer Stellung innerhalb der Schaltgasse möglich ist, wobei die Schaltaktorik noch nicht in der Neutralposition, wie Neutralgasse, ist.
Der Einbruch der Schaltgeschwindigkeit 1001 im Zeitbereich 1008 resultiert aus dem Synchronisiervorgang des neuen Ganges, wobei im Anschluß daran der Schaltvorgang bei 1011 beendet wird und ab dem Zeitpunkt 1009 bis zum Zeitpunkt 1010 die Kupplung wieder eingerückt wird. Die Absenkung der Geschwindigkeit des Schaltaktors im Zeitbereich 1008 führt dazu, dass in diesem Bereich der Wegsteuerung oder Wegregelung eine unterlagerte Druckregelung oder Drucksteuerung durchgeführt werden kann oder muß, da bei einer Geschwindigkeit gleich null die Steuer- bzw. Regelgröße verschwindet, wenn nur eine Wegregelung oder Wegsteuerung durchgeführt wird.
In der 25 ist schematisch ein Halbschnitt durch eine Getriebeglocke dargestellt, mit einem Schwungrad 1101, einer Kupplungsscheibe 1102, einer Druckplatte 1103 sowie einer Tellerfeder 1104 und einem Ausrücklager 1105. Diese Kupplungsbauteile sind koaxial zur Getriebeeingangswelle 1106 angeordnet und mit dieser Kupplung wird das übertragbare Drehmoment angesteuert. Die Ausrückposition des Ausrücklagers 1105 wird mittels eines Sensors 1107 detektiert, welcher durch eine Öffnung in der Getriebeglocke in den Raum der Getriebeglocke eingeführt wird, wobei die Halterung 1108 des Sensors 1107 von außen auf die Getriebeglocke geschraubt oder gesteckt wird.
Die 26 zeigt den Sensor in einer Vergrößerung, wobei ein Biegestab 1200 mit einer Sensorplatte 1201 an der Getriebeglocke befestigt wird und aufgrund der axialen Bewegung des Ausrücklagers 1105 resultiert eine Verbiegung des Biegelementes 1200, was mit einem Sensor 1202 detektiert wird. Dieser Sensor 1202 kann beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen sein oder ein Piezokristall.
Der Sensor besteht somit im wesentlichen aus einem Biegestab, der an einem Ende fest eingespannt ist und an seinem anderen Ende eine Auslenkung normal zur Stablängsrichtung erfährt. Durch die Auslenkung treten an den Randfasern oder Randbereichen Dehnungen und Stauchungen auf, die mittels eines entsprechenden Sensorprinzips (Dehnungsmeßstreifen, Piezo, usw.) detektiert werden. Die aufbereiteten Ausgangssignale, welche mittels des Anschlußkabels 1203 an die zentrale Steuereinheit übermittelt werden, sind eine direkte Referenz für den Auslenkungsweg bzw. Betätigungsweg bei einer entsprechend hohen Auflösung und Wiederholgenauigkeit. Zweckmäßig werden die Sensorelemente nahe der Einspannstelle angebracht. Somit sind die kritischen Teile nicht in dem Bereich hoher Temperaturen. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Sensor in der Anschraubplatte 1201 integrierbar ist und vor allem in diesem Bereich die maximalen Dehnungen des Biegestabes 1200 auftreten.
Der in den 25 und 26 dargestellte Kupplungswegsensor detektiert die axiale Verlagerung des Ausrücklagers, ohne dass zusätzliche bewegte Teile nötig sind. Weiterhin sind die temperaturkritischen Bauteile außerhalb des Kupplungsraumes angeordnet bzw. im Randbereich des Kupplungsraumes angeordnet. Der Sensor eignet sich zweckmäßigerweise zum Anbau an bestehende Systeme für den Einsatz als Add-On-Sensor, da außer dem kleinen, teilweise vorhandenen, Durchbruch in der Wandung des Getriebes und vorhandenen Befestigungsvorrichtungen keine weiteren Änderungen vorgenommen werden müssen.
Beim automatisierten Schaltgetriebe sind zwei Bewegungen an der Schaltstange zu realisieren.

1. eine Drehbewegung bei der Gassenwahl und
2. eine translatorische beim Schalten (Fahrstufe rausnehmen und einlegen)

Alle Bedingungen, die der Ablauf ”Schalten” erfordert, werden durch diesen Schaltplan bevorzugt beschrieben.

1. Verwendung eines Druckdifferenzkolbens, daraus folgt, dass nur eine Stangenabdichtung notwendig ist
2. hydraulische Verschaltung nach Plan, siehe beispielsweise 13,
– das Druckmodulierventil ist vorzugsweise als Proportionaldruckregelventil zum Modulieren des Schaltdruckes ausgelegt. Der Schaltdruck bestimmt das Synchronisationsmoment und damit die Synchronisationsgeschwindigkeit und hat somit entscheidenden Einfluß auf den Schaltkomfort. In dieser Anwendung wird ein Proportionaldruckminderventil verwendet. Es könnte auch durch einen Versorgungsdruck, der mit einem Druckbegrenzungsventil geregelt wird, ersetzt werden.
– Das Schaltventil ist verantwortlich für die Auswahl der Bewegungsrichtung.

In die rechte Bewegungsrichtung wirkt die Kraft P_S·(A₁ – A₂) in die linke Richtung wirkt die Kraft P_S·A₂. Sind A₁ und A₂ vorzugsweise gleich groß, daraus folgt eine gleiche Regelverstärkung.
Sind die Ventile gegen den Tank geschaltet, ist die Schaltstange kraftfrei. Dies ist vorzugsweise in der Position ”elektrischer Aktuator stromlos” realisiert.
Die Druckversorgung ist eine an sich bekannte Speicher-Lade-Einheit. Sie stellt den Systemdruck zur Verfügung.
Vom Systemdruck wird der Kupplungsdruck und der Schaltdruck abgezweigt, dabei sind hohe dynamische Volumenströme erforderlich. Eine gegenseitige Beeinflußung der Ventile ist, wenn vorhanden, dann minimal, da der Speicher eine stark dämpfende Wirkung aufweist.
Vom Kupplungsdruck wird der Versorgungsdruck für das Wählen abgezweigt. Kuppeln und Schalten sowie Wählen und Schalten können vollkommen unabhängig voneinander angesteuert werden.
Der Kupplungsdruck, der dann auch Versorgungsdruck für das Wählen ist, sollte nahezu konstant sein, wenn die Kupplung aus Dynamikgründen leicht angelegt bleibt.
Ist dies nicht notwendig, kann man den Kupplungsdruck als Versorgungsdruck für das Wählen leicht modulieren, um den Wählvorgang zu optimieren. Voraussetzung dafür ist aber, dass dieser Druck höher ist, als der für das Öffnen der Kupplung notwendige Druck ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Kupplung mit Hydraulikdruck geöffnet wird.
Im stromlosen Zustand (z. B. Elektronikausfall) bleibt der momentane Schaltzustand erhalten, das heißt, der Gang bleibt eingelegt oder in Neutralstellung.
Für Kupplung gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Die Kupplung schließt, wenn das Kupplungsdruckminderventil stromlos gegen den Tank geschaltet ist. Dies ist energetisch besser, da kein Stromverbrauch bei geschlossener Kupplung anfällt.
2. Die Kupplung öffnet, wenn das Kupplungsdruckminderventil stromlos die Kupplung auf den Systemdruck schaltet. Dieser senkt sich gegebenenfalls aufgrund von möglichen Leckagen langsam ab und schließt die Kupplung langsam. Dieses Verhalten ist im Hinblick auf die Sicherheit vorzuziehen, obwohl es energetisch ungünstiger ist. Weiterhin kann dadurch die Parksperrenfunktion erfüllt werden.

Die 27 zeigt einen Hydraulikplan zur Ansteuerung eines Getriebes, wie beispielsweise eines mit Zugkraftunterbrechung schaltenden Getriebes und eines Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung.
Der Hydraulikschaltplan der 27 teilt sich im wesentlichen in zwei Teilbereiche. Der eine Teilbereich mit 1300 bezeichnet entspricht einer Hydraulikversorgungseinheit und der Teilbereich 1301 entspricht einer Aktoreinheit, wie Betätigungseinheit. Die Versorgungseinheit 1300 weist einen Elektromotor 1302 zum Antrieb einer Hydraulikpumpe 1303 auf. Weiterhin ist ein Rückschlagventil 1304 sowie ein Druckspeicher 1305 zur Speicherung eines druckbeaufschlagten Druckmittels innerhalb dieser Einheit vorgesehen. Weiterhin ist ein Sensor 1306 vorgesehen, welcher detektiert, ob der in dem Druckspeicher vorliegende Hydraulikdruck oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes ist. Ist der Druck in dem Druckspeicher 1305 unterhalb eines ersten vorgebbaren Wertes, so wird der Motor der Pumpe eingeschaltet, bis die Pumpe innerhalb des Speichers eine Druckerhöhung erreicht hat, so dass der Druck innerhalb des Speichers oberhalb eines zweiten vorgebbaren Wertes ist.
Ausgehend von der Hydraulikleitung 1307 werden die Stellglieder zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung, oder von Betätigungseinheiten zum Schalten und/oder Wählen des Getriebes mittels Ventilen angesteuert. In dem Ausführungsbeispiel der 27 weist jedes Stellglied einen eigenen unabhängigen Versorgungspfad, wie Hydraulikpfad, auf. Ausgehend von der Leitung 1307 versorgt die Hydraulikleitung 1308 die Betätigung der Kupplung, die Hydraulikleitung 1309 die Versorgung des Wählvorganges und die Hydraulikleitung 1310 den Schaltvorgang.
Das Proportionalventil 1311 kann als Proportionalwegeventil ausgebildet sein, um den Druck P_k in der Hydraulikleitung 1312 zu steuern oder zu regeln, welcher innerhalb des Druckraumes 1313 des hydraulischen Kupplungsausrückers 1314 die Betätigung der Kupplung steuert.
Das Ventil 1311 kann als Proportionalwegeventil oder Proportionaldruckminderventil ausgebildet sein. Gleichfalls kann das Proportionalventil 1311 mit einem internen Druckregelkreis (Druckminderventil) ausgebildet sein. Solche Proportionalventile sind Proportionalventile mit speziellen Ausführungen, insbesondere mit einem zusätzlichen internen Regelkreis. Die Druckregelung kann bei einem solchen druckrückgeführten Druckminderventil der in dem Druckbereich 312 vorherrschende Lastdruck sein. Dadurch wird in vorteilhafter Weise der zu steuernde oder zu regelnde Druck als Steuergröße verwendet.
Der Vorsteuerdruck P_V in Leitung 1309 wird verwendet, um den Druck P_w zur Ansteuerung des Wählvorganges gezielt auszuwählen. Die Verbindung 1309 direkt von dem Druckspeicher 1305 oder von der Pumpe zu den Schaltventilen 1320 und 1321 stellt eine vorteilhafte Variante zu dem Hydraulikschaltplan der 13 dar, da ein unabhängiger Wählvorgang und ein unabhängiger Kupplungsvorgang angesteuert werden kann, ohne dass eine Beeinflussung des einen Vorganges in Abhängigkeit des anderen Vorganges vorhanden ist. Der Schaltvorgang sowie die Ansteuerung der Ventile 1320 und 1321 entspricht dem in den 17 bis 20 dargestellten Sachverhalt, welcher hier nicht noch einmal wiederholt wird. Es sei jedoch auf die Figurenbeschreibung dieser Figuren verwiesen.
Der Vorsteuerdruck P_V im Bereich 1310 wird mittels des Ventiles 1330 in den Steuerdruck P_S zur Ansteuerung des Schaltvorganges gewandelt oder gesteuert, wobei mittels des Schaltventiles 1331 und des Proportionalventiles 1330, wie Proportionalwegeventil oder druckrückgeführtes Proportionaldruckminderventil eine Ansteuerung des Druckes PS erfolgt. Entsprechend sei auf die Figurenbeschreibungen der vorhergehenden Figuren verwiesen.
Die 28 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Hydraulikschaltplanes mit einer Hydraulikeinheit mit einem Elektromotor 1302 zum Antrieb einer Pumpe 1303, mit einem Rückschlagventil 1304, einem Druckspeicher 1305 sowie ein mit einem Sensor 1306, welche den Druck den Hydraulikfluids innerhalb des Druckspeichers detektiert. Ausgehend von dem Knoten 1390 werden Hydraulikleitungen 1308, 1309 und 1310 verwendet, um die Druckmittelansteuerung des Kupplungsvorganges mittels des Stellgliedes 1314, des Wählvorganges mittels des Stellgliedes 1322 sowie des Schaltprogrammes mittels des Stellgliedes 1332 anzusteuern. Der Fluiddruck innerhalb des Stellzylinderdruckraumes 1313 wird mittels des Proportionalventiles, wie druckrückgeführten Druckminderventiles 1311 angesteuert. Der Fluiddruck innerhalb der Druckräume des Stellgliedes 1332 wird mittels des Proportionalventiles 1330 und des Schaltventiles 1331 angesteuert.
Zur Ansteuerung des Druckes P_W zum Wählen wird mittels des druckrückgeführten Proportionalventiles 1350 ein Steuerdruck zur Verfügung gestellt, welcher mittels der Ventile 1320 und 1321 gesteuert wird zur Beaufschlagung der Druckräume des Stellgliedes 1322.
In dem Fluidpfad 1309 kann dem Druckspeicher 1305 ein Drosselventil 1360 oder eine Vordrossel nachgeordnet sein, wobei dieses Drosselventil 1360 den Schaltventilen 1320 und 1321 zur Ansteuerung des Wählvorganges vorgeschaltet ist. Das Drosselventil 1360 bewirkt eine Druckreduzierung des die Schaltventile 1320, 1321 ansteuernden Druckes gegenüber dem Druck im Speicher 1305. Bei geeignet geringem Vorsteuerdruck P_v im Speicher 1305 kann das Drosselventil auch ausgelassen sein. Ein Drosselventil entsprechend 1360 kann gegebenenfalls auch in den Fluidpfaden 1308 und/oder 1310 angeordnet sein.
Die 29 zeigt eine Betätigungseinheit, wie Aktoreinheit, 1400 mit einem ersten Stellglied 1401 zur Betätigung des Schaltvorganges sowie mit einem zweiten Stellglied 1402 zur Ansteuerung des Wählvorganges. Den Schaltweg sowie den Wählweg als auch die aktuelle Getriebeposition wird mittels des Sensors 1403 detektiert, welcher auf der Aktoreinheit 1400 befestigt werden kann. Die Aufgaben der Stellglieder 1401 und 1402 können auch in Abhängigkeit des verwendeten oder angesteuerten Getriebes vertauscht sein.
Das Stellglied 1402 weist einen Kolben 1410 in einer Aufnahme 1411 auf, wobei der Kolben zwei Druckräume 1412 und 1413 voneinander trennt. Die Kolbenflächen, welche druckmittelbeaufschlagt werden und zu einer axialen Verlagerung des Kolbens führen, sind als Differentialflächen ausgebildet, wobei der Kolben somit ein Differentialkolben ist, so dass bei gleicher Druckbeaufschlagung eine unterschiedliche Kraft in axialer Richtung resultiert.
Das Stellglied 1402 ist derart aufgebaut, dass ein erster Druckraum 1420 mit einer Kolbenfläche 1421 vorhanden ist und in einem zweiten Raumbereich 1430 innerhalb des Gehäuses ein zweiter Kolben vorhanden ist mit einer zweiten Kolbenfläche, die über eine Kolbenstange 1422 miteinander verbunden sind. Durch die Druckbeaufschlagung der Druckräume 1420 erfolgt eine Verlagerung der Kolbenstange 1422 und somit eine Verschwenkung der Gabel 1440, so dass die zentrale Schaltwelle 1441 verschwenkt wird. Dadurch wird auch der Geber 1450 für den Sensor 1403 verlagert, so dass der Sensor eine veränderte Position detektiert.
Die Aktoreinheit 1400 ist über Hydraulikversorgungsleitungen mit der Hydraulikeinheit verbunden, so dass in einem zweiten Block beispielsweise die Ventile angeordnet sind, welche die Ansteuerung der Betätigungseinheit, wie Aktoreinheit, vornehmen. Weiterhin kann in diesem Block eine Hydraulikpumpe integriert, wobei diese auch getrennt angeordnet sein kann.
Zur Ansteuerung der Kupplungsbetätigung ist weiterhin ein Stellglied vorhanden, welches in vorteilhafter Weise direkt an der Kupplung angreift. Dadurch ist dieses Stellglied nicht in die Aktoreinheit 1400 integriert.

Claims

Sensorikeinheit (150) zur Gangpositionserkennung in einem Getriebe (4) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs (1) zur Durchführung eines automatisierten Gangwechsels mit einer Aktoreinheit (13), mit einem bewegbaren Mittel (152) und einem raumfest angeordneten Mittel (151), wobei das bewegbare Mittel (152) einen Geber umfasst und das raumfest angeordnete Mittel (151) die relative Position des bewegbaren Mittel (152) in Bezug auf das raumfest Mittel (151) detektiert, und wobei die Sensorikeinheit (150) an/in der Aktoreinheit (13) angeordnet ist und eine Bewegung eines Elementes des Getriebes (4) direkt oder indirekt bei einem Wähl- und/oder Schaltvorgang detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweidimensionale Auflösung der Sensorikeinheit (121) durch eine flächige oder räumliche Anordnung von im wesentlichen eindimensional wirkenden Sensoren (500a, b, c, d) durchgeführt wird.
Sensorikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Mittel (152) eindimensional oder zweidimensional oder dreidimensional bewegbar ist.
Sensorikeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Mittel (152) in einer Ebene oder auf einer gekrümmten Fläche, wie beispielsweise Zylindermantelfläche, bewegbar ist.
Sensorikeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Mittel (152) auf einer geraden oder gekrümmten Bahn bewegbar ist.
Sensorikeinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorikeinheit (150) die Position des bewegbaren Mittels berührungslos oder mittels Berührung detektiert.
Sensorikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfest angeordnete Mittel (151) eine räumliche Anordnung von Sensoren (500a, b, c, d) aufweist, welche in Abhängigkeit der Position des bewegbaren Mittels (152) Signale erzeugen.
Sensorikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfest angeordnete Mittel (151) zumindest einen Sensor (500) umfaßt, der in Abhängigkeit der Position des bewegbaren Mittels (152) ein Signal erzeugt.
Sensorikeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfest angeordnete Mittel (151) eine räumliche Anordnung von Hall-Sensoren (500a, b, c, d) oder anderen berührungslosen Sensoren umfaßt.
Sensorikeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfest angeordnete Mittel (151) eine geometrische, wie rechteckige oder quadratische oder dreieckige oder lineare, Anordnung von zumindest zwei Hall-Sensoren (500) oder anderen berührungslosen Sensoren umfaßt.
Sensorikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Mittel (152) zumindest einen Magneten oder einen anderen berührungslosen Geber umfaßt.
Sensorikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslosen Sensoren oder Hall-Sensoren (500) auf einer Ebene oder auf einer gekrümmten Fläche oder auf einer geraden oder auf einer gekrümmten Bahn angeordnet sind.
Sensorikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das raumfest angeordnete Mittel (151) eine Bahn oder eine Fläche eines Potentiometers ist, wobei das bewegbare Mittel (152) ein Schleifkontakt eines Potentiometers ist.
Sensorikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Mittel (152) eine Bahn oder eine Fläche eines Potentiometers ist und das raumfeste Mittel (151) ein Schleifkontakt eines Potentiometers ist.
Sensorikeinheit, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) mittels der von den Sensoren (500a, b, c, d) erzeugten Signalen ermittelt, in welcher Position das bewegbare Mittel (152) im Vergleich zu dem raumfesten Mittel (151) positioniert ist, insbesondere zur Detektion eines aktuellen Schalt- und/oder Wählzustandes und/oder zur im wesentlichen ständigen Detektion von zum Schalten und/oder Wählen vorhandenen Mitteln.
Sensorikeinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) die Signale der einzelnen Sensoren (500) in eine Matrixdarstellung transformiert, wobei die analogen Signale der Sensoren (500) in digitale Werte umgesetzt werden und jede einnehmbare Position und der Weg des bewegbaren Mittels (152) quasi kontinuierlich durch Matrixwerte dargestellt wird.
Sensorikeinheit nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) zu jeder Position des bewegbaren Mittels (152) einen Matrixwert bildet, der aus Einzelmeßwerten von Sensorsignalen der einzelnen Sensoren (500) gebildet wird.