DE4204074A1 - Schalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein mehrgängiges Zahnradgetriebe für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Von Kraftfahrzeugen wird zunehmend eine höhere Leistung verlangt. Dadurch werden auch die Baugruppen im Antriebsstrang, unter anderem das Zahnradgetriebe, größer und schwerer. Außerdem soll das Zahnradgetriebe viele Gangstufen haben, um die Zugkraft des Antriebsmotors bei günstigem Kraftstoffverbrauch ausnutzen zu können. Die genannten Forderungen beeinträchtigen den Schaltkomfort in der Weise, daß zum Schalten, insbesondere bei synchronisierten Zahnradgetrieben, große Handschaltkräfte notwendig sind. Aus diesem Grund sind bereits zahlreiche Schalteinrichtungen bekannt, bei denen die Handschaltkraft durch eine Hilfskraft unterstützt wird. So zeigt z. B. die DE-PS 9 49 142 eine Schalteinrichtung mit pneumatischer Hilfskraftunterstützung, bei der die Vorwahl der einzelnen Ganggassen ausschließlich manuell und die Schaltung der Gangstufen mit Hilfskraftunterstützung erfolgen. Da diese nur auf die Schaltbewegung wirkt, wird zwar die Hilfskraftunterstützung grundsätzlich vereinfacht, die bekannte Schalteinrichtung konnte sich jedoch nicht am Markt durchsetzen, weil der Aufbau, die Steuerung und Energieversorgung zu aufwendig sind und den Komfort mindernde Geräusche verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Hilfskraft nahezu geräuschlos erzeugt wird und in einfacher Weise auf die jeweiligen Bedürfnisse geregelt werden kann.

Sie wird erfindungsgemäß bei einer Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs dadurch gelöst, daß die Hilfskraft von einem Elektromotor mit einer elektronischen Regeleinrichtung erzeugt wird, die von Sensoren Eingangssignale erhält und diese nach logischen Regeln zu Ausgangssignalen für die Regelung des Elektromotors verarbeitet.

Der Elektromotor arbeitet nahezu geräuschlos. Seine Energie wird problemlos über elektrische Leitungen zugeführt, ohne daß durch Leckagen oder dergleichen Störungen der Umwelt auftreten. Ferner beansprucht er nur dann Energie, wenn durch die Regeleinrichtung eine Hilfskraft des Elektromotors freigegeben wird. Die Regeleinrichtung regelt die Hilfskraft in Abhängigkeit von Eingangssignalen, die sie von Sensoren erhält. Diese erfassen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung Getriebe-, Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter. Zu den Getriebeparametern sind unter anderen zu nennen die Positionen der einzelnen Elemente der Schalteinrichtung und Kupplungen sowie deren Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Richtungen, Kräfte, Momente, Arbeit, Leistung, Spannung, Stromstärke, Widerstände, Übersetzungsstufen, Drehzahlen der Wellen, Temperatur und Viskosität des Schmieröls. Sie dienen vor allem dazu, die Höhe der Hilfskraft sowie deren zeitlichen Verlauf zu bestimmen.

Die Schalteinrichtung ist ferner geeignet, Fehlschaltungen im Getriebe zu vermeiden, indem sie Fahrzeugparameter in der Regelung mitberücksichtigt. Zu diesen gehören die Drehzahlen einer Antriebsmaschine, die Fahrzeuggeschwindigkeit und dazu proportionale Größen, das Drehmoment der Antriebsmaschine sowie dazu proportionale Größen, wie die Drosselklappenstellung und Gaspedalstellung einschließlich ihrer Positions- und Bewegungsänderungen, Lenkwinkel, Lenkwinkeländerungen, Gewicht, Zentrifugalbeschleunigungen. Aus diesen Parametern lassen sich unter verschiedenen Bewertungskriterien, die gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in Speichern der Regeleinrichtung niedergelegt sein können, Gangstufen ermitteln, die optimal, weniger optimal oder unzulässig sind. Wählt nun der Fahrer eine optimale Gangstufe, erfährt er die volle Hilfskraftunterstützung. Die Hilfskraft wird in dem Maße abnehmen und in eine Gegenkraft sich umkehren, je weiter der vom Fahrer ausgewählte Gang vom optimalen Gang entfernt ist.

In die Regelung können weitere Parameter aus der Umgebung einfließen, z. B. Fahrbahnneigung, Fahrwiderstände, Temperatur, Abstand von Hindernissen, Verkehrsdichte, die über optische Geräte und Scanner ermittelt werden können.

Die Regeleinrichtung ist ferner in der Lage, aus den Eingangssignalen und den gespeicherten Werten weitere Kenngrößen zu bilden, insbesondere n-fache Differentiale nach der Zeit und n-fache Integrale über der Zeit.

Zur Bewertung der aktuellen Fahrsituation besitzt die Regeleinrichtung Speicher, in denen Kenngrößen, Kennlinien, Kennfelder für Sollwerte, Grenzwerte oder charakteristische Zwischenwerte abgelegt sind, die mit den Eingangsparametern zur Erzeugung der Ausgangssignale dienen.

Zur Information des Fahrers ist es zweckmäßig, wichtige Parameter, die von den Sensoren ermittelt und/oder von der Regeleinrichtung errechnet werden, übersichtlich anzuzeigen (Anspruch 5). Hierfür eignen sich besonders sogenannte Displays.

Um mit einem kleinen Elektromotor eine ausreichende Hilfskraft zu erzeugen, ist es zweckmäßig, daß er über ein Hilfsgetriebe an einer Schaltwelle der Schalteinrichtung angreift.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Ein mehrgängiges Zahnradgetriebe 1 für Kraftfahrzeuge hat eine Schalteinrichtung, die im wesentlichen folgende Elemente enthält: einen Handschalthebel 2, eine Schaltwelle 3, Kupplungseinrichtungen 4, einen Elektromotor 5, ein Hilfsgetriebe 6, eine Regeleinrichtung 7 mit Eingängen 8, 9, 10 und 11 und einem Ausgang 12, einen Sensor 13.

Der Handschalthebel 2 kann in zwei zueinander senkrechten Ebenen verschwenkt werden, wobei eine Bewegung zur Wahl der Gangstufe und die zweite Bewegung zum Schalten der Gangstufe dient. Die Bewegung des Handschalthebels 2 wird auf die Schaltwelle 3 übertragen, und zwar in der Regel in der Weise, daß die Wählbewegung zu einer Translationsbewegung der Schaltwelle 3 und die Schaltbewegung zu einer Rotationsbewegung der Schaltwelle 3 führt.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Schaltwelle über das Hilfsgetriebe 6 in Gestalt eines Keilriementriebs mit dem Elektromotor 5 verbunden. Als Hilfsgetriebe 6 kann auch ein stufenlos verstellbares Getriebe verwendet werden. Der Elektromotor 5 wird von der Regeleinrichtung 7 gesteuert und geregelt, und zwar sobald der Sensor 13 eine Handschaltkraft oder -bewegung an der Schaltwelle 3 oder einem Bauelememt feststellt, das mit der Schaltwelle 3 kraftschlüssig verbunden ist.

Die Regeleinrichtung 7 bestimmt die Betätigung des Elektromotors 5 nach Drehzahl, Drehmoment und Drehrichtung. Hierzu verwendet sie außer dem Signal des Sensors 13 am Eingang 8 Signale weiterer, nicht gezeigter Sensoren an den Eingängen 9, 10 und 11, wobei die Anzahl der Sensoren und der Eingänge den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden können.

Die Regeleinrichtung 7 besitzt Speicher, in denen Kenngrößen, Kennlinien, Kennfelder für Sollwerte, Grenzwerte oder charakteristische Zwischenwerte abgelegt sind. Mit diesen werden nach logischen Regeln die Eingangssignale zu Ausgangssignalen verarbeitet, die am Ausgang 12 anstehen und den Elektromotor 5 steuern und regeln.

Auf einer oder mehreren Anzeigevorrichtungen 14 werden für den Fahrer wichtige oder interessante Kennwerte a, b, c und x, y, z übersichtlich angezeigt. Die Anzeigevorrichtung wird zweckmäßig im Blickfeld des Fahrers im Fahrzeug angeordnet. Sie kann auch integraler Bestandteil einer im Fahrzeug vorhandenen Anzeigevorrichtung sein und neben den genannten Kennwerten das jeweilige Streckenprofil der vorausliegenden Fahrstrecke anzeigen, so daß der Fahrer rechtzeitig in die richtige Gangstufe schalten kann.

Bezugszeichen

 1 Zahnradgetriebe
 2 Handschalthebel
 3 Schaltwelle
 4 Kupplungseinrichtung
 5 Elektromotor
 6 Hilfsgetriebe
 7 Regeleinrichtung
 8, 9 Eingang
10, 11 Eingang
12 Ausgang
13 Sensor
14 Anzeigevorrichtung

Claims (7)

1. Schalteinrichtung für ein mehrgängiges Zahnradgetriebe für Kraftfahrzeuge, bei der ein Handschalthebel (3) in eine Wählrichtung und eine Schaltrichtung bewegt werden kann und eine Hilfskraft die Schaltbewegung in Abhängigkeit von einer Handschaltkraft unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskraft von einem Elektromotor (5) mit einer elektronischen Regeleinrichtung (7) erzeugt wird, die von Sensoren (13) Eingangssignale erhält und diese nach logischen Regeln zu Ausgangssignalen (12) für die Regelung des Elektromotors (5) verarbeitet.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (13) Einrichtungen umfassen, die Getriebe-, Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter feststellen oder messen.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) Speicher besitzt, in denen Kenngrößen, Kennlinien, Kennfelder für Sollwerte, Grenzwerte oder charakteristische Zwischenwerte abgelegt sind, die zur Erzeugung der Ausgangssignale (12) dienen.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) aus den Parametern abgeleitete Werte ermittelt, insbesondere n-fache Differentiale oder Integrale nach der Zeit.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (14), die von den Sensoren (13) ermittelte und/oder von der Regeleinrichtung (7) errechnete Größen einzeln oder zu mehreren, übereinander oder nebeneinander oder in vergleichender Gegenüberstellung, einfarbig oder mehrfarbig, grafisch einheitlich oder differenziert, numerisch, alpha-numerisch oder als Piktogramm, Kennfeld, Diagramm, kontinuierlich oder diskontinuierlich mit festgelegten Zeitintervallen anzeigt.

6. Schalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) mit mindestens einer Einrichtung nach Anspruch 2, insbesondere zur Erfassung von Drehzahlen, alle Gangstufen ermittelt, die zulässigerweise geschaltet werden können und die Hilfskraft bei Auswahl einer der übrigen Gangstufen unterdrückt oder der Schaltbewegung entgegenwirken läßt oder diese blockiert.

7. Schalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5) über ein Hilfsgetriebe (6) an einer Schaltwelle (3) angreift.