DE202006013435U1

DE202006013435U1 - Schalteinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe

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Publication number: DE202006013435U1
Application number: DE200620013435
Authority: DE
Original assignee: Dura Automotive Systems Einbeck GmbH
Current assignee: Dura Automotive Systems Einbeck GmbH
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2016-09-01

Abstract

Schalteinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe mit einem Handschalthebel (2), der in einem Gehäuse (1) zur Darstellung definierter Schaltstellungen bewegbar angeordnet ist, mit Übertragungselementen, die zur Übertragung von Schaltkräften und Schaltwegen des Handschalthebels (2) auf eingangsseitige Stellorgane des Fahrzeuggetriebes eingerichtet sind, gekennzeichnet durch einen zur Unterstützung eingeleiteter Schaltbewegungen bestimmten motorischen, mit dem Handschalthebel (2) in Antriebsverbindung stehenden Antrieb (10, 25) und eine Steuerungseinrichtung, welche in Verbindung mit dem Antrieb (10, 25) und nach Maßgabe einer Schaltcharakteristik des Fahrzeuggetriebes zur Darstellung einer vorherbestimmten Schaltcharakteristik des Handschalthebels (2) eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Fahrzeuggetriebe ist durch einen Handschalthebel gekennzeichnet, der in bestimmten Schaltpositionen verrastbar ist, denen jeweils bestimmte Übersetzungsverhältnisse bzw. Betriebszustände des zu schaltenden Getriebes zugeordnet sind, die beispielsweise bei einem Automatikgetriebe den bekannten Wählpositionen P, R, N und D entsprechen.
Der Handschalthebel ist in eine, u. a. ein Gehäuse umfassende Baugruppe integriert, die ausgangsseitig mit einer Übertragungseinrichtung in Verbindung steht, welche das Bindeglied zu den eingangsseitigen Stellorganen des Fahrzeuggetriebes bildet und dementsprechend zur Darstellung und Übertragung von Schaltbewegungen eingerichtet ist.
Es ist bekannt, diese Übertragungseinrichtung als Kabelzugsystem, als Gestängesystem oder auch als hydraulisches oder pneumatisches System auszubilden. Auch ist es bekannt, getriebeeingangsseitig Schaltbewegungen elektrisch zu generieren, so dass zwischen dem Fahrzeuggetriebe und der genannten Baugruppe lediglich eine elektrische Verbindung besteht, über welche Schaltsignale zu übertragen sind. Letztgenannte Systeme sollen jedoch im Folgenden außer Betracht bleiben. Gemeinsam ist sämtlichen dieser Systeme jedoch, dass über den Handschalthebel eingeleitete Schaltvorgänge getriebeeingangsseitig in definierte Schaltbewegungen umzusetzen sind.
Bei der Gestaltung der Schalteinrichtung sind das äußere Erscheinungsbild des Handschalthebels, dessen haptische Eigenschaften, insbesondere jedoch ein bequemes, leichtgängiges Schalten mit definierten Schaltstellungen von großer Bedeutung. Hierbei müssen die durch den Fahrzeughersteller spezifisch vorgegebenen Schaltkräfte, Schaltwege und die mit diesen verbundenen Rast positionen des Handschalthebels beachtet werden. Hinzukommt, dass zur Realisierung eines definierten Schaltkraftniveaus die jeweils fahrzeugspezifische Wirklänge des Handschalthebels berücksichtigt werden muss, die mit Systemgrößen nachgeordneter Bauteile zusammenwirkt, mit denen der Handschalthebel ein mechanisch gekoppeltes System bildet, dessen Kraft- und Wegübertragungseigenschaften geometrisch weitgehend vorgegeben sind und nur begrenzte Gestaltungsmöglichkeiten eröffnen. Der Versuch einer optimalen Erfüllung aller Randbedingungen führt bisweilen zu Systemgrößen, die in dem zur Unterbringung der Komponenten der Schalteinrichtung zur Verfügung stehenden Einbauraum kaum realisierbar sind und Kompromisslösungen erforderlich machen. Diese Randbedingungen sind jeweils fahrzeugherstellerseitig zu sehen, ein Umstand, der bei der Konzeption der Schalteinrichtung zu einer entsprechenden Vielfalt an konstruktiven Lösungen führt.
Insbesondere die hohen Schaltkräfte eines Automatikgetriebes erfordern besondere Maßnahmen, die auf ein komfortables Schalten bei gleichzeitiger Wahrung eines gefälligen Erscheinungsbildes des Handschalthebels gerichtet sind.
Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinrichtung der eingangs bezeichneten Art mit der Maßgabe auszugestalten, dass eine vielseitige, fahrzeugherstellerunabhängige Verwendbarkeit nach Maßgabe eines vorgebbaren Schaltkraftverlaufs gegeben ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Schalteinrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1.
Erfindungswesentlich ist hiernach eine durch eine Servo-Unterstützung gekennzeichnete Schalt- bzw. Wählbetätigung, wobei über eine Steuerungseinrichtung ein Antrieb aktiviert wird, der die Bewegung des Handschalthebels in die gewünschte Schalt- bzw. Wählstellung unterstützt. Die Übertragung des Schaltvorganges von der Schalteinrichtung auf das Fahrzeuggetriebe kann in an sich bekannter Weise mechanisch über Kabelzugsysteme, Schaltgestänge oder auch über hydraulische bzw. pneumatische Systeme erfolgen. Das Ausmaß der Unterstützung kann einstellbar bzw. softwaremäßig über die Steuerungseinrichtung vorgebbar sein. Die Grundidee der Erfindung besteht somit darin, freie Gestaltungsmöglichkeiten für den Handschalthebel bzw. den diesen aufnehmende Baugruppe bei gleichzeitiger Wahrung von Leichtgängigkeit, definierten Schaltpositionen usw. zu eröffnen, und zwar unabhängig von der Art des zu schaltenden Fahrzeuggetriebes, insbesondere dessen Schaltcharakteristik, welche getriebeeingangsseitig die Bereitstellung definierter Schaltkräfte und Schaltwege fordert. Die Servounterstützung in Verbindung mit einer Steuerungseinrichtung ist mit dem Ziel bemessen, dem Fahrzeugnutzer über den Handschalthebel eine definierte Schalcharakteristik zur Verfügung zu stellen, welche ein bequemes leichtgängiges Schalten unabhängig von der Art des jeweiligen Fahrzeuggetriebes erlaubt. Dadurch, dass der Schalthebel hinsichtlich seiner Wirklänge somit unabhängig von einer darzustellenden Schaltkraft bemessen und angeordnet werden kann, ergeben sich günstige Möglichkeiten zu einer optisch gefälligen, insbesondere kurzen Gestaltung des Handschalthebels. Dieses Konzept ist bei jeder Art von Fahrzeuggetrieben einsetzbar, die über ein Gestänge- oder ein Kabelzugsystem oder auch ein hydraulisches bzw. pneumatisches System mit der, den Handschalthebel aufnehmenden Baugruppe in Verbindung stehen, bei Automatikgetrieben sowie bei automatisierten Getrieben.
Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind auf alternative Möglichkeiten der Darstellung von Schaltbewegungen des Handschalthebels gerichtet. Diese Bewegungen können als Schwenkbewegungen um eine Achse, jedoch auch als lineare Bewegungen entlang einer Achse angelegt sein, wobei der Handschalthebel sich stets unter dem gleichen Winkel in den Fahrgastraum hinein erstreckt. Entsprechend der Art des zu schaltenden Fahrzeuggetriebes kann auf diesem Wege ein Muster von zueinander senkrechten Schalt- und Wählbewegungen als ein Muster einander kreuzender Schwenk- oder auch Linearbewegungen angelegt sein.
Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 ist die Schalteinrichtung mit mechanischen Mitteln zur Darstellung von Raststellungen des Handschalthebels ausgerüstet, denen jeweils Schaltstellungen des zu schaltenden Fahrzeuggetriebes entsprechen. Der Schaltkraftverlauf zwischen den Schalt stellungen kann ebenfalls mechanisch vorgegeben sein. Die erfindungsgemäße Servofunktion wird nunmehr dazu benutzt, die Schaltcharakteristik der Schalteinrichtung an diejenige des zu schaltenden Fahrzeuggetriebes anzupassen, d. h. es besteht die Möglichkeit, die Schalteinrichtung bei unveränderter Schaltcharakteristik des Handschalthebels bei unterschiedlichen Fahrzeugetrieben einzusetzen. Für den Fahrzeugnutzer ist somit der Übergang auf ein anderes Getriebe mit keiner Änderung der Schaltcharakteristik verbunden.
Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 6 kann neben einer Unterstützung der Schaltbewegungen auch eine Darstellung der Schaltstellungen des Handschalthebels durch eine entsprechende Programmierung der Steuerungseinrichtung in Verbindung mit dem Antrieb eingerichtet werden, so dass auch diesen Vorgaben seitens des Fahrzeugherstellers in einfachster Weise Rechnung getragen werden kann. Bei dieser Variante erübrigen sich somit mechanische Rastpositionen, um bestimmte Schaltstellungen einzurichten. Ein Übergang auf andere Schaltwege und Schaltpositionen ist somit ohne einen Austausch mechanischer Teile rein softwaremäßig darstellbar. Somit eröffnet sich die Möglichkeit, diese Schalteinrichtungen im Vergleich mit bekannten Ausführungsformen in einfacher Weise unter unterschiedlichen Bedingungen einzusetzen. Die Steuerungseinrichtung in Verbindung mit dem Antrieb ermöglicht einen nahezu beliebig vorgebbaren handschalthebelseitigen Schaltkraftverlauf betrachtet als Verlauf der Schaltkraft als Funktion eines Schaltweges oder eines Schaltwinkels, und zwar auch unter Berücksichtigung einer durch die Eigenschaften des jeweiligen Fahrzeuggetriebes vorgegebenen, den Schaltvorgängen zugeordneten Kraftcharakteristik.
Als Antrieb kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 eine Motor-Getriebe-Einheit eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine optimale Anpassung an fahrzeugspezifische und/oder fahrzeugherstellerspezifische Vorgaben. Das Getriebe kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein und dient lediglich der Verknüpfung der Abtriebsbewegung des Motors und der Schwenkbewegung des Handschalthebels um dessen Achse. Alternativ zu einem Getriebe kann auch ein hydraulisches System eingesetzt werden, durch welches die Abtriebsbewegung eines Motors über hydraulische Komponenten in eine Schwenkbewegung des Handschalthebels umgesetzt wird.
Die Merkmale des Anspruchs 8 sind auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer mit einer Servo-Unterstützung angelegten Schaltbetätigung gerichtet. Das genannte erste Sensorsystem kann hierbei zur Erkennung einer Schaltabsicht grundsätzlich mit beliebigen elektrischen oder auch elektronischen, berührend oder berührungslos wirksamen Schaltern oder vergleichbaren, zur Detektion einer Schwenkbewegung geeigneten, fest angeordneten Einrichtungen ausgerüstet sein. Es können zwei Schalter vorgesehen sein, um auch die Richtung einer Schaltabsicht zu erkennen. Diese Schalter weisen eine feste Position auf, so das ein Signal ausgelöst wird, sobald der Handschalthebel um einen, dieser Position entsprechenden Winkel geschwenkt wird. Anstelle von zwei Schaltern kann ein komplexer, gleichzeitig die Richtung einer Schwenkbewegung erkennender Schalter oder eine vergleichbare Einrichtung vorgesehen sein.
Die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 sind auf zwei weitere Ausführungsbeispiele einer mit Servo-Unterstützung angelegten Schaltbetätigung gerichtet. Insbesondere aufgrund der Einstellbarkeit von Kraft- und Wegwerten, von denen eine Auslösung von Schalt- bzw. Servofunktionen abhängt, ist bei diesen Beispielen eine größere Variabilität hinsichtlich der Definition der einen Schaltvorgang auslösenden Bedingungen sowie der Parameter des Schaltvorganges gegeben. Hierbei kommen vorzugsweise Kraftsensoren zum Einsatz, wobei dementsprechend ein Kraftmesswert gebildet wird. Grundsätzlich können auf beliebigen Wirkungsprinzipien beruhende Kraftsensoren eingesetzt werden – es werden allgemein solche bevorzugt, die zur ausgangsseitigen Generierung eines elektrischen Messsignals geeignet sind. Es können jedoch auch Wegsensoren eingesetzt werden. Beide Arten von Sensoren können dahingehend eingerichtet sein, dass bei Erreichen oder Überschreiten eines Betrages eines vorgebbaren Kraft- oder Wegmesswertes ein Signal ausgelöst und der Steuerungseinrichtung übertragen wird. Anstelle von jeweils zwei Sensoren besteht auch die Möglichkeit der Verwendung von jeweils komplexen Sensoren, welche neben dem Betrag einer Kraft oder eines Weges auch deren Richtung erkennen. Bei der Umsetzung des in die Steuerungseinrichtung gelangenden Signals kann bei diesen beiden Beispielen auch der Umstand berücksichtigt werden, um welchen Betrag der Betrag eines vorgebbaren, insbesondere einstellbaren Kraft- oder Wegwert gegebenenfalls überschritten wird. Beispielsweise kann dies im Sinne einer ebenfalls vorgebbaren beschleunigten Abwicklung des Schaltvorganges umgesetzt werden. Sämtliche dieser Maßnahmen dienen der Gewinnung von Informationen hinsichtlich der Art des beabsichtigten Schaltvorganges damit der optimalen Steuerung der Servofunktion des Antriebes.
Die Merkmale der Ansprüche 11 bis 13 sind auf alternative Möglichkeiten der elastischen Fixierung des Handschalthebels in einer Ausgangslage einer jeden Schaltstellung gerichtet.
Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 14 und 15 ist ein Regelkreis eingerichtet, in den neben der Steuerungseinrichtung und dem Antrieb der Schalteinrichtung auch die, z. B. Bewegungen des Handschalhebels und/oder auf diesen nutzerseitig ausgeübte Kräfte erfassenden Sensoren eingebunden sind. In der Steuerungseinrichtung können darüber hinaus weitere, für eine, der Auslösung von Schaltvorgängen logisch vorgelagerte Plausibilitätsprüfung erforderliche, den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs beschreibende Parameter verarbeitet werden. Wesentlich ist, dass aufbauend auf den Signalverläufen der Sensoren – es kann sich um Kraft- oder Wegmesswerte, jedoch auch um den Verlauf dieser im Zeitablauf beschreibende Werte handeln – Bedingungen definierbar sind, die Informationen betreffend eine Schaltabsicht bekunden, wobei der Antrieb der Schalteinrichtung nach Maßgabe dieser Signale differenziert steuerbar ist, und zwar mit dem Ziel, den Schaltvorgang zu unterstützen. Durch eine entsprechende Steuerung des Antriebs kann dem Nutzer der Eindruck einer Schaltkraftcharakteristik vermittelt werden, welche beispielsweise einem Geschwindigkeitsprofil nachgebildet ist, mit welchem der Schaltvorgang abgewickelt wird. Wesentlich ist ferner, dass sämtliche Parameter des Schaltvorgangs, nämlich Schaltwege, Schaltstellungen, Schaltkraft als Funktion des Schaltweges und selbst die Schaltgeschwindigkeit softwaremäßig, d. h. ohne die Notwendigkeit eines Austausches mechanischer Teile darstellbar sind. Insbesondere können mechanisch definierbare Rastpositionen des Handschalthebels entfallen und alleine mittels einer entsprechenden Steuerung des Antriebs dargestellt werden. Auch eröffnet der genannte Regelkreis Möglichkeiten, das Bewirken eines Schaltvorganges nicht nur von starr vorgegebenen Schaltwegen bzw. Schaltkräften abhängig zu machen, sondern weitere Parameter wie z. B. die manuelle Geschwindigkeit einer Schaltbewegung zu berücksichtigen.
Die Merkmale der Ansprüche 16 und 17 sind auf beispielhafte, mittels der Schalteinrichtung feststellbare Bedingungen gerichtet, aus denen die Art eines beabsichtigten Schaltvorganges für die Steuerungseinrichtung erkennbar ist. Zusätzlich zu der Bedingung, dass eine definierte Kraft auf den Handschalthebel einwirkt oder dass der Handschalthebel nach Maßgabe eines definierten Schaltweges von seiner Ausgangslage ausgelenkt ist, kann hinzutreten, dass der Betrag der anstehenden Schaltkraft oder des anstehenden Schaltweges während einer Mindestzeitspanne erreicht oder überschritten werden. Dies dient der Vermeidung unbeabsichtigter Fehlschaltungen bzw. der Ignorierung solcher Bewegungen des Handschalthebels, die nicht als Schaltabsicht interpretierbar sind.
Ein zweites Sensorsystem ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 18 vorgesehen, um die momentane Schaltposition des Handschalthebels zu erfassen. Diese Information wird durch ein elektrisches Signal dargestellt und steht in der Steuerungseinrichtung zur Verfügung. Dieses kann zur Realisierung von Sicherheitsfunktionen benutzt werden, die auf ein Unterdrücken unzulässiger Schaltfunktionen gerichtet sind.
Eine vergleichbare Schaltbetätigung mit Servo-Unterstützung kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 19 nicht nur für die Wählbewegung in der einen Gasse, z. B. der Wählgasse eines Automatikgetriebes sondern für eine Querbewegung in Richtung auf eine parallele weitere Wählgasse hin eingerichtet sein, die beispielsweise für manuelle Schaltvorgänge bestimmt ist.
Die Steuerungseinrichtung dient im Übrigen entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 20 in an sich bekannter Weise der Einrichtung weiterer Sicherheitsfunktionen wie z. B. der Verriegelung sonstiger unzulässiger Schaltvorgänge.
Auf diese Weise werden den Schaltvorgang zahlreiche weitere, den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten einbezogen. Hierauf soll jedoch im Folgenden nicht näher eingegangen werden.
Wesentlich ist, das die Steuerungseinrichtung in Verbindung mit dem dieser zugeordneten wenigstens einen Antrieb eine Funktionseinheit bildet, die Eingriffsmöglichkeiten vorzugsweise softwaremäßiger Art eröffnet, und zwar zumindest zwecks Darstellung von ausgangsseitig zu generierenden Schaltkräften und Schaltwegen. Unabhängig davon, ob die Schaltstellungen des Handschalthebels durch mechanische Verrastung oder elektrisch mittels des Antriebes in Verbindung mit der Steuerungseinrichtung gebildet werden, kann eine im vorstehenden Sinne ausgerüstete Schalteinrichtung universell bei Fahrzeugen eingesetzt werden, wobei Anpassungen softwaremäßig darstellbar sind. Hinsichtlich der äußeren Gestaltung und Anordnung des Handschalthebels ergeben sich beträchtliche Gestaltungsmöglichkeiten mit Hinblick auf ein herstellerspezifisches gefälliges Erscheinungsbild, und zwar faktisch unabhängig von den Eigenschaften des zu schaltenden Getriebes.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung;
2 eine detaillierte perspektivische Teildarstellung der Schalteinrichtung gemäß 1;
3 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung;
4 eine detaillierte perspektivische Teildarstellung der Schalteinrichtung gemäß 3;
5 eine Darstellung eines die manuell aufzuwendende Schaltkraft über dem Schaltweg des Handschalthebels zeigendes Diagramm.
Im Folgenden wird zunächst auf die Darstellungen der 1 und 2 Bezug genommen, in denen mit 1 ist ein Gehäuse bezeichnet ist, in dem ein Handschalthebel 2 um eine Achse 3 schwenkbar gelagert ist. Das Gehäuse 1 steht mit einem angedeuteten Fahrgestellrahmen 4 eines Fahrzeugs in fester Verbindung, wobei der Handschalthebel 2 in üblicher Weise in einen Fahrgastraum hineinragt.
Bei dem Handschalthebel 2 kann es sich beispielhaft um den Wählhebel eines Automatikgetriebes handeln, der zur Darstellung der bekannten Wählpositionen P, R, N und D bestimmt ist. Andere Anwendungsfälle, beispielsweise bei automatisierten Getrieben, Doppelkupplungsgetrieben usw. sind jedoch gleichermaßen möglich.
Das, dem Gehäuse 1 zugekehrte Ende des Handschalthebels 2 ist in einem Führungsgehäuse 5 aufgenommen, welches ebenfalls um die Achse 3 schwenkbar ist, wobei eine Schwenkbarkeit des Handschalthebels 2 innerhalb des Führungsgehäuses 5 relativ zu diesem ausgehend von einer mittigen Ausgangslage entgegen der Rückstellwirkung einer U-förmigen Blattfeder 6 gegeben ist, welche innerhalb des Führungsgehäuses 5 fest angeordnet ist und deren Schenkel – in Schwenkrichtung um die Achse 3 gesehen – beiderseits an dem Handschalthebel 2 anliegen. Die Zeichnungen zeigen lediglich den einen Schenkel 6''.
Mit 7, 8 sind elektromechanische oder elektronische Mikroschalter – es kann sich auch allgemein um Sensoren handeln – bezeichnet, die sich – in Schwenkrichtung des Handschalthebels 2 um die Achse 3 gesehen – mit einem definierten Winkelabstand symmetrisch beiderseits der genannten Ausgangslage des Handschalthebels 2 in fester Anordnung an dem Führungsgehäuse 5 befinden. Die genannte Ausgangslage des Handschalthebels 2 kann eine durch die genannte Blattfeder 6 elastisch gesicherte mittige Winkelposition zwischen den beiden Mikroschaltern 7, 8 sein. Der Zweck dieser Mikroschalter 7, 8 besteht darin, einen definierten Schwenkwinkel des Handschalthebels 2 entgegen der elastischen Rückstellkraft der Blattfeder 6 in der einen oder der anderen Schwenkrichtung um die Achse 3 zu erkennen und in Abhängigkeit hiervon eine elektrische Schaltfunktion auszulösen. Durch die Bemessung und Anordnung der Blattfeder 6 erfolgen diese Schwenkbewegungen in beiden Richtungen nach Maßgabe eines linearen Kraftanstiegs, dessen Verlauf konstruktiv beispielsweise an demjenigen einer herkömmlichen Tiptronic-Gasse orientiert sein kann.
Eine solche Lagerung des Handschalthebels 2, die in einer Mitten- bzw. Ausgangslage durch Federkraft gesichert ist, kann gleichermaßen auch unter Verwendung anderer Federelemente eingerichtet sein.
Mit 9 ist die Lage eines zeichnerisch nicht dargestellten Sensors bezeichnet, der zur Feststellung der Schalt- bzw. Wählstellung des Handschalthebels 2 eingerichtet ist, wobei diese Information als elektrisches Signal zur Verfügung gestellt wird.
Mit 10 ist ein Antrieb in der Form einer Motor-Getriebe-Einheit bezeichnet, der dazu bestimmt ist, auf den Handschalthebel eine Kraft in Richtung der Pfeile 12 zu übertragen. Der Antrieb 10 ist durch eine Welle 11 gekennzeichnet, die eine Schnecke 12 trägt, welche mit einem, mit dem Führungsgehäuse 5 in fester Verbindung stehenden Schneckenradsegment 13 im Eingriff steht. Mittels des Antriebes 10 ist auf diese Weise eine Schwenkbewegung des Handschalthebels 2 um die Achse 3 darstellbar, und zwar in Abhängigkeit von der Steuerung des Antriebs 10 nach Maßgabe vorgebbarer Schaltwinkel. Diese vorstehend dargestellte Art der Generierung einer Schwenkbewegung mittels des Antriebes 10 in Abhängigkeit von konstruktiv vorgegebenen Schwenkwinkeln des Handschalthebels ist lediglich beispielhaft zu verstehen.
Schließlich ist mit 14 beispielhaft ein dem Erkennen einer Wählgasse dienendes, ein entsprechendes Signal generierendes, austauschbar angeordnetes Bauteil bezeichnet. Im einfachsten Fall ist zwar lediglich eine Wählgasse vorhanden – zu dieser parallel verlaufen kann jedoch eine, für manuelle Schaltvorgänge eingerichtete weitere Gasse, z. B. TIPP +/–.
Der Handschalthebel 2 ist in üblicher Weise an seinem freien Ende mit einem Schaltknauf 15 ausgerüstet, an dem ein Taster, Schaltknopf 16 oder dergleichen angeordnet sein kann. Diesem Schaltknopf 16 können unterschiedliche Funktionen zugeordnet sein und es kann dieser beispielsweise dazu bestimmt sein, ein unbeabsichtigtes Auslösen von Schaltfunktionen zu verhindern. Dieser Schaltknopf 16 kann jedoch auch zum Aktivieren beliebiger sonstiger Funktionen wie z. B. einer Geschwindigkeitsregelung dienen.
Zeichnerisch nicht dargestellt ist eine Steuerungseinrichtung, die zumindest mit dem Antrieb 10, den Mikroschaltern 7, 8 sowie dem Sensor 9 in Verbindung steht, und zur softwaremäßigen Handhabung von Schaltwegen, Schaltkräften usw. eingerichtet ist. Über diese Steuerungseinrichtung können auch zahlreiche Sicherungsfunktionen wie z. B. eine der Auslösung eines Schaltvorganges logisch vorgelagerte Plausibilitätskontrolle und die an sich bekannten Funktionen Key-Lock und Shift-Lock usw. eingerichtet werden.
Charakteristisch für diese Schalteinrichtung ist, dass ein Schaltvorgang über den Handschalthebel 2 dadurch auslösbar ist, dass dieser ausgehend von seiner aktuellen Wählposition lediglich ein definiertes Wegelement in Richtung auf die gewünschte neue Wählposition hin bewegt wird, und zwar bezüglich der Achse 3 im Uhrzeigersinn oder entgegengerichtet hierzu. Entspricht das genannte Wegelement dem durch die Position der Mikroschalter 7, 8 konstruktiv vorgegebenen Schaltwinkel, werden unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung neben einer Schaltabsicht auch die Richtung des gewünschten Schaltvorganges erkannt, wobei der Fahrer eine, durch die Charakteristik der Blattfeder 6 bestimmte Schaltkraft aufwenden muss, welche, wie eingangs bereits erwähnt, einer Tiptronic-Schaltcharakteristik nachgebildet sein kann.
Mit dem Schneckenradsegment 13 starr verbunden ist ein Hebelarm 17, an dessen freiem Ende sich ein Anbindungspunkt 18 für einen Kabelzug 19 befindet.
Der Kabelzug 19 stellt das Bindeglied dar, über welches Schaltkräfte auf die entsprechenden eingangsseitigen Stellorgane des nicht dargestellten Fahrzeuggetriebes übertragen werden. Er ist über ein Widerlager 20 an dem Gehäuse 1 abgestützt.
5 verdeutlicht diesen Vorgang. Den Schaltwegen zwischen den einzelnen Wählstellungen P, R, N und D sind jeweils softwaremäßig definierbare Geschwindigkeitsprofile zugeordnet, denen die zwischen den Wählstellungen gezeigten Kraftverläufe im Abhängigkeit vom Schaltweg entsprechen. Dabei kann der lineare Anstieg zu Beginn eines jeden Schaltvorganges durch die Blattfeder 6 bzw. ein sonstiges Federsystem dargestellt werden. Zur Ausführung eines Schaltvorganges muss der Handschalthebel 2 somit lediglich um eine kurze Wegstrecke 28 verschwenkt werden, um einen Schaltvorgang von beispielsweise von P nach R auszulösen. Ist der Handschalthebel 2 um die Wegstrecke 28 geschwenkt worden, wird durch die Steuerungseinrichtung die Unterstützung des Schaltvorgangs bzw. die Servofunktion ausgelöst, d. h. es wird der angewählte Schaltweg des Handschalthebels 2 mittels des Antriebes 10 unterstützt, soweit keine Kollision mit unzulässigen Betriebszuständen gegeben ist, die einer logischen Verriegelung unterliegen. Nutzerseitig ergibt sich somit ein über die Steuerungseinrichtung programmierter Schaltkraftverlauf.
Die auf diesem Wege zu unterstützenden Schaltwege werden durch eine dementsprechende Ansteuerung des Antriebes 10 dargestellt, wobei aufgrund einer freien Programmierbarkeit der Steuerungseinrichtung bzw. des Antriebes 10 nahezu beliebige Wählwinkel und damit Wählpositionen des Handschalthebels darstellbar sind, ohne dass es hierzu einer mechanischen Verrastung bedarf. Die softwaremäßige Darstellung der Schaltwege und damit der Wählpositionen des Handschalthebels 2 ergibt auf der Seite des Fahrzeugherstellers die Möglichkeit einer sehr einfachen Anpassung an unterschiedliche Rahmenbedingungen, und zwar unabhängig von den eingangs genannten räumlichgeometrischen Beschränkungen.
Der Schaltvorgang, nämlich das Überführen des Handschalthebels 2 in die nächstfolgende Wählstellung wird somit aufgrund eines Signales des einen der beiden Mikroschalter 7, 8 erkannt, woraufhin der Antrieb 10 mit der Maßgabe angesteuert wird, dass ausgangsseitig eine solche Drehung des Schneckenradsegmentes 11'' unterstützt wird, welche dem Nutzer eine Überführung des Handschalthebels 2 in die gewünschte Schaltstellung nach Maßgabe einer vorgebbaren Schaltkraftcharakteristik ermöglicht. Die Schalteinrichtung benötigt keine mechanische Raststellungen und es werden die einzelnen Wählstellungen ausschließlich softwaremäßig dargestellt. Entsprechend der freien Programmierbarkeit der Steuerungseinrichtung kann der Schaltvorgang leichtgängig angelegt sein, wobei die Gestaltung des Handschalthebels völlig unabhängig von der Schaltkraft-Charakteristik des Fahrzeuggetriebes vorgenommen werden kann.
In den 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Schalteinrichtung gezeigt, wobei gleiche Funktionselemente in gleicher Weise bezeichnet sind.
In einem Gehäuse 1' ist um eine Achse 3 schwenkbar ein Handschalthebel 2 gelagert, der mit einer Gewindespindel 21 in Antriebsverbindung steht, an deren beiden freien Enden Konsolen 22, 23 befestigt sind. Die Gewindespindel 21 steht über ein Getriebe 24 in Antriebsverbindung mit einem Antrieb 25, einem Elektromotor, der in dem Gehäuse 1 aufgenommen ist.
Die Anbindung des Handschalthebels 2 an die Gewindespindel 21 erfolgt über eine Gewindemutter 26, die innerhalb des Gehäuses 1 bezüglich der Achse der Gewindespindel 21 unverdrehbar, jedoch in deren Richtung beweglich angeordnet ist. Man erkennt, dass mittels einer Drehung der Gewindespindel 21 eine Verschiebung der Spindelmutter 26 in Richtung der Pfeile 12 und aufgrund der Verbindung der Spindelmutter 26 mit dem dieser zugekehrten Ende des Handschalthebels 2 dessen Schwenkbewegung um die Achse 3 darstellbar ist. Diese Schwenkbewegung ist wiederum nach Maßgabe der Steuerung des Antriebes 25 mit Hinblick auf eine Unterstützung der Schaltbewegungen des Handschalthebels nach Maßgabe programmierbarer Schaltwege und Schaltstellungen unter Vermeidung von mechanisch definierten Raststellungen angelegt.
Das freie Ende des Handschalthebels 2 ist im Bereich der Gewindemutter 26 als Anbindungspunkt 18'' für einen Kabelzug 27 ausgebildet, der das Bindeglied zu den eingangsseitigen Stellorganen eines zeichnerisch nicht dargestellten Fahrzeuggetriebes bildet und dementsprechend zur Übertragung von Schaltkräften bestimmt ist. Er ist mittels eines Widerlagers 20' an dem Gehäuse 1 festgelegt.
Beide Konsolen 22, 23 stehen mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Kraftsensor in Verbindung, und zwar mit der Maßgabe, dass die, über den Handschalthebel 2 nutzerseitig in diesen eingeleitete Kraft messbar und durch ein elektrisches Signal darstellbar ist, mit der der Handschalthebel 2 in der einen oder der anderen Schwenkrichtung um die Achse 3 geschwenkt wird. Die Kraftsensoren stehen ebenso wie der Antrieb 25 mit einer zeichnerisch nicht dargestellten Steuerungseinrichtung in Verbindung.
Die Steuerungseinrichtung kann dahingehend eingerichtet sein, dass bei Anstehen eines definierten Wertes einer mittels der genannten Kraftsensoren festgestellten Kraft, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Mindestzeitintervall, eine Schaltabsicht erkannt wird, und zwar nach Maßgabe der Kraftrichtung in der einen oder anderen Richtung, wobei in diesem Fall mittels des Antriebes 25 eine entsprechende Unterstützung der erkannten Bewegung des Handschalthebel 2 in die angewählte Wähl- oder Schaltstellung ausgelöst wird.
Das Kraftniveau, von welchem eine Schaltabsicht abgeleitet wird, ist über die Steuerungseinrichtung softwaremäßig vorgebbar und kann auch dazu benutzt werden, dem Nutzer des Fahrzeugs aktuell unzulässige Wählbewegungen zu signalisieren. Die darzustellenden Wählwinkel und Wählpositionen sind in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend den 1 und 2 softwaremäßig über eine entsprechende Steuerung des Antriebes 25 darstellbar.
Anstelle der Kraftsensoren können auch Wegsensoren eingesetzt werden, bei denen ein Schaltvorgang bei Erreichen oder Überschreiten eines definierten Betrages eines Weges oder eines Winkels, um den der Handschalthebel ausgelenkt wird, ausgelöst wird.
Die Kraft- oder Wegsensoren können mit dem Antrieb und der Steuerungseinrichtung einen Regelkreis dahingehend bilden, dass ein festlegbarer Funktionszusammenhang zwischen Parametern einer nutzerseitig in den Handschalthebel 2 eingeleiteten Schaltbewegung und den Parametern einer in Abhängigkeit hiervon über den Antrieb generierten, eine Servo-Unterstützung der Handschalthebelbetätigung bezweckenden Bewegung. Beispielsweise kann nach Maßgabe der Geschwindigkeit, mit der der Handschalthebel 2 zu Beginn eines Wählvorganges bewegt wird, der Antrieb 25 mit der Maßgabe gesteuert werden, dass der Wählvorgang mit einer dementsprechenden Geschwindigkeit ausgeführt wird.
Das Zweck dieses Regelkreises besteht in jedem Fall darin, die Servofunktion mit der Maßgabe einzurichten, dass sich eine gewünschte Betätigungscharakteristik, z. B. ein bestimmtes Kraft-Weg-Profil des sich ergebenden Wähl- bzw. Schaltvorganges ergibt.
Der motorische Antrieb kann außer zur Ausführung eines Schaltvorganges unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung auch zur Generierung einer schaltwegabhängigen Gegenkraft, zur Signalisierung unzulässiger Wählvorgänge usw. benutzt werden. Sämtliche Parameter der Servofunktion sind softwaremäßig über die Steuerungseinrichtung darstellbar.
Vorstehend ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung bei einem Automatikgetriebe dargestellt worden, dessen Handschalthebel 2 manuell mit Servo-Unterstützung nach Maßgabe unterschiedlicher Wählstellungen schaltbar ist. Anwendungsmöglichkeiten für derartige Schalteinrichtungen bestehen jedoch auch bei automatisierten Schaltgetrieben, bei Doppelkupplungsgetrieben usw.
Gemäß einer weiteren Abwandlung kann neben einer die Wählstellungen eines Automatikgetriebes darstellenden Wählgasse auch eine weitere, über eine Querbewegung erreichbare, für einen manuellen Schaltmodus (z. B. TIPP +/–) bestimmte Schaltgasse vorgesehen sein. In gleicher Weise wie bei den Wählbewegungen in einer Gasse kann auch für die Querbewegung zwischen den Gassen eine Servo-Unterstützung der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen sein.
Einer ausschließlich manuell angelegten Querbewegung mit mechanischer Verrastung in den Gassen wird jedoch der Vorzug gegeben.
Sicherheitssysteme, welche der Darstellung unzulässiger und dementsprechend zu verriegelnder Schaltvorgänge dienen, können in herkömmlicher Weise elektronisch über die Steuerungseinrichtung eingerichtet sein. Dies betrifft beispielsweise auch ein automatisches Überführen des Handschalthebels 2 in die Wählstellung P, sobald eine Unterbrechung der Zündung festgestellt wird.
Der Handschalthebel 2 wurde vorstehend im Zusammenwirken mit einem Kabelzug 19, 27 als Übertragungselement beschrieben. Gleichermaßen kommen auch sonstige mechanische Übertragungselemente wie z. B. Schaltgestänge oder vergleichbare nicht elektrische Systeme in Betracht.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, bei welchem ein schwenkbarer Handschalthebel 2 benutzt wird, kann dahingehend abgewandelt sein, dass ein linear bewegbarer, somit verschiebbarer Handschalthebel eingesetzt wird. Sämtliche vorstehenden Anmerkungen gelten sinngemäß auch in diesem Fall.
In jedem Fall steht mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung eine äußerst flexibel nutzbare, an unterschiedliche Schaltkraft- und Schaltwegverläufe einschließlich Schaltstellungen softwaremäßig anpassbare Baugruppe zur Verfügung, die somit mit geringem Aufwand unter unterschiedlichen fahrzeugspezifischen Randbedingungen einsetzbar ist.

Claims

Schalteinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe mit einem Handschalthebel (2), der in einem Gehäuse (1) zur Darstellung definierter Schaltstellungen bewegbar angeordnet ist, mit Übertragungselementen, die zur Übertragung von Schaltkräften und Schaltwegen des Handschalthebels (2) auf eingangsseitige Stellorgane des Fahrzeuggetriebes eingerichtet sind, gekennzeichnet durch einen zur Unterstützung eingeleiteter Schaltbewegungen bestimmten motorischen, mit dem Handschalthebel (2) in Antriebsverbindung stehenden Antrieb (10, 25) und eine Steuerungseinrichtung, welche in Verbindung mit dem Antrieb (10, 25) und nach Maßgabe einer Schaltcharakteristik des Fahrzeuggetriebes zur Darstellung einer vorherbestimmten Schaltcharakteristik des Handschalthebels (2) eingerichtet ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Handschalthebel (2) zur Darstellung von Schaltbewegungen in dem Gehäuse (1) um wenigstens eine Achse (3) schwenkbar ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Handschalthebel (2) zur Darstellung von Schaltbewegungen in dem Gehäuse (1) in wenigstens einer Richtung verschiebbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Handschalthebel in dem Gehäuse (1) nach Maßgabe definierter Schaltpositionen bewegbar ist, in denen er verrastbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Schaltbewegungen des Handschalthebels ein vorzugsweise einstellbarer Schaltkraftverlauf zugeordnet ist, der unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung sowie des wenigstens einen Antriebs (10, 25) unabhängig von der Schaltcharakteristik des Fahrzeuggetriebes ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung in Verbindung mit dem Antrieb (10, 25) zur Darstellung definierter Schaltstellungen des Handschalthebels (2) eingerichtet ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (10, 25) aus einem Motor und einer, das Bindeglied zu dem Handschalthebel (2) bildenden, die Abtriebsbewegung des Motors in eine, die Schwenkbewegung des Handschalthebels (2) um die Achse (3) in einem vorzugsweise vorgebbaren Maße unterstützend umsetzenden Getriebe besteht.
Schalteinrichtung nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Sensorsystem zur Detektion einer Schwenkbewegung des Handschalthebels (2) um die Achse (3) nach Maßgabe definierter Winkel beiderseits einer Ausgangslage des Handschalthebels (2) eingerichtet ist, wobei bei einer Auslenkung des Handschalthebels (2) um wenigstens einen, dem Betrag der genannten Winkel entsprechenden Schwenkwinkel ein elektrisches, der genannten Steuerungseinrichtung zu übermittelndes Signal generierbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Sensorsystem zur Detektion einer auf den Handschalthebel (2) einwirkenden, als Einleitung einer Schaltbewegung interpretierbaren Kraft gegenüber einer Ausgangslage eingerichtet ist, wobei bei Überschreiten eines einstellbaren mittels des Sensorsystems gemessenen Betrages einer solchen Kraft ein elektrisches, der genannten Steuerungseinrichtung zu über-mittelndes Signal generierbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Sensorsystem zur Detektion einer, als Einleitung einer Schaltbewegung des Handschalthebels (2) interpretierbaren Auslenkung gegenüber einer Ausgangslage eingerichtet ist, wobei bei Überschreiten eines einstellba-ren mittels des Sensorsystems gemessenen Betrages einer solchen Auslenkung ein elektrisches, der genannten Steuerungseinrichtung zu übermittelndes Signal generierbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Ausgangslage des Handschalthebels (2) elastisch gesichert ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 11 gekennzeichnet durch ein mechanisches System zur elastischen Stabilisierung des Handschalthebels (2) in der genannten Ausgangslage.
Schalteinrichtung nach Anspruch 11 gekennzeichnet durch ein elektromagnetisches System zur elastischen Stabilisierung des Handschalthebels (2) in der genannten Ausgangslage.
Schalteinrichtung nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 8 bis 13 gekennzeichnet durch einen, zumindest das erste Sensorsystem, die Steuerungseinrichtung sowie den Antrieb (10, 20) einbeziehenden Regelkreis, durch welchen ein Schaltvorgang nach Maßgabe einer vorgebbaren Schaltkraftverlaufs bewirkbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung und des Antriebs (10, 25) ein Wechsel der Schaltstellung des Handschalthebels (2) unterstützbar ist, sobald auf den Handschalthebel (2) eine definierte Schaltkraft einwirkt.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung und des Antriebs (10) ein Wechsel der Schaltstellung des Handschalthebels (2) unterstützbar ist, sobald der Handschalthebel (2) ausgehend von einer Ausgangslage nach Maßgabe eines definierten Schaltweges ausgelenkt wird.
Schalteinrichtung nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel der Schaltstellung unterstützbar ist, sobald der Betrag der genannten Schaltkraft oder der Betrag des genannten Schaltweges zumindest während eines vorgebbaren Zeitintervalles aufrechterhalten oder überschritten wird.
Schalteinrichtung nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes, die Position des Handschalthebels (2) erfassendes zweites Sensorsystem, welches mit der genannten Steuerungseinrichtung in Verbindung steht.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein wenigstens einer weiteren Wählgasse und einer dementsprechenden Schwenkbarkeit des Handschalthebels (2) um eine weitere, sich quer zu der Achse (3) erstreckende Achse ein drittes Sensorsystem vorgesehen ist, welches mit einem zur Unterstützung einer Schwenkbewegung eingerichteten motorischen Antrieb in Wirkverbindung steht, wobei der Antrieb unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung zur Darstellung einer Schaltbewegung um die genannte, sich quer zu der Achse (3) erstreckende Achse eingerichtet ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass unter Mitwirkung der Steuerungseinrichtung in an sich bekannter Weise vorgegebene, sich auf unzulässige Schaltvorgänge beziehende Verriegelungen einrichtbar sind.