DE19748115A1 - Vorrichtung zum elektromechanischen Schalten eines Gangwechselgetriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektromechanischen Schalten eines Gangwechselgetriebes.

Bei herkömmlichen Gangwechselgetrieben in Kraftfahrzeugen wird das Getriebe über ein Schaltgestänge betätigt, das mit einem sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindlichen Schalthebel verbunden ist.

Es ist vielfach, z. B. in der DE-PS 195 27 893, bereits vorgeschlagen worden, das Schaltgestänge durch ein elektrisches System zu ersetzen. Hierzu wird eine elektrisch ansteuerbare Vorrichtung zum elektromechanischen Schalten eines Gangwechselgetriebes als Anbauteil vor das Getriebe gesetzt. Die Vorrichtung hat einen Elektromotor, der eine Spindel mit einer darauf befindlichen, in einer Hülse axial geführten Mutter mit einem Schaltfinger dreht. Damit ist eine axiale Bewegung des Schaltfingers möglich. Weiterhin sind Hubmagnete zur Lösung der Arretierung der Hülse vorgesehen, so daß der Schaltfinger mit der Spindel rotiert und eine Rotationsbewegung bewirkt wird.

Das Problem der Anordnung besteht in der Messung der genauen Position des Schaltfingers.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Vorrichtung zum elektromechanischen Schalten eines Gangwechselgetriebes anzugeben, mit der die aktuelle Position eines Schaltgliedes bestimmbar und das Schaltglied genau steuerbar ist.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Auf dem Umfang des Schaltgliedes sind mindestens zwei Magnete vorgesehen, die radial voneinander beabstandet sind und den Umfang des Schaltgliedes segmentförmig bedecken. Der von den Magneten vorgegebene Verlauf der magnetischen Feldstärke wird mit Hallsensoren gemessen, die an das Schaltglied angrenzen. Die Hallsensoren sind jeweils axial in Richtung parallel zur Wellenachse voneinander beabstandet. Die Meßanordnung arbeitet berührungslos und ist unempfindlich gegenüber Verschmutzungen. Die Berechnung der Position des Schaltgliedes kann aus dem relativen Verhältnis der in den Hallsensoren gemessenen Feldstärken erfolgen. Bei einer Verschiebung des Schaltgliedes ändert sich die in mindestens einem Hallsensor gemessene Feldstärke, so daß sich geänderte Verhältnisse zwischen den einzelnen absoluten Feldstärkewerten der Hallsensoren ergeben. Für jede Position ist damit ein bestimmtes Muster der gemessenen Feldstärken definierbar, so daß die Positionsbestimmung nunmehr unabhängig von absoluten Meßwerten erfolgen kann.

Die Magnete können zum Beispiel auf das Schaltglied bzw. auf ein Ringelement aufmagnetisiert sein, der auf das Schaltglied gepreßt wird. Sie können aber auch in das Schaltglied bzw. in ein auf das Schaltglied aufgepreßtes Ringelement eingeschweißt bzw. geklebt sein.

Die Hallsensoren sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, wobei die Steuereinrichtung die Bewegung des Schaltgliedes in Abhängigkeit von einer Schalt- und Wählbewegung zum Schalten des Getriebes, von der von den Hallsensoren bestimmten aktuellen Position des Schaltgliedes und von definierten Schaltwegen steuert. Die Schalt- und Wählbewegung kann mit einem Schalthebel im Innenraum des Fahrzeugs bewirkt werden, wobei der Schalthebel Positionssensoren zur Umwandlung der Schalt- und Wählbewegung in ein elektrisches Signal hat. Damit wird kein Schaltgestänge mehr benötigt und es wird ein präziser Schaltvorgang in definierten Schaltgassen ermöglicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schnittansicht der Vorrichtung zum elektromechanischen Schalten eines Gangwechselgetriebes;

Fig. 2 Schaltgassen des Getriebes mit translatorischen und rotatorischen Bewegungsrichtungen,

Fig. 3 Muster der relativen Verhältnisse der gemessenen Feldstärken in Abhängigkeit von der Position des Schaltglieds.

Eine Ausführungsform der Vorrichtung ist als Schnittansicht in der Fig. 1 dargestellt. Das Schaltglied ist eine Welle 1, die in einem Aufnahmegehäuse 2 gelagert ist. Die Welle 1 ist translatorisch 3 zur Übertragung von Schaltbewegungen in axialer Richtung parallel zu der Wellenachse bewegbar. Sie ist aber auch rotatorisch 4 um die Wellenachse bewegbar. Die Welle 1 steht an ihrem aus dem Aufnahmegehäuse 2 herausragenden Ende mit einer nicht dargestellten Schaltwelle eines Getriebes in Verbindung, wobei das Aufnahmegehäuse 2 mit dem Getriebegehäuse verbunden ist.

Die Welle 1 kann vorzugsweise als Spindel ausgeführt sein und über eine Spindelmutter und ein Schneckengetriebe mit einem steuerbaren elektrischen Antriebsmotor angetrieben sein. Das Umschalten zwischen der axialen und der rotatorischen Bewegung kann mit einem Hubmagneten erfolgen, wie es z. B. in der DE-PS 195 27 893 beschrieben ist.

Auf der Innenseite des Aufnahmegehäuses 2 befinden sich in axialer Richtung der Welle 1 voneinander beabstandete Hallsensoren 5a, 5b und 5c.

Der Halleffekt kann grundsätzlich auf zwei Arten ausgenutzt werden. Zum einen ist es möglich, Magnete 6 hinter die Hallsensoren 5 anzubringen, d. h. auf dem äußeren Umfang des Aufnahmegehäuses 2. Dadurch werden die Hallsensoren 5 vorgespannt und der Verlauf der magnetischen Feldlinien wird durch vorbeilaufende Metallgegenstände, z. B. Zähne eines Zahnrads, beeinflußt. Zum anderen können Magnete 6 auf der Welle 1 angebracht sein. Hierzu muß die Ausrichtung der Magnete 6 und der Hallsensoren 5a, 5b und 5c zueinander genau festgelegt sein. Dieses Prinzip wird im folgenden verwendet.

Den Hallsensoren 5a, 5b und 5c gegenüberliegend befinden sich jeweils radial voneinander beabstandete Magnete 6, die auf ein Ringelement 7 aufmagnetisiert oder eingeschweißt bzw. eingeklebt sind. Das Ringelement 7 ist auf das in dem Aufnahmegehäuse 2 befindlichen Abschnitt der Welle 1 gepreßt.

Der Abstand zwischen den Magneten 6 und den Hallsensoren 5 sollte 1,5 mm nicht überschreiten. Es ist daher vorteilhaft, die Hallsensoren 5a, 5b und 5c in eine Öffnung des Aufnahmegehäuses 2 einzulassen. Hierzu können die Hallsensoren 5a, 5b und 5c in ein Sensorgehäuse gegossen und das Sensorgehäuse mit einem O-Ring in der Öffnung der Aufnahmekammer 2 dichtend befestigt werden. Das Aufnahmegehäuse 2 kann aber auch partiell so ausgefräst sein, daß eine dünne Wand stehen bleibt. Das Sensorgehäuse wird von außen montiert. Eine Dichtung ist dann aufgrund der verbleibenden Wand nicht mehr erforderlich. Die Wandstärke muß so dünn sein, daß der Feldstärkeverlauf nicht beeinträchtigt wird.

Die zu erfassenden Bewegungsabläufe der Welle 1 sind abhängig von der Anordnung der Schalt- und Wählwege des Getriebes, die durch die Schaltgassen definiert sind. In der Fig. 2 sind beispielhaft die Schaltgassen zweier Getriebevarianten dargestellt. Die auf der linken Seite der Fig. 2 dargestellte Schaltgasse hat drei translatorische Positionen (R/1/3/5 ⇒ N ⇒ 2/4) und vier rotatorische Positionen (R/N ⇒ 1/2 ⇒ 3/4 ⇒ 5/N), die zu erfassen sind. Bei der auf der rechten Seite dargestellten Variante ist die Geometrie um 90° gedreht, so daß vier translatorische Positionen (R ⇒ 1/2 ⇒ 3/4 ⇒ 5) und drei rotatorische Positionen (R/l/3/5 ⇒ N ⇒ 2/4) zu erfassen sind.

In der Fig. 3 ist zu sehen, daß sich die Magnete 6 jeweils segmentförmig über einen bestimmten Radius auf der Oberfläche des Ringelements 7 erstrecken. Der radiale Abstand n° und die Breite b der Magnete 6 ist von der Anzahl der zu erkennenden Positionen der rotatorischen Bewegung der Welle 1 abhängig. In dem Beispiel werden drei Magnete 6 verwendet, deren Polarisationsrichtung wechselweise ausgerichtet ist. Dabei kann die Polarisation am äußeren Umfang des Ringelements 7 entweder S-N-S (Variante a)) oder N-S-N (Variante b)) sein.

In der Fig. 4 sind zwei verschiedene Arten von Magneten 6 dargestellt, die einsetzbar sind. Die Variante a) zeigt einen vertikal durchmagnetisierten Magneten 6, der an beiden Enden 8a, 8b einen senkrecht zur Ringoberfläche 9 stehenden Feldlinienverlauf 10 aufweist. Wenn zwei Magnete 6 radial auf dem Ringelement 7 angeordnet werden, kann der Feldlinienverlauf 10 dieser Variante a) optimal ausgenutzt werden. Weniger geeignet ist die Variante b) mit einem horizontal durchmagnetisierten Magneten 6.

Die bei einer Rotationsbewegung der Welle 1 detektierte Hallspannung U ist in der Fig. 5 in Abhängigkeit von der Position des Ringelements 7 bzw. der Schaltposition dargestellt. Die Anordnung der Kurvenmaxima ist vorteilhafterweise in den mittleren Schaltpositionen 1/2 und 3/4. Die äußeren beiden Schaltpositionen R/N und 5/N werden durch die wieder abfallenden Kurvenabschnitte erfaßt. Dies hat zwar den Nachteil, daß der Bezug der Hallspannung U zur Schaltposition nicht eindeutig ist, so daß die letzte Schaltposition abgespeichert werden muß. Im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die Kurvenmaxima in den Schaltpositionen R/N und 5/N liegen, werden jedoch bessere Meßergebnisse gewährleistet.

Die translatorische 3 Bewegung wird durch eine entsprechende Anzahl von Hallsensoren 5a, 5b, 5c ermittelt, die auf den jeweiligen Schaltpositionen R/1/3/5 ⇒ N ⇒ 2/4 bzw. R = < 1/2 ⇒ 3/4 ⇒ 5 angeordnet sind.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum elektromechanischen Schalten eines Gangwechselgetriebes mittels eines Schaltgliedes, gekennzeichnet durch

• 1. mindestens zwei Magnete (6), die auf dem Umfang des Schaltgliedes angeordnet sind, wobei die Magnete (6) jeweils voneinander beabstandet sind und den Umfang des Schaltgliedes segmentförmig bedecken, und
• 2. Hallsensoren (5), die an das Schaltglied angrenzen, wobei die Hallsensoren (5) jeweils voneinander beabstandet und zur Erfassung der magnetischen Feldstärken der Magnete (6) ausgerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringelement (7) auf seinem äußeren Umfang magnetisiert ist und das Ringelement (7) auf das Schaltglied aufgepreßt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringelement (7) Aussparungen auf seinem Umfang aufweist, die Magnete (6) in den Aussparungen angebracht sind und das Ringelement (7) auf das Schaltglied aufgepreßt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Hallsensoren (5) mit einer Steuereinrichtung verbunden sind und
• 2. daß die Steuereinrichtung die Bewegung des Schaltgliedes in Abhängigkeit von einer Schalt- und Wählbewegung zum Schalten des Getriebes, von der von den Hallsensoren (5) bestimmten aktuellen Position des Schaltgliedes und von definierten Schaltwegen steuert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (6) vertikal durchmagnetisiert sind.