DE3526324A1

DE3526324A1 - Schalthebeleinheit fuer ein kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE3526324A1
Application number: DE19853526324
Authority: DE
Inventors: Teruo Hirano; Yuji Higashi-Matsuyama Saitama Sato
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1986-02-06
Also published as: GB8518947D0; JPS6132846U; GB2163224A; DE3526324C2; GB2163224B

Description

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352632A

85.270,di Essen, den 22. Juli 1985

Patentanmeldung

der Firma

Diesel Kiki Co., Ltd.

6-7, Shibuya 3-chome

Shibuya-ku '*■

Tokyo / Japan

betreffend eine

"Schalthebeleinheit für ein Kraftfahrzeuggetriebe"

Patentanwälte · Dipl.-lng. Hans Dieter Gesthuysen · Dipl.-Phys. Hans Wilhelm von Rohr Essen 1, Huyssenallee 15, Telefon: 0201/233917, Telex: 08579990

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k.

Die Erfindung betrifft eine Schalthebeleinheit, insbesondere zur Umschaltung der Getriebezahnräder in einem Kraftfahrzeuggetriebe.

Automatische Betätigungseinheiten für Kraftfahrzeuggetriebe sind bekannt, wobei zwei hydraulische Zylinder vorgesehen sind, durch die ein interner Hebel jeweils in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschiebbar ist, nämlich einer Schaltrichtung und einer Auswahlrichtung. Von Elektromagneten betätigte Richtungssteuerventile sind hier zur Auswahl der Bewegungsrichtung der Kolben in den entsprechenden Zylindern vorgesehen und eine Steuereinheit zur Steuerung der Ventile ist vorgesehen, so daß insgesamt die Betätigungseinheit automatisch gesteuert werden kann.

Eine bekannte Betätigungseinheit (JA-P-57-59.078) weist einen Auswahlantrieb bzw. Auswahlzylinder auf, dessen Kolbenstange mit einem internen Hebel verbunden ist, um letzteren in einer Auswahlrichtung zu verschieben. Ein Schaltantrieb bzw. Schaltzylinder hat eine Kolbenstange, die mit dem oberen Ende des internen Hebels in Eingriff bringbar ist, so daß dieser interne Hebel in einer Schaltrichtung um die Kolbenstange des Auswahlzylinders schwenkbar ist. Das bekannte, derartig konstruierte System ist dahingehend nachteilig, daß jede Schaltstellung durch eine Endfläche der Kolbenstange des Auswahlzylinders bestimmt ist. Wird die Kolbenstange angehalten, so wird ein unschönes Schaltgeräusch erzeugt. Das Schaltgeräusch ist einerseits störend, führt andererseits zu einer beachtlichen Verringerung der Lebensdauer der Betätigungseinheit insgesamt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schalthebeleinheit für ein Kraftfahrzeuggetriebe anzugeben, mit der die zuvor erläuterten Schwierigkeiten der früheren Schalthebeleinheit überwunden oder im wesentlichen eliminiert werden können. Außerdem soll die Schalthebeleinheit für ein Kraftfahrzeuggetriebe einfach und zuverlässig konstruiert sein, es sollen im Betrieb keine unschönen Schaltgeräusche auftreten und eine Steuerung soll einfach möglich sein.

Die erfindungsgemäße Schalthebeleinheit, bei der die zuvor aufgezeigte aufgäbe gelöst ist, ist gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von vorzugsweise nebeneinander angeordneten, differentiell arbeitenden Schaltzylindern, jeder mit zwei Öffnungen zum Durchlaß von Hydraulikflüssigkeit, einem Kolben und einer Kolbenstange, jeweils ein Verbindungshebel an der Kolbenstange jedes Schaltzylinders, wobei der Verbindungshebel mit dem Getriebe gekoppelt ist, um einen bestimmten Gangwechsel auszuführen, eine Quelle für Hydraulikflüssigkeit, die mit einer der öffnungen jedes Schaltzylinders verbunden ist, einen Sammelbehälter bzw. Tank, der mit der anderen Öffnung jedes Schaltzylinders verbunden ist, jeweils ein erstes Richtungssteuerventil mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen, das zwischen der ersten und zweiten Öffnung des jeweiligen Schaltzylinders angeordnet ist, um die beiden öffnungen wahlweise miteinander zu verbinden, und ein zweites Richtungssteuerventil mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen, das zwischen der zweiten öffnung des entsprechenden Schaltzylinders und dem Tank angeordnet ist.

Weiter bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der zuvor erläuterten Lehre der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im übrigen wird die Lehre der Erfindung nachfolgend anhand einer lediglich ein besonders bevorzugtes und zweckmäßiges Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch, in perspektivischer Ansicht, eine erfindungsgemäße Schalthebeleinheit,

Fig. 2 schematisch ein hydraulisches Blockschaltbild der Schalthebeleinheit aus Fig. 1 und

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Funktionsweise eines von einem Elektromagneten gesteuerten Richtungssteuerventils bezogen auf die Kolbengeschwindigkeit des Kolbens in einem Schaltzylinder der Schalthebeleinheit aus Fig. 1.

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Fig. 1 zeigt, daß eine erfindungsgemäße Schalthebeleinheit eine Mehrzahl von Schaltzylindern 1a bis d (im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Schaltzylinder) aufweist, die nahe nebeneinander angeordnet sind. Die Schaltzylinder 1a bis d sind Differentialzylinder, die unterschiedliche Wirkungsflächen auf einander gegenüber liegenden Seiten eines Kolbens 5a bis d (Fig. 2) in jedem der Schaltzylinder 1a bis d ausnutzen. Jeder der Schaltzylinder 1a bis d hat an gegenüberliegenden Enden zwei Öffnungen 2a, 2b, durch die Hydraulikflüssigkeit in den Schaltzylinder 1a bis d hinein und aus diesem hinaus strömen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schalthebeleinheit Teil eines Kraftfahrzeuggetriebes (nicht dargestellt) mit sieben Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang. Dazu wird der erste Schaltzylinder 1a für den ersten und zweiten Vorwärtsgang, der zweite Schaltzylinder 1b für den dritten und vierten Vorwärtsgang, der dritte Schaltzylinder 1c für den fünften und sechsten Vorwärtsgang und der vierte Schaltzylinder 1d für den siebten Vorwärtsgang und den Rückwärtsgang verwendet.

Jeder der Schaltzylinder 1a bis d umfaßt eine einzelne Abtriebsstange bzw. Kolbenstange 3a bis d, die mit einem entsprechenden Verbindungshebel 4a bis d verbunden ist, der seinerseits mit dem Getriebe verbunden ist, um auf dieses den Verschiebeweg der Kolbenstange 3a bis d zu übertragen. Dieser Verschiebeweg wird von Stellungsgebern 6a bis d gemessen, die mit jedem der Kolben 5a bis d entfernt von den Kolbenstangen 3a bis d verbunden sind. Die Stellungsgeber 6a bis d weisen für sich bekannte Potentiometer auf, die an den entsprechenden Schaltzylindern 1a bis d entfernt von den Kolbenstangen 3a bis d angebracht und jeweils in einer zylindrischen Kappe 7a bis d untergebracht sind.

Ein hydraulischer Steuerschaltkreis zum Betrieb der differentiellen Schaltzylinder 1a bis d ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser hydraulische Schaltkreis weist eine Quelle 10 für Hydraulikflüssigkeit auf, von der aus Hydraulikflüssigkeit über ein Haupt-Richtungssteuerventil 11 mit zwei An-

Geäthuyserv & vofi Rohr

Schlüssen und zwei Stellungen den Schaltzylindern 1a bis d zugeleitet wird. Genauer gesagt werden die öffnungen 2a der Schaltzylinder 1a bis d ständig in hydraulischer Verbindung mit der Quelle 10 über das Richtungssteuerventil 11 gehalten, und zwar jeweils über Leitungen 12a bis d. Demgegenüber sind die offnungn 2b der Schaltzylinder 1a bis d mit einem Sammelbehälter bzw. Tank 14 verbunden, und zwar über Leitungen 13a bis d.

Die öffnungen 2a, 2b jedes Schaltzylinders 1a bis d sind über eine Leitung 16a bis d miteinander verbunden, wobei in diese Leitung jeweils ein erstes Richtungssteuerventil 15a bis d mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen eingeschaltet ist. Zweite Richtungssteuerventile 17a bis d mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen sind jeweils in den Leitungen 13a bis d angeordnet. Das Haupt-Richtungssteuerventil 11 sowie die ersten und zweiten Richtungssteuerventile 15a bis d und 17a bis d sind von Elektromagneten (Solenoide) gesteuert und wirken in einer ersten Stellung als Rückschlagventil zur Unterbrechung der hydraulischen Strömung, während sie in einer zweiten Stellung als Durchlaß wirken, so daß eine hydraulische Strömung freigegeben ist. Die Richtungssteuerventile 11, 15a bis d, 17a bis d können durch Richtungssteuerventile ersetzt werden, die zwei Anschlüsse und zwei Stellungen aufweisen, wobei in einer Stellung die Anschlüsse geöffnet und in der anderen Stellung die Anschlüsse geschlossen sind.

Die ersten und zweiten Richtungssteuerventile 15a bis d, 17a bis d werden mit einem bestimmten Tastverhältnis gesteuert, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Der Erregerstrom des Elektromagneten jedes Richtungssteuerventils 15a bis d, 17a bis d wird gesteuert, und zwar so, daß bei Annäherung der Kolbenstange 3a bis d des entsprechenden Schaltzylinders 1a bis d an eine seiner gegenüberliegenden Endstellungen bzw. Anhaltestellungen die Geschwindigkeit der Kolbenstange 3a bis d langsam verringert wird.

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Jeweils ein Drosselventil 18a bis d ist in jeder der Leitungen 12a bis d stromaufwärts der öffnung 2a des entsprechenden Schaltzylinders 1a bis d angeordnet. In entsprechender Weise ist jeweils ein Drosselventil 19a bis d in der Leitung 16a bis d stromaufwärts der öffnung 2b jedes Schaltzylinders 1a bis d angeordnet. Somit sind diese Drosselventile 19a bis d zwischen den ersten Richtungssteuerventilen 15a bis d und den öffnungen 2b der Schaltzylinder 1a bis d angeordnet. Dritte Drosselventile 20a bis d sind in den entsprechenden Leitungen 13a bis d zwischen den Öffnungen 2b und den zweiten Richtungssteuerventilen 17a bis d angeordnet. Die ersten bis dritten Drosselventile 18a bis d, 19a bis d, 20a bis d drosseln die Strömung von Hydraulikflüssigkeit, können jedoch weggelassen werden, wenn der Leitungsdurchmesser einen bestimmten Wert unterschreitet.

Die Schaltgeschwindigkeit der Schalthebeleinheit wird gemeinsam durch die Drosselventile 18a bis d, 19a bis d, 20a bis d sowie durch Anregungsimpulse auf die Elektromagneten der ersten und zweiten Richtungssteuerventile 15a bis d, 17a bis d bestimmt.

Die Arbeitsweise der Schalthebeleinheit der zuvor erläuterten Art wird zunächst in Verbindung mit dem Schaltzylinder 1a erläutert. Sobald die Kolbenstange 3a und mit ihr der Verbindungshebel 4a aus aer Neutralstellung N in Fig. 1 nach vorn in die mit "1" bezeichnete Stellung verschoben werden soll, wird das Haupt-Richtungssteuerventil 11 betätigt, so daß es in seine offnungsstellung gelangt. Ebenso wird das erste Richtungssteuerventil 15a betätigt, um es in seine Offnungsstellung mit geöffneten Anschlüssen zu bringen. Dadurch kann Hydraulikflüssigkeit durch die Öffnungen 2a, 2b in die einander gegenüberliegenden Zylinderkammern A, B des Schaltzylinders 1a strömen. Da die Wirkungsfläche am Kolben 5a in der Zylinderkammer B größer ist als in der Zylinderkammer A wird der Kolben 5a hierdurch in Fig. 2 nach links verschoben. Dadurch wird die Kolbenstange 3a herausgeschoben und der Verbindungshebel 4a in Richtung auf die Stellung "1" bewegt. Die Ankunft des Verbindungshebels 4a in der Stellung "1" wird vom

Gesthüysen & von Rohr

Stellungsgeber 6a festgestellt, der seinerseits ein entsprechendes Meßsignal an eine nicht dargestellte Steuereinheit abgibt, so daß nun der Erregerstrom des Elektromagneten des ersten Richtungssteuerventils 15a abgeschaltet werden kann. Dadurch wird das Richtungssteuerventil 15a durch Federkraft in seine normale, geschlossene Stellung verschoben.

Sollen nun die Kolbenstange 3a und dementsprechend der Verbindungshebel 4a von der Neutralstellung N rückwärts in die mit "2" bezeichnete Stellung verschoben werden, so werden das Haupt-Richtungssteuerventil 11 und das zweite Richtungssteuerventil 17a betätigt, so daß diese öffnen. Diese Ventilbetätigung veranlaßt Hydraulikflüssigkeit von der Quelle 10 durch die öffnung 2a in die Zylinderkammer A zu strömen, wobei gleichzeitig Hydraulikflüssigkeit aus der Zylinderkammer B durch die Öffnung 2b ausströmt. Im Ergebnis wird der Kolben 5a in Fig. 2 nach rechts verschoben, die Kolbenstange 3a wird eingezogen und dadurch wird der Verbindungshebel 4a aus der Neutralstellung N in Richtung auf die Stellung "2" bewegt. Bei Ankunft des Verbindungshebels 4a in der Stellung "2" wird der Erregerstrom des Elektromagneten des zweiten Richtungssteuerventils 17a abgeschaltet, so daß dieses Richtungssteuerventil 17a automatisch unter der Federkraft einer Feder in seine normale, geschlossene Stellung zurückkehrt. In der oben erläuterten Weise wird also der Schaltzylinder 1a gesteuert.

Die Schaltzylinder 1a bis d werden durch Steuersignale eines nicht dargestellten Mikrocomputers gesteuert. Der Mikrocomputer errechnet die optimalen Schaltstellungen für die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung des Kraftfahrzeugs und/oder der Motordrehzahl und gibt Steuersignale ab, die diese optimalen Schaltstellungen (Schaltpunkte) darstellen. Diese Steuersignale werden dem Hauptrichtungssteuerventil 11 sowie dem ersten und zweiten Richtungssteuerventilen 15a bis d, 17a bis d zugeleitet.

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Soll beispielsweise das Kraftfahrzeug gestartet werden, so werden das Haupt-Richtungssteuerventil 11 und das erste Richtungssteuerventil 15a betätigt, um geöffnet zu werden, so daß der Kolben 5a und entsprechend die Kolbenstange 3a vorwärtsbewegt werden, um den Verbindungshebel 4a in die Stellung "1" zu bringen. Dadurch werden die Getriebezahnräder im Kraftfahrzeuggetriebe in die Stellung für den ersten Vorwärtsgang gebracht. Diese Stellung bleibt erhalten, bis das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit von einigen km/h erreicht hat, woraufhin das erste Richtungssteuerventil 15a geschlossen und gleichzeitig das zweite Richtungssteuerventil 17a geöffnet wird. Diese Stellungen der Ventile verursachen eine Bewegung des Kolbens 5a und ein Rückziehen der Kolbenstange 3a bis der Verbindungshebel 4a die Stellung "2" erreicht. Dadurch wird das Getriebe in den zweiten Vorwärtsgang geschaltet. Erreicht der Verbindungshebel 4a die Stellung "2" so wird das zweite Richtungssteuerventil 17a geschlossen.

Bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird das erste Richtungssteuerventil 15a wieder geöffnet, um die Kolbenstange 3a und den Verbindungshebel 4a wieder in die Neutralstellung N zurück zu führen. Daraufhin wird dann das erste Richtungssteuerventil 15a geschlossen und das erste Richtungssteuerventil 15b für den Schaltzylinder 1b geöffnet, so daß hier die Kolbenstange 3b nach vorn bewegt werden kann, bis der Verbindungshebel 4b die mit "3" bezeichnete Stellung erreicht. Auf diese Weise wird das Getriebe aus dem zweiten Vorwärtsgang in den dritten Vorwärtsgang geschaltet. Am Ende dieses Schaltvorgangs wird das erste Richtungssteuerventil 15b des zweiten Schaltzylinders 1b geschlossen. Wie man der voranstehenden Erläuterung entnehmen kann, wird das Getriebe schrittweise von dem ersten Vorwärtsgang bis zum siebten Vorwärtsgang durchgeschaltet. Der Gangwechsel wird in den optimalen Schaltstellungen bzw. an den optimalen Schaltpunkten vorgenommen, und zwar in Abhängigkeit von den entsprechenden Anforderungen zugeordneten Signalen des Mikrocomputers.

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Die in der zuvor erläuterten Weise konstruierte Schalthebeleinheit hat eine Vielzahl von Vorteilen. Mit der Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Schaltzylindern, die nacheinander arbeiten, um die Gangwechsel zu realisieren, wird es unnötig, einen Auswahlzylinder vorzusehen, um einen Verbindungshebel in einer Auswahlrichtung zu bewegen, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der entsprechenden Kolbenstangen der Schaltzylinder liegt. Das Ergebnis davon ist, daß die Schalthebeleinheit insgesamt einfach konstruiert ist. Außerdem fehlt das unerwünschte Schaltgeräusch - Schlaggeräusch -, das ansonsten durch den Auswahlzylinder erzeugt wird. Die Kolbenstangen der Schaltzylinder führen nur lineare hin und her gehende Bewegungen aus, so daß Stärke, Lebensdauer und Zuverlässigkeit größer sind als bisher. Die Schaltzylinder mit derart einfach bewegten Kolbenstangen können leicht gesteuert werden. Durch das Ansteuern der Elektromagneten der Richtungssteuerventile mit einem sich ändernden Tastverhältnis kann ein weiches Anfahren der Endstellungen bzw. Anhaltestellungen der Kolben erreicht werden. Auch dadurch werden unangenehme Schaltgeräusche verringert.

Offensichtlich sind viele Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der vorangegebenen Lehre möglich. Es ist daher klar, daß die Erfindung auf viele andere Arten als zuvor beispielhaft beschrieben worden ist, durchgeführt werden kann.

Das Diagramm in Fig. 3 läßt im oberen Teil erkennen, wie die Ansteuerung des Elektromagneten eines Magnetventils bzw. eines Richtungssteuerventils mit unterschiedlichem Tastverhältnis erfolgt, wobei sich das Tastverhältnis verringert, wenn der zugehörige Verbindungshebel sich der anzufahrenden Endstellung bzw. Anhaltestellung nähert. Im unteren Teil von Fig. 3 ist die sich aufgrund des sich ändernden Tastverhältnisses ändernde, d. h. zur Endstellung bzw. Anhaltestellung hin verringernde Geschwindigkeit des den Verbindungshebel beaufschlagenden Kolbens dargestellt.

Claims

Gesthuysen &-νοή Rohr - ' ' Patentansprüche:

1. Schalthebeleinheit für ein Kraftfahrzeuggetriebe od. dgl., g e k e η η zeichnetdurch

a) eine Mehrzahl von vorzugsweise nebeneinander angeordneten, differentiell arbeitenden Schaltzylindern (1a bis d), jeder mit zwei öffnungen (2a, 2b) zum Durchlaß von Hydraulikflüssigkeit, einem Kolben (5a bis d) und einer Kolbenstange (3a bis d),

b) jeweils einen Verbindungshebel (4a bis d) an der Kolbenstange (3a bis d) jedes Schaltzylinders (1a bis d), wobei der Verbindungshebel (4a bis d) mit dem Getriebe gekoppelt ist, um einen bestimmten Gangwechsel auszuführen,

c) eine Quelle (10) für Hydraulikflüssigkeit, die mit einer der öffnungen (2a) jedes Schaltzylinders (1a bis d) verbunden ist,

d) einen Sammelbehälter bzw. Tank (14), der mit der anderen öffnung (2b) jedes Schaltzylinders (1a bis d) verbunden ist,

e) jeweils ein erstes Richtungssteuerventil (15a bis d) mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen, das zwischen der ersten und zweiten öffnung (2a, 2b) des jeweiligen Schaltzylinders (1a bis d) angeordnet ist, um die beiden öffnungen (2a, 2b) wahlweise miteinander zu verbinden, und

f) ein zweites Richtungssteuerventil (17a bis d) mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen, das zwischen der zweiten Öffnung (2b) des entsprechenden Schaltzylinders (1a bis d) und dem Tank (14) angeordnet ist.

2. Schalthebeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Richtungssteuerventile (15a bis d, 17a bis d) ihre Anschlüsse in einer Ventilstellung geöffnet und in der anderen Ventilstellung geschlossen haben.

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2.

3. Schalthebeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Richtungssteuerventile (15a bis d, 17a bis d) in einer Ventilstellung ihre Anschlüsse geöffnet haben und in der anderen Ventilstellung als Rückschlagventil wirken.

4. Schalthebeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange (3a bis d) abbremsbar bzw. verringerbar ist, sobald der entsprechende Verbindungshebel (4a bis d) sich einer vorgegebenen Schaltstellung nähert und daß dazu Abbremsmittel vorgesehen sind.

5. Schalthebeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbremsmittel jeweils zwei Drosselventile (18a bis d, 19a bis d) aufweisen, die jeweils stromaufwärts einer der öffnungen (2a, 2b) jedes Schaltzylinders (1a bis d) angeordnet sind, sowie ein weiteres Drosselventil (20a bis d), das zwischen der zweiten öffnung (2b) und dem jeweiligen zweiten Richtungssteuerventil (17a bis d) angeordnet ist.

6. Schalthebeleinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Richtungssteuerventile (15a bis d, 17a bis d) jeweils ein mit einem Elektromagneten gesteuertes Ventil aufweisen und daß die Abbremsmittel jeweils einen Elektromagneten der Richtungssteuerventile (15a bis d, 17a bis d) umfassen.

7. Schalthebeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haupt-Richungssteuerventil (11) mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen vorgesehen ist, daß das Haupt-Richtungssteuerventil (11) zwischen der Quelle (10) für Hydraulikflüssigkeit und der ersten öffnung (2a) jedes der Schaltzylinder (1a bis d) angeordnet ist und eine wahlweise Verbindung von beiden erlaubt.