DE4430463C1

DE4430463C1 - Vorrichtung zur Messung der Betätigungskräfte für einen Schalthebel

Info

Publication number: DE4430463C1
Application number: DE19944430463
Authority: DE
Inventors: Kurt Staehle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-27
Filing date: 1994-08-27
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2014-08-28

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Betätigungs kräfte für einen in einem ersten Gelenkpunkt gelagerten Schalthebel, insbesondere einen Getriebeschalthebel eines Kraftfahrzeugs.

Stand der Technik

Es sind eine Vielzahl von "Fahrrobotern" bekannt, die die normaler weise vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs vorgenommene Bedienungsvor gänge simulieren, um hierdurch an den interessierenden Aggregaten Messungen vornehmen zu können, die Aufschluß über beispielsweise die Dauerbelastbarkeit eines bestimmten Funktionsteils eines Kraftfahr zeugs geben können.

Beispiele solcher Fahrroboter zeigen z. B. die DE 33 03 588 A1 oder die DE 37 44 631 A1.

Ein Beispiel hierfür ist die Messung der Betätigungskräfte eines Schalthebels; eine gattungsgemäße Vorrichtung zu diesem Zweck zeigt die JP-Patents abstracts of Japan 4-58125 (A). Bei dieser Lösung sind zur Messung der Kräfte unmittelbar am Schaft des Schalthebels Dehnmeßstreifen befestigt, die bei einer Auslenkung des Schalthebels auf Biegung beansprucht werden und deren Ausgangssignal als Maß für die Betätigungskraft herangezogen werden kann. Da die Verfor mung des Schalthebels naturgemäß von den Materialparametern und der Schalthebelgeometrie vorgegeben ist, erfordert diese bekannte Vorrichtung jeweils eine spezielle Anpassung oder Eichung/Kalibrie rung für den jeweiligen Schalthebeltyp, nachdem die Dehnmeßstreifen individuell am auszumessenden Schalthebel angebracht worden sind.

Diese Arbeiten sind insgesamt aufwendig und wirtschaftlich nur bei Serienmessungen an einer Vielzahl gleicher Schalthebeltypen durch führbar.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und technisch zuver lässige Möglichkeit anzugeben, mit der die Schaltkräfte ermittelt werden können, die bei der Betätigung eines Schalthebels eines Getriebes auftreten.

Erfindungsgemäße Lösung

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß ein Meßarm parallel zum Schalthebel gelagert ist, wobei der Schalthebel vom Meßarm zwangsbetätigt wird. Die hierfür erforderliche Kräftebeauf schlagung des Schalthebels erfolgt über eine Anordnung von Meß sensoren, aus deren Signalen die erforderliche Betätigungskraft an jedem Punkt der vorgesehenen Schaltbahn ermittelt werden kann.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Betätigung des Meßarms über einen starr mit diesem gekoppelten Betätigungshebel, der entweder manuell oder automatisch mit geeigneten Antriebsaggregaten betätigt werden kann. Hierbei ist gewährleistet, daß der Betätigungshebel vom Schalthebel kräftemäßig entkoppelt ist, so daß die Ausgangssignale der Meßsensoren ausschließlich durch die am Schalthebel zur Verfügung stehende Betätigungskraft definiert sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich tung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigt

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung der wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vor richtung zur Verdeutlichung von deren Funktion,

Fig. 2 eine Seitenansicht des bevorzugten Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 3 eine Vorderansicht in Richtung des Pfeiles P der Fig. 2 des genannten Ausführungsbeispiels mit Teilschnitt in der Ebene der Lager 21, 22.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in ihrer schematischen Darstellung die Zuordnung der wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihr funktionelles Zusammenwirken.

Ein Schalthebel 10, dessen Betätigungskräfte gemessen werden sollen, ist in einem ersten Gelenkpunkt G1 gelagert und kann in die zuein ander orthogonalen Schwenkrichtungen SX bzw. SY bewegt werden, wobei je nach Auslenkungsposition unterschiedliche Betätigungskräfte auf treten können. Der Schalthebel 10 ist unterhalb des Gelenkpunktes G1 beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Getriebe verbunden, dessen konstruktive Gegebenheiten die auszumessenden Betätigungs kräfte im wesentlichen bestimmen.

Parallel zum Schalthebel 10 ist in einem zweiten Gelenkpunkt G2 ein Meßarm 20 gehalten, der zwei Meßsensoren M1 und M2 in einer Ebene senkrecht zur gemeinsamen Ebene von Schalthebel 10 und Meßarm 20 trägt. Das Kraftaufnahmeende dieser Meßsensoren M1, M2 ist über Lagerpunkte 21, 22 mit dem einen Ende eines ersten Verbindungselemen tes V1 verbunden, dessen anderes Ende an einem festen Anlenkpunkt A1 des Schalthebels 10 sitzt. Es ist aus der Fig. 1 leicht zu ersehen, daß Schalthebel 10, Meßarm 20, die Verbindungslinie G1-G2 und das erste Verbindungselement V1 (bei gleicher Höhe des Anlenkpunktes A1 und der Lager 21, 22) eine im wesentlichen rechteckige Rahmenstruktur bilden, wenn der Schalthebel 10 in seiner in Fig. 1 dargestellten Null-Position sich befindet. Die beiden Meßsensoren M1, M2 befinden sich hierbei beabstandet von dieser rechteckigen Ebene links und rechts des Meßarms 20, ihre Ausgangssignale S1, S2 werden einer Recheneinrichtung R zugeführt, in der insbesondere das Summensignal (S2 + S1) und das Differenzsignal (S2 - S1) verarbeitet werden.

Es ist aus der Darstellung der Fig. 1 leicht zu entnehmen, daß bei einer Verschwenkung des Meßarms 20 in der genannten Ebene (Richtung X bzw. Schwenkrichtung SX′) der Schalthebel 10 über die Meßsensoren M1, M2 zwangsgeführt wird, so daß aus dem genannten Rechteck ein Parallelogramm wird. In diesem Fall werden die beiden Meßsensoren M1, M2 in gleicher Weise beansprucht, d. h. deren Ausgangssignale S1, S2 sind in diesem Fall (gegebenenfalls nach geeigneter Kalibrierung) gleich groß und die Auswerteeinrichtung R kann bei einem bestimmten Schwenkwinkel des Schalthebels 10 aufgrund einer eingegebenen Eichkurve der Meßsensoren M1, M2 die aktuelle Betäti gungskraft errechnen und gegebenenfalls anzeigen.

Wird der Meßarm 20 in der orthogonalen Richtung (Y bzw. Schalt richtung SY′) bewegt, so führt entsprechend der Schalthebel 10 infolge der weitgehend starren Kopplung über das erste Verbindungs element V1 die entsprechende Schaltbewegung SY aus. Je nach Richtung der Schaltbetätigung wird dann bildlich gesprochen das oben defi nierte Rechteck um die Achse M-M (Verbindungslinie der beiden Gelenkpunkte G1 und G2) verschwenkt. Diese Verschwenkung bewirkt naturgemäß eine unterschiedliche Beanspruchung der Meßsensoren M1, M2, so daß die beiden Meßsignale S2, S1 der beiden Meßsensoren unterschiedlich groß sind, aus dem Differenzsignal Δ = (S2 - S1) läßt sich somit die Kraftkomponente in Y-Richtung in jeder aktuellen Betätigungsposition des Schalthebels 10 ermitteln, bei der dieser um einen Winkel senkrecht zur oben definierten Rechteckebene verschwenkt ist.

Summensignal (S2 + S1) und Differenzsignal (S2 - S1) der beiden Meßsensoren geben somit in eindeutiger Weise Betrag und Richtung des Vektors der Betätigungskraft des Schalthebels 10 in der jeweiligen Position wieder.

Mit den oben beschriebenen Komponenten ist somit bereits die gestellte Aufgabe lösbar, wenn zur Betätigung des Schalthebels 10 unmittelbar der Meßarm 20 herangezogen wird.

Die Erfindung eröffnet nun aber auch die Möglichkeit, die Vorrich tung in eine bereits existierende Vorrichtung zu integrieren, die als "Fahrroboter" im einleitend genannten Sinn den Schalthebel 10 betätigt. Hierzu dient ein Betätigungshebel 30, der in einem dritten Gelenkpunkt G3 gehalten ist, sämtliche Gelenkpunkte G1, G2 und G3 liegen auf der gemeinsamen Verbindungslinie M-M. Der Betätigungs hebel ist so angeordnet, daß er ebenfalls parallel zum Meßarm 20 und somit auch parallel zum Schalthebel 10 liegt und über ein zweites Verbindungselement V2 mit dem Meßarm 20 starr gekoppelt ist (diese Art der Verbindung ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt, um das Arbeitsprinzip deutlicher werden zu lassen). Der Anlenkpunkt A3 des zweiten Verbindungselementes V2 mit dem Betätigungshebel 30 liegt dabei auf der Verbindungslinie Z-Z, die parallel zur Verbin dungslinie M-M der Gelenkpunkte G1, G2, G3 liegt.

Mit diesem Betätigungshebel 30 wird eine zweite rahmenähnliche Struktur erzeugt, gebildet aus der Verbindungslinie G2-G3, dem Meßarm 20, dem Betätigungshebel 30 und dem zweiten Verbindungs element V2. Es handelt sich hierbei insoweit um eine starre Struktur, als der Meßarm 20 dadurch vom Betätigungshebel 30 zwangs geführt ist, also immer parallel zu diesem verläuft. Die Betätigung des Betätigungshebels 30 kann dabei entweder manuell (über den angedeuteten Griff) oder automatisch oder programmgesteuert über zwei orthogonal zueinander arbeitende Betätigungsaggregate erfolgen, die insbesondere bei Mehrfach- oder Serienmessungen ein gesetzt werden.

Es soll hierbei besonders betont werden, daß das zweite Verbindungs element V2 keine unmittelbare Kraftwirkung auf das erste Verbin dungselement V1 ausübt, sondern mit dem unteren Teil des Meßarms 20 verbunden ist, so daß Einflüsse der Betätigungskomponenten 30, 40, 50 auf die Messung der Betätigungskraft des Schalthebels 10 ausge schlossen sind.

Die Betätigung des Betätigungshebels 30, sei sie nun manuell oder automatisch, wird vom Meßarm 20 über die Meßsensoren M1, M2 und das erste Verbindungselement V1 auf den Schalthebel 10 übertragen, dessen Widerstand gegen die ihm aufgeprägte Schaltbewegung zu den oben beschriebenen Meßsignalen S1, S2 der beiden Meßsensoren M1, M2 führt.

In den Fig. 2 und 3 ist ein konstruktiv detailliertes Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei zueinander senkrechten Ansichten dargestellt, wobei die angegebenen Bemaßungen ebenfalls beispielhaft zu verstehen sind.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist exakt, wie unter Fig. 1 oben erläutert, so daß hierauf im einzelnen nicht mehr eingegangen werden braucht.

Als Meßsensoren M1, M2 können beispielsweise Kraftmeßdosen oder Wägezellen bekannter Bauart eingesetzt werden.

Es soll im folgenden zunächst auf die konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung im Bereich der Lager 21, 22 eingegangen werden, die von der Darstellung in der Prinzipskizze der Fig. 1 abweicht:

Die Verbindungselemente V1, V2 sind so ausgeführt, daß ihre gemein same Längsachse Z-Z durch die Verbindungslinie der beiden Lager 21/22 verläuft. Um dies zu erreichen, ist der "Anschluß" des ersten Verbindungselementes V1 an die beiden Meßsensoren M1, M2 mittels eines U-Bügels 25 bewerkstelligt, der das zweite Verbindungselement V2 sattelartig übergreift, und in dessen Schenkel 25A, 25B die als Pendelkugellager 26A, 26B ausgebildeten Lager 21 bzw. 22 realisiert sind. Zwischen dem zweiten Verbindungselement V2 und den Innen flächen der oberen Halterungen der Meßsensoren M1, M2 befindet sich ein ausreichend großer Spalt, der gewährleistet, daß bei einer Betätigung des zweiten Verbindungselementes V2 die Krafteinleitung ausschließlich in den Meßarm 20, nicht jedoch unmittelbar in das erste Verbindungselement V1 erfolgen kann. Damit wird die oben beschriebene kräftemäßige Entkoppelung zwischen Betätigungselement 30 und Schalthebel 10 sichergestellt. Abgesehen von der dargestell ten konstruktiven Ausführungsform sind insbesondere hier auch eine Vielzahl von Ankopplungen denkbar, bei denen die beiden Verbindungs elemente V1, V2 einerseits miteinander fluchten, andererseits aber die Krafteinleitung vom zweiten Verbindungselement V2 ausschließlich in den Meßarm 20 erfolgt, ohne das erste Verbindungselement V1 zu beaufschlagen.

Im folgenden soll noch kurz auf die konstruktive Ausbildung des Betätigungshebels 30 und die Ansteuerung von Betätigungselement 30 bzw. Meßarm 20 durch geeignete Betätigungsaggregate eingegangen werden:

Der Betätigungshebel 30 besteht aus zwei spiegelbildlich angeord neten Betätigungsarmen 30A, 30B (Fig. 3), die an ihrem oberen Ende mit dem zweiten Verbindungselement V2 verbunden sind und an ihrem unteren Ende mit einem Betätigungsaggregat 50 zusammenwirken, dessen Betätigung eine Verschwenkung des Betätigungshebels 30 in Schaltrichtung SX hervorruft.

In der Ebene der Schaltrichtung SX sind die beiden Arme 30A, 30B gabelförmig ausgebildet (Fig. 2).

Hier wirken sie (und der untere Gelenkpunkt G2 des Meßarms 20) mit einem Betätigungsaggregat 40 zusammen, dessen Betätigung eine Verschwenkung von Betätigungshebel 30 und Meßarm 20 in Schaltrichtung SY hervorruft.

Die geeignete Betätigung der beiden Betätigungsaggregate 40 und 50 ermöglicht somit eine gewünschte Bewegungsvorgabe von Meßarm 20 und Betätigungshebel 30 und deren bewegungsgleiche Übertragung auf den Schalthebel 10 unter Abgabe der entsprechenden Meßwerte der Meß sensoren M1, M2. Die konstruktive Ausführung solcher Betätigungs aggregate 40, 50 und deren Ankoppelung an ein Betätigungselement für einen Schalthebel erfolgt über entsprechende Getriebebauteile und ist grundsätzlich bekannt, so daß es hierzu keiner näheren Erläu terungen bedarf.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Betätigungskräfte für einen in einem ersten Gelenkpunkt gelagerten Schalthebel, insbesondere Getriebe schalthebel eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch einen in einem vom ersten (G1) beabstande ten, zweiten Gelenkpunkt (G2) gehaltenen Meßarm (20), der mit dem Schalthebel (10) über ein erstes Verbindungselement (V1) und mindestens zwei Meßsensoren (M1, M2) bewegungs-zwangsgekoppelt ist, die derart zwischen Meßarm (20) und dem ersten Verbindungs element (V1) angeordnet sind, daß bei Verschwenkung des Meßarms (20) ihr Summensignal ein Maß für die Betätigungskraft bei der Auslenkung des Schalthebels (10) in seiner Schaltrichtung (SX) in der gemeinsamen Ebene von Meßarm (20) und Schalthebel (10), und ihr Differenzsignal ein Maß für die Betätigungskraft bei der Auslenkung des Schalthebels (10) in seiner zur gemeinsamen Ebene senkrechten Schaltrichtung (SY) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßsensoren (M1, M2) beidseitig und parallel zum Meßarm (20) gehalten sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Verbindungselement (V2) den Meßarm (20) starr mit einem in einem dritten Gelenkpunkt (G3) gelagerten Betätigungs hebel (30) verbindet, wobei die beiden Verbindungselemente (V1, V2) nur über die Meßsensoren (M1, M2) miteinander verbunden sind, so daß Betätigungshebel (30) und Meßsensoren (M1, M2) kraftentkoppelt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafteinleitungsende der Meßsensoren (M1, M2) beidseitig von je einem Lager (21, 22) des ersten Verbindungselements (V1) beauf schlagt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Ende der Meßsensoren (M1, M2) an demjenigen Teil des Meßarms (20) fixiert ist, an dem auch das zweite Verbindungs element (V2) angreift.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (A1) des ersten Verbindungselements (V1) am Schalthebel (10) und seiner beidseitigen Lager (21, 22) für die Meßsensoren (M1, M2) und der Anlenkpunkt (A3) des zweiten Ver bindungselements (V2) am Betätigungshebel (30) in einer gemein samen Achse (Z-Z) parallel zur Verbindungslinie (M-M) der Gelenk punkte (G1, G2, G3) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinleitung vom ersten Verbindungselement (V1) in die Meß sensoren (M1, M2) über einen U-Bügel (25) erfolgt, an dessen Schenkel (25A, 25B) je ein Pendelkugellager (26A, 26B) das Kraft einleitungsende der Meßsensoren (M1, M2) aufnimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der U-Bügel (25) die gemeinsame Längsachse (Z-Z) der beiden Verbindungselemente (V1, V2) sattelartig übergreift, und daß die Achse (R-R) der Pendelkugellager (26A, 26B) die Längsachse (Z-Z) orthogonal schneidet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpunkte (G1, G2, G3) als Kardangelenke ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (30) und/oder der Meßarm (20) von zwei senkrecht zueinander arbeitenden Antriebsaggregaten (40, 50) beaufschlagt werden, deren Arbeitsrichtungen den beiden Schaltrichtungen (SX, SY) des Schalthebels (10) entspricht.