WO2007020210A1 - Steuervorrichtung und verfahren zum ansteuern eines aktuators für eine getriebeschaltstelle - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a control device (10) for driving an actuator (24) for a
- the control device (10) comprises a power stage (50) and a control unit (52).
- the control unit (52) controls the power stage (50) in such a way that for a presettable period of time a current of a current source
- the present invention relates to a method for driving an actuator (24) for a transmission shift point (12).
- the control device (10) is characterized in that for the movement of the actuator (24) from the first position (Sl) to a second position (S2) with the power stage (50) a current of a predetermined first current (II) is adjustable, that for holding the actuator (24) in a second Position (S2) with the power stage (50), a current of a predetermined second current (12) is adjustable and that the second current (12) is smaller than the first current
- the present invention relates to a control device for driving an actuator for a transmission shift point.
- the control device comprises a power stage and a control unit.
- the control unit controls the power stage in such a way that, for a predefinable period of time, a current of a current source of predeterminable magnitude can be fed to an electromagnet having at least one coil. With the coil of the electromagnet, a magnetic field can be generated with which the actuator is movable from a first position.
- the present invention relates to a method for driving an actuator for a transmission shift point.
- Control devices of the type mentioned serve, for example, to drive electromagnets actuate the actuators and are known and widely used as switching or actuators in the industry.
- an electromagnet substantially comprises a non-movably arranged core (yoke), on which a coil is applied. With the electromagnet, a movably arranged actuator is moved by the electrical or magnetic energy of the electromagnet formed by the core and the coil.
- the actuator carries e.g. a translational movement, if it is performed accordingly with linear guide means.
- control unit for example, the signals generated by a control element are evaluated and generates corresponding control signals which are supplied to a power stage.
- control signals may include, for example, pulse-width-modulated current or voltage characteristics.
- the control unit and the power stage can be combined in the form of separate modules or in an assembly.
- a transmission switching point of a transmission for a vehicle is switched with an electromagnetically operable actuator, to ensure safe driving operation, a switching strategy for the actuator is provided with which it can be ensured that a certain gear of the transmission is engaged or not.
- Gear shift are now required to engage the gear no purely mechanical actuators or levers, based on their spatial position can be detected, whether a gear is engaged.
- the present invention is therefore an object of the invention to provide a control device of the type mentioned and further, by which the aforementioned problems are overcome.
- a switching strategy for the control device for driving an actuator of a gear shift is to be specified and further developed, with which conclusions can be drawn on whether a particular gear of the transmission is engaged or not.
- a control device of the aforementioned type is characterized in that a current of a predeterminable first current intensity can be set to move the actuator from the first position to a second position with the power stage.
- a current of a predeterminable second current is adjustable for holding the actuator in a second position with the power stage. The second current is less than the first current.
- the properties of the magnetic field of an actuator based on an electromagnetic basis for example an electromagnet in conjunction with a movably arranged actuator, armature or shift fork, can be used, namely to keep the actuator in a specific position For example, in a position in which a gear is engaged.
- the strength of a magnetic field of an electromagnet in particular a lifting magnet, depends reciprocally on the location coordinate, i. depending on the specific design of the electromagnet, inversely proportional or 1 / x, if x is the location coordinate or the distance from the electromagnet.
- the force exerted on the actuator force of the magnetic field depends on the current I, which flows through the coil of the electromagnet, which also according to specific design of the electromagnet, a direct proportionality or a quadratic dependence between current I and the force of the magnetic field is present on the actuator.
- the force exerted on the actuator is sufficient to be able to carry out a switching operation, for example at a present relative rotational speed between a shift sleeve actuated by the actuator and a gearwheel of the transmission, although under certain circumstances a mechanical resistance exists,
- the actuator In the holding phase of the actuator, the actuator is close to the electromagnet or is applied to the electromagnet.
- the switched position is preferably the position in which the actuator is in close proximity to the electromagnet or is applied to the electromagnet itself, since on the one hand the gear shift is held not least for safety reasons in the switched position with an active force on the actuator.
- the actuator On the other hand, the actuator is made of a ferromagnetic material and is attracted to the magnetic field of the electromagnet.
- the actuator Since in the switched position, the actuator is arranged closer to the electromagnet, it is also sufficient to hold the actuator in the switched position of the gear shift with a second electric current in the coil of the electromagnet, which is smaller than the first current, since at a small distance x of the actuator from the electromagnet (ie at a small air gap), the magnetic field is still large enough (because of the 1 / x - dependence of the magnetic field strength), even if the holding current required for this purpose is only a fraction - for example, a 1/5 to a 1/6 - of the electric current is the first current set for moving the armature.
- the inventive control strategy of the control device is applied in a particularly advantageous manner, little electrical energy to perform the switching operation of the transmission shift or to leave the transmission shift in the switched state. Furthermore, the loss of heat in the coil is lower due to the smaller second current. In this state, however - as stated above - usually the active switching state of the transmission shift, that is, depending on the operating condition of the vehicle can this
- the coil or the electromagnet is subjected to the first, larger specifiable current intensity, for example for a period of 5 s.
- the actuator is then moved from the first position to the second position.
- the electromagnet is energized only for a short time with a relatively high current, for the remainder of the time either no current or only the current of the second, lower current flows. Therefore, in a particularly advantageous manner, ideally, the electromagnet must not be cooled or only slightly cooled.
- the actuator or the armature due to the magnetic field of the electromagnet from a first position against a predetermined force of a biasing device is movable.
- a biasing device could be realized for example by means of a spring, as often used in gear shift points.
- the first current intensity is usually designed or dimensioned such that the force generated by the magnetic field and acting on the actuator force is always greater than the force acting on the actuator by the biasing force. This ultimately ensures that the actuator can actually be operated against the force of the biasing device from the first position to the second position.
- the second current intensity is selected so that at a predeterminable position of the actuator or the armature, which lies between the first and the second position, the magnetic force exerted by the electromagnet on the actuator magnetic force smaller than that at this predetermined position of the actuator acting force of the biasing device is. This predefinable position of the
- Actuator preferably corresponds to an operating state of the transmission shift point, in which the transmission shift point is just not yet engaged.
- the reason for this procedure is as follows: to bring the actuator from the first (neutral) position to the second (switched) position of the gear shift, the coil of the electromagnet is charged with the first, larger current. To hold the actuator in the second
- the actuator in the event of a power failure in the event of a fault, the actuator is forced into the first position due to the biasing device. Should the first predetermined larger current be adjusted, the actuator is moved to the second position and the second predetermined smaller current holds the actuator in the second switched position. Either the actuator is in the second switched position and is held in that position with the smaller amperage, or the movement of the actuator from the first position to the second position
- the actuator is also urged by the biasing means in the first position.
- the first current intensity is very particularly preferably chosen such that, at all positions of the actuator lying between the first and the second position, the magnetic force exerted by the electromagnet on the actuator is greater than the force acting on these positions of the actuator Biasing device is. This can be ensured that the actuator from the first to the second position against the force of the biasing device is movable.
- a current of a predeterminable third current level can be set with the power stage.
- the third current is greater than the first current.
- the third current is adjusted in particular if a previous attempt to shift the gear shift has failed and the actuator is again in the first position.
- the third current intensity is preferably dimensioned such that a circuit of the gear shift point can be performed in any case, even against a possible wedging or jamming.
- the power stage in at least one operating state of the transmission shift point, the power stage does not supply current to the electromagnet.
- the transmission shift point could be in a neutral state.
- the current of the current source is pulsed.
- These can be different types of current pulses, for example from
- 9420 WO Appl rectangular or sawtooth pulses The pulsating current ultimately exerts a pulsating force on the actuator. If, for example, the actuator encounters an obstacle during its movement, a kind of shaking movement can be exerted on the actuator at a low pulse frequency due to the pulsed force acting on the actuator, so that despite a slight wedging of components of the gear shifting point, they are nevertheless brought into their second position can and thus the gear shift can be brought into the switched position. Quite generally, a corresponding force action can be exerted on the actuator with a pulse frequency adapted to the current operating state or with a predefinable, possibly variable pulse frequency.
- the current of the current source is pulse width modulated.
- the pulse width of the individual current pulses and / or the time duration between the individual pulses could be variable.
- the pulse width modulation is preferably selected as a function of the intended actuator movement and may have a pulse frequency which lies in a range of approximately 2 to 100 hearts.
- a pulse frequency of approximately 10 Hz is preferably selected.
- a higher pulse frequency for example 50 Hz, is preferably set.
- a low pulse repetition frequency is preferably set, for example in a range of 10 Hz.
- the current applied to the solenoid is pulsed and / or pulse width modulated, most preferably the current of the current source is DC.
- DC power source could be formed for example in the form of a battery of the vehicle or in the form of a DC intermediate circuit of the vehicle.
- the transmission switching point has in a preferred embodiment, a shift sleeve, a shift fork and an actuator.
- the shift sleeve is connected to the shift fork or is engaged. With the actuator, the shift fork and thus the shift sleeve is actuated.
- the actuator is moved by the magnetic field of the electromagnet.
- the shift sleeve is movable between at least two shift positions of a transmission, in particular between a neutral position and at least one shift position.
- the actuator has an armature or the actuator is designed in the form of the armature.
- the shift fork of the gear shift is moved with the anchor.
- the actuator and the armature can be formed in one piece and in the form of a shift fork. It could also be designed and arranged such that it at least partially moves into an area enclosed by the coil.
- the electromagnet has a core, wherein the core of the coil or the core of the electromagnet could have a soft iron material, which causes a high amplification of the magnetic field generated by the coil.
- the core could preferably have a sheet stacking package.
- the actuator could be at least partially substantially flat or plate-shaped. This would be conceivable in particular in a region which faces the electromagnet or is arranged adjacently.
- the electromagnet and the plate-shaped region of the actuator or the shift fork could be arranged such that the force of the electromagnet acts substantially perpendicular to the plate-shaped region.
- the electromagnet would attract the actuator or the shift fork and that until it rests against the electromagnet or core or rests flat.
- the actuator or the shift fork on a material which is attracted to the magnetic field of the electromagnet is made of metal, in particular iron or steel.
- the actuator is attracted by the electromagnet, if a current flows through the coil of the electromagnet and thereby builds up a magnetic field.
- At least one guide means is provided for guiding the actuator.
- the actuator is guided in particular for carrying out a substantially rectilinear movement between the first and the second position with the aid of the guide means.
- the guide means could comprise at least one shift rod.
- the shift rod could be attached to a transmission housing.
- the actuator could have a recess through which the shift rod extends in the installed state. As a result, the shift fork is guided in a substantially rectilinear motion.
- At least one position detection means is provided with which the currently present position of the actuator is detectable.
- a position detection means could for example comprise an electromechanical detector or a magnetic field detector.
- an electromechanical detector could include a mechanically operable switch that opens or closes an electrical circuit when actuated by the actuator. From this, a corresponding electrical signal can thus be derived, so that the position of the actuator can be detected.
- the currently present magnetic field can be detected, for example, at a location close to the electromagnet.
- a magnetic field detector will generate an electrical signal that depends on the strength of the magnetic field. Since the magnetic field strength of the electromagnet is different in the first position of the actuator than in the second position of the actuator, can be deduced by the detection of the magnetic field strength of the electromagnet also on the currently present position of the actuator.
- the position detection means comprises a current intensity detector, with which the currently present current flowing through the coil of the electromagnet is detectable. Since the changed position of the actuator causes a change in the inductance of the coil, this in turn causes a change in the current of the current flowing through the coil of the electromagnet current. Thus, if one detects this current, one can thus also infer the currently present position of the actuator. With this measure, an electromechanical detector or a magnetic field detector may not be required in a particularly advantageous manner.
- a control unit controls a power stage in such a way that for a presettable period of time, a current of a current source of predeterminable magnitude is supplied to an electromagnet having at least one coil. With the coil of the electromagnet, a magnetic field is generated with which the actuator is moved from a first position.
- a current of a predetermined second current is set.
- the second current is less than the first current.
- the inventive method is used in particular for operating a control device according to one of claims 1 to 17, so that reference is made to avoid repetition of the preceding description part and is.
- Fig. 2 is a diagram in which the force acting on the actuator magnetic force (ordinate) is shown as a function of the spatial coordinate (abscissa) and
- Fig. 3 is a diagram in which the envelope of a
- Fig. 1 shows a
- the gear shift 12 includes a shift sleeve 14 which is rotatably mounted on a shaft 18.
- the shift sleeve 14 includes an internal toothing 20 which engages in an outer toothing 22 of the shaft 18 and thus ensures a rotationally fixed connection between the shift sleeve 14 and shaft 18.
- the shaft 18 rotates about the axis 16.
- the shift sleeve 14 is slidably disposed in the direction of the axis 16 and can be moved by the actuator 24.
- the actuator 24 is also arranged movable in the direction of the axis 16 and is guided by the shift rod 26 shown in FIG.
- a further shift rod which is arranged substantially at the same position, but not in the plane of the sectional view shown in Fig. 1.
- the shift rod 26 is fixedly secured to the actuator 24 and is supported in the right bearing 28 and the left bearing 30 so that the shift rod 26 together with the actuator 24 can perform a movement that points substantially in the direction of the axis 16.
- the bearings 28, 30 could for example be formed in the form of circular recesses, which are provided in a transmission housing, not shown in Fig. 1.
- the actuator 24 is in the operating state shown in Fig. 1 in its neutral position. In other words, there is only a rotationally fixed connection between the shaft 18 and the shift sleeve 14. Only schematically is indicated that a spring device 32 is provided, which is fastened with its one side to the transmission housing, not shown in Fig. 1 and which urges the actuator 24 to the right. If the actuator 24 is moved to the left, this is done against the force provided by the spring means 32.
- the shift sleeve 14 can be moved by the actuator 24 to the left, so that provided on the gear 34 projections 36 in the recesses 38 of the shift sleeve 14 come into engagement. In such a state, the shaft 18 is also rotatably connected to the gear 14.
- the electromagnet 40 is provided.
- the solenoid 40 includes a coil 42 and a core 44.
- the coil 42 is wound around the central region 46 of the core 44.
- the core 44 shown in FIG. 1 has substantially the shape of a cuboid, which has recesses at the points at which the coil 42 is wound.
- the coil 42 can be acted upon by the power stage 50 via the electrical lines 48 with electric current.
- the electromagnet 40 builds up a magnetic field through which the actuator 24 is moved to the left until the actuator 24 against the spring force of the spring means 32 to the electromagnet 40 and the core 44 of the coil 42 is flat to the plant.
- the shift sleeve 14 is also moved on the shaft 18 to the left, so that the projections 36 of the gear 34 come into the recesses 38 of the shift sleeve 14 for engagement.
- Gear shift point 12 is a rotationally fixed connection between the shaft 18 and the gear 34 is formed. As soon as the electric current no longer flows through the coil 42, that is, the magnetic field is no longer present, the actuator 24 together with the shift sleeve 14 due to the spring force of the spring means 32 is moved to the right again, so that the gear shift point 12 returns to the neutral position. Accordingly, the gear shift 12 of FIG. 1 has a shift position and a neutral position.
- the control unit 52 controls the power stage 50 in such a way that for a predefinable period of time, a current of the current source 54 in a predetermined amount of the coil 42 of the electromagnet 44th
- the power source 54 may be embodied, for example, in the form of a battery or a DC intermediate circuit of the vehicle in which the transmission is installed.
- the control unit 52 could be in the form of a computer, in particular a single-board computer.
- the parts of the gear 34 and the outer teeth 22 of the shaft 18 would have to be mirrored drawn on the axis 16, but this is not done in the present case. Accordingly, the shaft 18 extends through the gear 34, but is not always in a rotationally fixed connection.
- the shift sleeve 14 has a groove 56 into which engages the one end region of the actuator 24. Between the actuator 24 and the electromagnet 40 is in the neutral position, an air gap 58. The air gap 58 is smaller when the actuator 24 approaches the electromagnet 40. In the switched position of the gear shift point 12, that is, when the actuator 24 rests flat against the electromagnet 40, the air gap 58 is quasi no longer present.
- Fig. 2 is a diagrammatic representation of a diagram in which the magnetic force acting on the actuator (not shown in Fig. 2) (an attractive force) is presented in arbitrary units (plotted on the ordinate) as a function of the location coordinate x (plotted on the abscissa) is shown.
- the spatial coordinate x is in this case the distance from the core 44 of the electromagnet 40 shown in FIG. 1.
- the curve FM1 shows the force of the magnetic field of the electromagnet which is present when current of the first current intensity II flows through the coil 46.
- the curve FM2 is accordingly the strength of the magnetic field as a function of the spatial coordinate when the current of the second current 12 flows through the coil 46.
- At the location coordinate Sl is the neutral position of the actuator, such as
- Fig. 1 At the location coordinate S2 is the switched position, which would correspond to an actuator position of FIG. 1, when the actuator 24 is flush against the core 44 of the electromagnet 40. Furthermore, in the diagram of FIG. 2, the force acting on the actuator by the pretensioning device 32 is plotted as a function of the spatial coordinate.
- the pretensioning device 32 from FIG. 1 has a spring for which the Hook's Law is valid in the present application area and accordingly has a linear course.
- the magnetic attraction force acting on the actuator according to the curve FM1 at all points between the first position Sl and the second position S2 is greater than the force exerted on the actuator by the spring device according to the curve FS. Accordingly, when switching the current of the first current Il, the actuator can be moved against the force of the spring device from the first position S1 to the second position S2. In a region between the first position Sl and a further position VS is the force exerted by the spring device on the actuator force
- the force of attraction exerted on the actuator has the magnitude FMVS.
- the force exerted on the actuator by the pretensioning device at the specifiable point VS has the magnitude FSVS in magnitude and is greater than FMVS and oppositely directed.
- the second current intensity 12 is selected such that at the predeterminable position VS the magnetic attraction force acting on the actuator by the electromagnet is smaller than the force ("repulsive force") acting away from the electromagnet 40 at this presettable point VS.
- Biasing means to ultimately spend the actuator from the first position Sl to the second, engaged position S2.
- FIG. 3 In the diagram of FIG. 3 is shown in a schematic representation and only by way of example, a current waveform with which the power stage 50 of FIG. 1, the coil 42 of the electromagnet 40 of FIG. 1 is energized.
- the current I is plotted on the ordinate in arbitrary units as a function of time t (plotted on the abscissa) in units of seconds.
- the current flowing through the coil 42 from FIG. 1 has the value 0.
- a current of magnitude Il flows through the coil of the electromagnet, for a duration of 5 s.
- This is the current of the first current II, which is then turned on to move the actuator from the first position Sl to the second position S2.
- the current of the intensity 12 is set, namely as long as the gear shift 12 of FIG. 1 should remain in the engaged or switched state.
- the current 12 (holding current) corresponds to the second current and is smaller than the first current II. If the switching operation was completed successfully, the further current waveform of the diagram of FIG. 3 is irrelevant.
- Preload device 32 of FIG. 1 the actuator together with the shift sleeve spent in its neutral position Sl.
- the current flowing through the coil 42 of FIG. 1 is a pulsed current waveform consisting of pulses 60 having a pulse repetition frequency of 10 Hz each in the time intervals [t1, t2] and [ t3, t4].
- the pulse repetition frequency is 50 Hz in each case, which can only be indicated schematically.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (10) zum Ansteuern eines Aktuators (24) für eine Getriebeschaltstelle (12) . Die Steuervorrichtung (10) umfasst eine Leistungsstufe (50) und eine Steuereinheit (52) . Die Steuereinheit (52) steuert die Leistungsstufe (50) derart an, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom einer Stromquelle (54) in vorgebbarer Stärke einem mindestens eine Spule aufweisenden Elektromagneten (40) zuführbar ist. Mit der Spule (42) des Elektromagneten (40) ist ein Magnetfeld erzeugbar, mit welchem der Aktuator (24) von einer ersten Stellung (Sl) bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators (24) für eine Getriebeschaltstelle (12) . Um eine Schaltstrategie für die Steuervorrichtungen zum Ansteuern eines Aktuators (24) einer Getriebeschaltstelle (12) anzugeben, mit welcher Rückschlüsse darauf gezogen werden können, ob ein bestimmter Gang des Getriebes eingelegt ist oder nicht, ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung (10) dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des Aktuators (24) von der ersten Stellung (Sl) zu einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren ersten Stromstärke (II) einstellbar ist, dass zum Halten des Aktuators (24) in einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren zweiten Stromstärke (12) einstellbar ist und dass die zweite Stromstärke (12) kleiner als die erste Stromstärke (II) ist.
Description
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Case 9420 WO
Zusammenfassung
Steuervorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators für eine Getriebeschaltstelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (10) zum Ansteuern eines Aktuators (24) für eine
Getriebeschaltstelle (12). Die Steuervorrichtung (10) umfasst eine Leistungsstufe (50) und eine Steuereinheit (52). Die Steuereinheit (52) steuert die Leistungsstufe (50) derart an, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom einer Stromquelle
(54) in vorgebbarer Stärke einem mindestens eine Spule aufweisenden Elektromagneten (40) zuführbar ist. Mit der Spule
(42) des Elektromagneten (40) ist ein Magnetfeld erzeugbar, mit welchem der Aktuator (24) von einer ersten Stellung (Sl) bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators (24) für eine Getriebeschaltstelle (12). Um eine Schaltstrategie für die Steuervorrichtungen zum Ansteuern eines Aktuators (24) einer Getriebeschaltstelle (12) anzugeben, mit welcher Rückschlüsse darauf gezogen werden können, ob ein bestimmter Gang des Getriebes eingelegt ist oder nicht, ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung (10) dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des Aktuators (24) von der ersten Stellung (Sl) zu einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren ersten Stromstärke (II) einstellbar ist, dass zum Halten des Aktuators (24) in einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren zweiten Stromstärke (12) einstellbar ist und dass die zweite Stromstärke (12) kleiner als die erste Stromstärke
(II) ist.
Fig. 1
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Steuervorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators für eine Getriebeschaltstelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators für eine Getriebeschaltstelle. Die Steuervorrichtung umfasst eine Leistungsstufe und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit steuert die Leistungsstufe derart an, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom einer Stromquelle in vorgebbarer Stärke einem mindestens eine Spule aufweisenden Elektromagneten zuführbar ist. Mit der Spule des Elektromagneten ist ein Magnetfeld erzeugbar, mit welchem der Aktuator von einer ersten Stellung bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators für eine Getriebeschaltstelle.
Steuervorrichtungen der eingangs genannten Art dienen beispielsweise zum Ansteuern von Elektromagneten, die Aktuatoren betätigen und die als Schalt- oder Stellantriebe in der Industrie bekannt und weit verbreitet sind. Grundsätzlich umfasst ein solcher Elektromagnet im Wesentlichen einen nicht beweglich angeordneten Kern (Joch) , auf den eine Spule aufgebracht ist. Mit dem Elektromagneten wird ein beweglich angeordneter Aktuator bewegt und zwar durch die elektrische bzw. magnetische Energie des durch den Kern und die Spule gebildeten Elektromagneten. Der Aktuator führt z.B. eine translatorische Bewegung aus, falls er entsprechend mit linear ausgebildeten Führungsmitteln geführt ist.
Mit der Steuereinheit werden beispielsweise die von einem Bedienelement erzeugten Signale ausgewertet und entsprechende Steuersignale erzeugt, die einer Leistungsstufe zugeführt werden. Solche Steuersignale können beispielsweise pulsweitenmodulierte Strom- bzw. Spannungsverläufe umfassen. Mit der Leistungsstufe werden dann die erforderlichen
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elektrischen Leistungen geschaltet, das heißt der Elektromagnet wird mit elektrischem Strom beaufschlagt, stellt also entsprechend der Eingangssignale die Verbindung zwischen einer elektrischen Strom- bzw. Versorgungsquelle und dem Elektromagneten her. Die Leistungsstufe schaltet damit die Arbeitsströme/-spannungen . Die Steuereinheit und die Leistungsstufe können in Form von getrennten Baugruppen oder in einer Baugruppe zusammengefasst sein.
Falls nun mit einem elektromagnetisch betreibbaren Aktuator eine Getriebeschaltstelle eines Getriebes für ein Fahrzeug geschaltet wird, ist zur Gewährleistung eines sicheren Fahrbetriebs eine Schaltstrategie für den Aktuator vorzusehen, mit welcher sichergestellt werden kann, dass ein bestimmter Gang des Getriebes eingelegt ist oder nicht. Bei einem elektromagnetisch betreibbaren Aktuator einer
Getriebeschaltstelle sind zum Einlegen des Gangs nunmehr keine rein mechanischen Aktuatoren bzw. Hebel erforderlich, anhand deren räumlicher Position erkannt werden kann, ob ein Gang eingelegt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welche die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll eine Schaltstrategie für die Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators einer Getriebeschaltstelle angegeben und weitergebildet werden, mit welcher Rückschlüsse darauf gezogen werden können, ob ein bestimmter Gang des Getriebes eingelegt ist oder nicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß ist eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des Aktuators von der ersten Stellung zu einer zweiten Stellung mit der Leistungsstufe ein Strom einer vorgebbaren ersten Stromstärke einstellbar ist. Zum Halten des Aktuators in einer zweiten Stellung mit der Leistungsstufe ist ein Strom einer vorgebbaren zweiten Stromstärke einstellbar. Die zweite Stromstärke ist kleiner als die erste Stromstärke.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass man sich die Eigenschaften des Magnetfelds eines auf elektromagnetischer Grundlage arbeitenden Aktuators, beispielsweise eines Elektromagneten in Verbindung mit einem beweglich angeordneten Aktuator, Anker oder Schaltgabel sich zu Nutze machen kann, um nämlich den Aktuator in einer bestimmten Stellung zu halten, beispielsweise in einer Stellung, in welcher ein Gang eingelegt ist. So hängt beispielsweise die Stärke eines Magnetfelds eines Elektromagneten, insbesondere eines Hubmagneten, von der Ortskoordinate reziprok ab, d.h. je nach konkreter Ausgestaltung des Elektromagneten, umgekehrt proportional bzw. 1/x, wenn x die Ortskoordinate bzw. die Entfernung vom Elektromagneten ist. Die auf den Aktuator ausgeübte Kraft des Magnetfelds hängt von der Stromstärke I ab, die durch die Spule des Elektromagneten fließt, wobei ebenfalls nach konkreter Ausgestaltung des Elektromagneten eine direkte Proportionalität oder eine quadratische Abhängigkeit zwischen Stromstärke I und der Kraft des Magnetfelds auf den Aktuator vorliegt. Gerade diese Eigenschaft macht man sich in erfindungsgemäßer Weise zu Nutze, indem man zum Schalten des Aktuators bzw. zum Bewegen des Ankers eine erste Stromstärke einstellt, die hierzu die erforderliche magnetische Kraft aufbringen kann. Dann ist nämlich die auf den Aktuator ausgeübte Kraft ausreichend um beispielsweise bei einer vorliegenden Relativdrehzahl zwischen einer von dem Aktuator betätigten Schaltmuffe und einem Zahnrad des Getriebes dennoch ein Schaltvorgang durchführen zu können, obwohl unter Umständen ein mechanischer Widerstand vorliegt,
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der mit der Kraft - aufgrund des ersten Stroms in der Spule und des hiermit verbundenen Magnetfelds ausreichender Feldstärke - jedoch überwinden werden kann. In der Haltephase des Aktuators befindet sich der Aktuator nahe am Elektromagneten bzw. liegt an dem Elektromagneten an. Die geschaltete Stellung ist bevorzugt die Stellung, in welcher der Aktuator sich in unmittelbarer Nähe zum Elektromagneten befindet oder an dem Elektromagneten selbst anliegt, da einerseits die Getriebeschaltstelle nicht zuletzt aus Sicherheitsgründen in der geschalteten Stellung mit einer aktiven Kraft auf den Aktuator gehalten wird. Andererseits besteht der Aktuator aus einem ferromagnetischen Material und wird von dem Magnetfeld des Elektromagneten angezogen. Da in der geschalteten Stellung der Aktuator näher an dem Elektromagneten angeordnet ist, ist es auch ausreichend, den Aktuator in der geschalteten Stellung der Getriebeschaltstelle mit einem zweiten elektrischen Strom in der Spule des Elektromagneten zu halten, der kleiner als der erste Strom ist, da bei einer geringen Entfernung x des Aktuators vom Elektromagneten (d.h. bei einem kleinen Luftspalt) das Magnetfeld dennoch groß genug ist (wegen der 1/x - Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke) , auch wenn der hierfür erforderliche Haltestrom lediglich ein Bruchteil - beispielsweise ein 1/5 bis ein 1/6 - des elektrischen Stroms erste Stromstärke ist, der zum Bewegen des Ankers eingestellt wird.
Durch die erfindungsgemäße Steuerstrategie der Steuervorrichtung ist in ganz besonders vorteilhafter Weise wenig elektrische Energie aufzubringen, um den Schaltvorgang der Getriebeschaltstelle durchzuführen beziehungsweise die Getriebeschaltstelle in geschalteten Zustand zu belassen. Weiterhin ist aufgrund der kleineren zweiten Stromstärke die Verlustwärme in der Spule geringer. In diesem Zustand ist jedoch - wie oben ausgeführt - üblicherweise der aktive Schaltzustand der Getriebeschaltstelle, das heißt in Abhängigkeit des Betriebszustands des Fahrzeugs kann dieser
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Schaltzustand über einen längeren Zeitraum vorliegen. Für lediglich einen relativ kurzen Zeitraum wird die Spule bzw. der Elektromagnet mit der ersten, größeren vorgebbaren Stromstärke beaufschlagt, beispielsweise für die Dauer von 5 s . In diesem Zeitraum wird dann der Aktuator von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung bewegt. Dementsprechend wird der Elektromagnet nur für eine kurze Zeit mit einem relativ hohen Strom beaufschlagt, für den Rest der Zeit fließt entweder kein Strom oder nur der Strom der zweiten, geringeren Stromstärke. Daher muss in ganz besonders vorteilhafter Weise im Idealfall der Elektromagnet nicht oder nur geringfügig gekühlt werden.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator bzw. der Anker aufgrund des Magnetfelds des Elektromagneten von einer ersten Stellung entgegen einer vorgebbaren Kraft einer Vorspanneinrichtung bewegbar. Eine solche Vorspanneinrichtung könnte beispielsweise mit Hilfe einer Feder realisiert sein, wie sie häufig bei Getriebeschaltstellen eingesetzt. Mit der Vorspanneinrichtung wird üblicherweise die Schaltgabel nebst Schaltmuffe in die Neutralstellung der Getriebeschaltstelle gedrängt. Die erste Stromstärke ist in der Regel derart ausgelegt bzw. bemessen, dass die vom Magnetfeld erzeugte und auf den Aktuator wirkende Kraft stets größer ist als die von der Vorspanneinrichtung auf den Aktuator wirkende Kraft. Hierdurch ist letztendlich sichergestellt, dass der Aktuator auch tatsächlich gegen die Kraft der Vorspanneinrichtung von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung betätigt werden kann.
Ganz besonders bevorzugt wird nun die zweite Stromstärke derart gewählt, dass an einer vorgebbaren Stellung des Aktuators bzw. des Ankers, die zwischen der ersten und der zweiten Stellung liegt, die vom Elektromagneten auf den Aktuator ausgeübte Magnetkraft kleiner als die an dieser vorgebbaren Stellung des Aktuators wirkende Kraft der Vorspanneinrichtung ist. Diese vorgebbare Stellung des
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Aktuators entspricht bevorzugt einem Betriebszustand der Getriebeschaltstelle, bei welchem die Getriebeschaltstelle gerade noch nicht eingerückt ist. Der Grund für diese Vorgehensweise ist folgender: zum Verbringen des Aktuators von der ersten (neutralen) Stellung zu der zweiten (geschalteten) Stellung der Getriebeschaltstelle wird die Spule des Elektromagneten mit der ersten, größeren Stromstärke beaufschlagt. Zum Halten des Aktuators in der zweiten
(geschalteten) Stellung wird nunmehr die kleinere zweite Stromstärke in dem Elektromagneten eingestellt. Falls der Aktuator allerdings nicht vollständig zur zweiten
(geschalteten) Stellung der Getriebeschaltstelle verbracht werden konnte, weil es beispielsweise einen mechanischen Widerstand aufgrund eines leichten Verkeilens der Schaltmuffe relativ zum Zahnrad gegeben hat, wird dennoch die kleinere zweite Stromstärke in der Spule des Elektromagneten eingestellt. Da allerdings die auf den Aktuator wirkende Kraft des Magnetfelds in diesem Betriebszustand geringer als die Kraft der Vorspanneinrichtung ist, wird der Aktuator von der Vorspanneinrichtung wieder in die erste (neutrale) Stellung verbracht, so dass die Getriebeschaltstelle nicht geschaltet ist bzw. auf Neutral steht. Durch diese ganz besonders bevorzugte Konfiguration wird sichergestellt, dass es letztendlich nur zwei mögliche Stellungen der Getriebeschaltstelle geben kann, nämlich entweder die geschaltete oder die neutrale Stellung. Bei keinem eingestellten Strom oder z.B. bei einem Stromausfall im Fehlerfall wird der Aktuator aufgrund der Vorspanneinrichtung in die erste Stellung gedrängt. Sollte die erste vorgebbare größere Stromstärke eingestellt werden, wird der Aktuator in die zweite Stellung verbracht und die zweite vorgebbare kleinere Stromstärke hält den Aktuator in der zweiten geschalteten Stellung. Entweder befindet sich der Aktuator in der zweiten geschalteten Stellung und wird mit der kleineren Stromstärke in dieser Stellung gehalten oder die Bewegung des Aktuators von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung
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konnte nicht vollständig durchgeführt werden. In letzterem Fall wird der Aktuator von der Vorspanneinrichtung ebenfalls in die erste Stellung gedrängt.
Wie bereits angedeutet, wird ganz besonders bevorzugt die erste Stromstärke derart gewählt, dass an allen Stellungen des Aktuators, die zwischen der ersten und der zweiten Stellung liegen, die vom Elektromagneten auf den Aktuator ausgeübte Magnetkraft größer als die an diesen Stellungen des Aktuators wirkende Kraft der Vorspanneinrichtung ist. Hiermit kann sichergestellt werden, dass der Aktuator von der ersten zur zweiten Stellung entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung bewegbar ist.
Zum Ausführen einer schnellen Bewegung des Aktuators und/oder zum Bewegen des Aktuators mit einer erhöhten Kraft von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung ist mit der Leistungsstufe ein Strom einer vorgebbaren dritten Stromstärke einstellbar. Die dritte Stromstärke ist größer als die erste Stromstärke. Die dritte Stromstärke wird insbesondere dann eingestellt, falls ein vorausgegangener Schaltversuch der Getriebeschaltstelle fehlgeschlagen ist und der Aktuator sich wieder in der ersten Stellung befindet. Die dritte Stromstärke ist bevorzugt derart bemessen, dass eine Schaltung der Getriebeschaltstelle in jedem Fall durchgeführt werden kann, auch gegen ein eventuelles Verkeilen oder Blockieren.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in mindestens einem Betriebszustand der Getriebeschaltstelle die Leistungsstufe keinen Strom dem Elektromagneten zuführt. Wie bereits ausgeführt, könnte in einem solchen Betriebszustand die Getriebeschaltstelle sich in einem neutralen Zustand befinden.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Strom der Stromquelle gepulst. Hierbei kann es sich um verschiedene Arten von Strompulsen handeln, beispielsweise von
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rechteckförmigen oder sägezahnförmigen Pulsen. Durch den pulsierenden Strom wird letztendlich eine pulsierende Kraft auf den Aktuator ausgeübt. Trifft beispielsweise der Aktuator während seiner Bewegung auf ein Hindernis, so kann bei einer niedrigen Pulsfrequenz aufgrund der pulsförmigen Kraftwirkung auf den Aktuator eine Art Rüttelbewegung auf den Aktuator ausgeübt werden, so dass trotz eines leichten Verkeilens von Bauteilen der Getriebeschaltstelle dennoch in seine zweite Stellung verbracht werden kann und somit die Getriebeschaltstelle in die geschaltete Stellung gebracht werden kann. Ganz allgemein kann mit einer auf den momentanen Betriebszustand angepassten Pulsfrequenz bzw. mit einer vorgebbaren, unter Umständen veränderbaren Pulsfrequenz eine entsprechende Kraftwirkung auf den Aktuator ausgeübt werden.
Ganz besonders bevorzugt ist der Strom der Stromquelle pulsweitenmoduliert . Insbesondere die Pulsweite der einzelnen Strompulse und/oder die Zeitdauer zwischen den einzelnen Pulsen könnte variierbar sein. Die Pulsweitenmodulation wird bevorzugt in Abhängigkeit der beabsichtigten Aktuatorbewegung gewählt und kann eine Pulsfrequenz haben, die in einem Bereich von ca. 2 bis 100 Herz liegt. Bevorzugt wird bei einer Bewegung des Aktuators von der ersten zur zweiten Stellung eine Pulsfrequenz von ca. 10 Hz gewählt. In dem Betriebszustand, in welchem der Aktuator in der geschalteten zweiten Stellung aktiv von dem Elektromagneten gehalten wird, wird bevorzugt eine höhere Pulsfrequenz, beispielsweise 50 Hz eingestellt. Bei der Ausführung einer schnellen Bewegung des Aktuators und/oder zum Bewegen des Aktuators mit einer erhöhten Kraft von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung wird bevorzugt eine niedrige Pulsfolgefrequenz eingestellt, beispielsweise in einem Bereich von 10 Hz.
Obwohl der Strom, mit welchem der Elektromagnet beaufschlagt wird, gepulst und/oder pulsweitenmoduliert ist, ist ganz besonders bevorzugt der Strom der Stromquelle Gleichstrom. Die
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Gleichstrom-Stromquelle könnte beispielsweise in Form einer Batterie des Fahrzeugs oder in Form eines Gleichstrom- Zwischenkreises des Fahrzeugs ausgebildet sein.
Die Getriebeschaltstelle weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Schaltmuffe, eine Schaltgabel und einen Aktuator auf. Die Schaltmuffe ist mit der Schaltgabel verbunden oder steht damit in Eingriff. Mit dem Aktuator ist die Schaltgabel und somit die Schaltmuffe betätigbar. Der Aktuator wird von dem Magnetfeld des Elektromagneten bewegt. Auch die Schaltmuffe ist zwischen mindestens zwei Schaltstellungen eines Getriebes bewegbar, insbesondere zwischen einer Neutralstellung und mindestens einer Schaltstellung. Ganz besonders bevorzugt weist der Aktuator einen Anker auf bzw. der Aktuator ist in Form des Ankers ausgebildet. Jedenfalls wird mit dem Anker die Schaltgabel der Getriebeschaltstelle bewegt. Alternativ kann der Aktuator und der Anker einteilig und in Form einer Schaltgabel ausgebildet sein. Er könnte auch derart ausgebildet und angeordnet sein, dass er sich zumindest teilweise in einen von der Spule umschlossenen Bereich bewegt.
Grundsätzlich weist der Elektromagnet einen Kern auf, wobei der Kern der Spule bzw. der Kern des Elektromagneten ein Weicheisenmaterial aufweisen könnte, was eine hohe Verstärkung des von der Spule erzeugten Magnetfeldes bewirkt. Der Kern könnte bevorzugt ein Blechstapelpaket aufweisen.
Im Konkreten könnte der Aktuator zumindest bereichsweise im Wesentlichen eben oder plattenförmig ausgebildet sein. Dies wäre insbesondere in einem Bereich denkbar, der dem Elektromagneten zugewandt oder benachbart angeordnet ist. Vorzugsweise könnten der Elektromagnet und der plattenförmige Bereich des Aktuators bzw. der Schaltgabel derart angeordnet sein, dass die Kraft des Elektromagneten im Wesentlichen senkrecht zum plattenförmigen Bereich wirkt. Nach einem
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Aktivieren des Elektromagneten würde beispielsweise der Elektromagnet den Aktuator bzw. die Schaltgabel anziehen und zwar solange, bis sie an dem Elektromagneten bzw. Kern anliegt beziehungsweise plan aufliegt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Aktuator bzw. die Schaltgabel ein Material auf, das vom Magnetfeld des Elektromagneten angezogen wird. Beispielsweise ist der Aktuator aus Metall, insbesondere Eisen oder Stahl gefertigt. Somit wird der Aktuator von dem Elektromagneten angezogen, falls durch die Spule des Elektromagneten ein Strom fließt und sich hierdurch ein Magnetfeld aufbaut.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Führungsmittel zum Führen des Aktuators vorgesehen. Der Aktuator ist insbesondere zur Ausführung einer im Wesentlichen geradlinigen Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Stellung mit Hilfe des Führungsmittels geführt. Das Führungsmittel könnte mindestens eine Schaltstange aufweisen. Die Schaltstange könnte an einem Getriebegehäuse befestigt sein. Der Aktuator könnte eine Ausnehmung aufweisen, durch die die Schaltstange sich im eingebauten Zustand erstreckt. Hierdurch ist die Schaltgabel bei einer im Wesentlichen geradlinigen Bewegung geführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Positionsdetektionsmittel vorgesehen, mit welchem die aktuell vorliegende Position des Aktuators detektierbar ist. Ein Positionsdetektionsmittel könnte beispielsweise einen elektro- mechanischen Detektor oder einen Magnetfelddetektor aufweisen. Ein elektromechanischer Detektor könnte beispielsweise einen mechanischen betätigbaren Schalter aufweisen, welcher bei Betätigung durch den Aktuator einen elektrischen Schaltkreis öffnet oder schließt. Hieraus kann damit ein entsprechendes elektrisches Signal abgeleitet werden, so dass die Position des Aktuators detektiert werden kann. Alternativ oder
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zusätzlich kann mit einem Magnetfelddetektor das aktuell vorliegende Magnetfeld beispielsweise an einer Stelle nahe des Elektromagneten detektiert werden. Üblicherweise wird ein solcher Magnetfelddetektor ein elektrisches Signal erzeugen, das von der Stärke des Magnetfelds abhängt. Da die Magnetfeldstärke des Elektromagneten bei der ersten Stellung des Aktuators eine andere ist als bei der zweiten Stellung des Aktuators, kann durch die Detektion der Magnetfeldstärke des Elektromagneten ebenfalls auf die aktuell vorliegende Position des Aktuators rückgeschlossen werden.
Ganz besonders bevorzugt umfasst das Positionsdetektionsmittel einen Stromstärkedetektor, mit welchem die durch die Spule des Elektromagneten fließende aktuell vorliegende Stromstärke detektierbar ist. Da die veränderte Position des Aktuators eine Veränderung der Induktivität der Spule bewirkt, bewirkt dies wiederum eine Änderung der Stromstärke des durch die Spule des Elektromagneten fließenden Stroms. Wenn man also diesen Strom detektiert, kann man hierdurch ebenfalls auf die aktuell vorliegende Position des Aktuators rückschließen. Mit dieser Maßnahme ist ein elektromechanischer Detektor oder ein Magnetfelddetektor unter Umständen in ganz besonders vorteilhafter Weise nicht erforderlich.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 18 gelöst. Demgemäß handelt es sich um ein Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators für eine Getriebeschaltstelle. Eine Steuereinheit steuert eine Leistungsstufe derart an, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom einer Stromquelle in vorgebbarer Stärke einem mindestens eine Spule aufweisenden Elektromagneten zugeführt wird. Mit der Spule des Elektromagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, mit welchem der Aktuator von einer ersten Stellung bewegt wird.
Erfindungsgemäß wird zur Bewegung des Aktuators von der ersten Stellung zu einer zweiten Stellung mit der Leistungsstufe ein
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Strom einer vorgebbaren ersten Stromstärke eingestellt. Zum Halten des Aktuators in einer zweiten Stellung mit der Leistungsstufe wird ein Strom einer vorgebbaren zweiten Stromstärke eingestellt. Die zweite Stromstärke ist kleiner als die erste Stromstärke.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zum Betreiben einer Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf den vorangegangenen Beschreibungsteil verwiesen und wird.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Getriebeschaltstelle eines Getriebes mit einer Steuervorrichtung,
Fig. 2 ein Diagramm, in welchem die auf den Aktuator wirkende magnetische Kraft (Ordinate) in Abhängigkeit der Ortskoordinate (Abszisse) gezeigt ist und
Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Einhüllende eines
Stromverlaufs gezeigt ist, mit welchem die Spule eines Elektromagneten beaufschlagt wird.
Gleiche oder ähnliche Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. 1 zeigt eine
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Steuervorrichtung 10 zum Ansteuern eines Aktuators 24 einer Getriebeschaltstelle 12, wobei der Aktuator 24 die Funktion einer Schaltgabel der Getriebeschaltstelle 12 aufweist. Die Getriebeschaltstelle 12 umfasst eine Schaltmuffe 14, die drehfest auf einer Welle 18 angeordnet ist. Die Schaltmuffe 14 umfasst eine Innenverzahnung 20, die in eine Außenverzahnung 22 der Welle 18 eingreift und somit eine drehfeste Verbindung zwischen Schaltmuffe 14 und Welle 18 gewährleistet. Die Welle 18 rotiert um die Achse 16. Die Schaltmuffe 14 ist in Richtung der Achse 16 verschiebbar angeordnet und kann von dem Aktuator 24 bewegt werden. Der Aktuator 24 ist ebenfalls in Richtung der Achse 16 bewegbar angeordnet und wird von der in Fig. 1 gezeigten Schaltstange 26 geführt. Es ist noch eine weitere Schaltstange vorgesehen, die im Wesentlichen an der gleichen Position, jedoch nicht in der Ebene der in Fig. 1 gezeigten Schnittdarstellung angeordnet ist. Der Einfachheit halber ist daher die weitere Schaltstange in Fig. 1 nicht gezeigt. Die Schaltstange 26 ist fest an dem Aktuator 24 befestigt und ist in dem rechten Lager 28 und dem linken Lager 30 derart gelagert, dass die Schaltstange 26 zusammen mit dem Aktuator 24 eine Bewegung ausführen können, die im Wesentlichen in Richtung der Achse 16 zeigt. Die Lager 28, 30 könnten beispielsweise in Form von kreisförmigen Ausnehmungen gebildet werden, die in einem in Fig. 1 nicht gezeigten Getriebegehäuse vorgesehen sind.
Der Aktuator 24 befindet sich in dem in Fig. 1 gezeigten Betriebszustand in seiner Neutralstellung. Mit anderen Worten liegt lediglich eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 18 und der Schaltmuffe 14 vor. Lediglich schematisch ist angedeutet, dass eine Federeinrichtung 32 vorgesehen ist, welche mit ihrer einen Seite an dem in Fig. 1 nicht gezeigten Getriebegehäuse befestigt ist und welche den Aktuator 24 nach rechts drängt. Falls der Aktuator 24 nach links bewegt wird, geschieht dies gegen die von der Federeinrichtung 32 bereitgestellte Kraft.
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Die Schaltmuffe 14 kann von dem Aktuator 24 nach links bewegt werden, so dass am Zahnrad 34 vorgesehene Vorsprünge 36 in den Ausnehmungen 38 der Schaltmuffe 14 zum Eingriff kommen. In einem solchen Zustand ist die Welle 18 auch drehfest mit dem Zahnrad 14 verbunden.
Zum Bewegen des Aktuators 24 ist der Elektromagnet 40 vorgesehen. Der Elektromagnet 40 umfasst eine Spule 42 und einen Kern 44. Die Spule 42 ist um den mittleren Bereich 46 des Kerns 44 gewickelt. Der in Fig. 1 gezeigte Kern 44 weist im Wesentlichen die Form eines Quaders auf, der an den Stellen, an welchen die Spule 42 gewickelt ist, Ausnehmungen aufweist. Die Spule 42 ist über die elektrischen Leitungen 48 von der Leistungsstufe 50 mit elektrischem Strom beaufschlagbar. Falls also durch die Leitungen 48 und die Spule 42 ein elektrischer Strom fließt, baut der Elektromagnet 40 ein Magnetfeld auf, durch welches der Aktuator 24 nach links bewegt wird, bis der Aktuator 24 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 32 an dem Elektromagneten 40 bzw. an dem Kern 44 der Spule 42 plan zur Anlage kommt. Hierdurch wird die Schaltmuffe 14 auf der Welle 18 ebenfalls nach links bewegt, so dass die Vorsprünge 36 des Zahnrads 34 in die Ausnehmungen 38 der Schaltmuffe 14 zum Eingriff kommen. In dieser Schaltstellung der
Getriebeschaltstelle 12 ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 18 und dem Zahnrad 34 gebildet. Sobald nun der elektrische Strom nicht mehr durch die Spule 42 fließt, also das Magnetfeld nicht mehr vorliegt, wird der Aktuator 24 samt Schaltmuffe 14 aufgrund der Federkraft der Federeinrichtung 32 wieder nach rechts bewegt, so dass die Getriebeschaltstelle 12 wieder in die Neutralstellung zurückkehrt. Demgemäß weist die Getriebeschaltstelle 12 aus Fig. 1 eine Schaltstellung und einem Neutralstellung auf.
Die Steuereinheit 52 steuert die Leistungsstufe 50 derart an, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom der Stromquelle 54 in vorgebbarer Stärke der Spule 42 des Elektromagneten 44
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zugeführt wird. Die Stromquelle 54 kann beispielsweise in Form einer Batterie oder eines Gleichstrom-Zwischenkreises des Fahrzeugs, in welchem das Getriebe eingebaut ist, ausgeführt sein. Die Steuereinheit 52 könnte in Form eines Computers, insbesondere eines Einplatinencomputers, ausgeführt sein.
Selbstverständlich müssten die Teile des Zahnrads 34 sowie die äußere Verzahnung 22 der Welle 18 gespiegelt an der Achse 16 eingezeichnet sein, was jedoch im vorliegenden Fall nicht erfolgt ist. Dementsprechend erstreckt sich die Welle 18 durch das Zahnrad 34, ist jedoch damit nicht stets in drehfester Verbindung.
Die Schaltmuffe 14 weist eine Nut 56 auf, in welche der eine endseitige Bereich des Aktuators 24 eingreift. Zwischen dem Aktuator 24 und dem Elektromagneten 40 befindet sich in der Neutralstellung ein Luftspalt 58. Der Luftspalt 58 wird kleiner, wenn der Aktuator 24 sich dem Elektromagneten 40 annähert. In geschalteter Stellung der Getriebeschaltstelle 12, wenn also der Aktuator 24 an dem Elektromagneten 40 plan anliegt, ist der Luftspalt 58 quasi nicht mehr vorhanden.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, bei welchem die auf den - in Fig. 2 nicht gezeigten - Aktuator wirkende magnetische Kraft (es handelt sich um eine Anziehungskraft) in willkürlichen Einheiten (auf der Ordinate aufgetragen) als Funktion der Ortskoordinate x (auf der Abszisse aufgetragen) dargestellt ist. Die Ortskoordinate x ist hierbei die Entfernung von dem in Fig. 1 gezeigten Kern 44 des Elektromagneten 40. Mit der Kurve FMl ist die Kraft des Magnetfelds des Elektromagneten gezeigt, welches vorliegt, wenn durch die Spule 46 Strom der ersten Stromstärke Il fließt. Die Kurve FM2 ist dementsprechende die Stärke des Magnetfelds in Abhängigkeit von der Ortskoordinate, wenn durch die Spule 46 der Strom der zweiten Stromstärke 12 fließt. An der Ortskoordinate Sl ist die Neutralstellung des Aktuators, wie
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sie in Fig. 1 gezeigt ist. An der Ortskoordinate S2 ist die geschaltete Stellung, die einer Aktuatorstellung aus Fig. 1 entsprechen würde, wenn der Aktuator 24 am Kern 44 des Elektromagneten 40 plan anliegt. Weiterhin ist in dem Diagramm der Fig. 2 die von der Vorspanneinrichtung 32 auf den Aktuator wirkende Kraft in Abhängigkeit der Ortskoordinate eingezeichnet. Die Vorspanneinrichtung 32 aus Fig. 1 weist eine Feder auf, für die in dem vorliegenden Einsatzbereich das Hook' sehe Gesetz gilt und dementsprechend einen linearen Verlauf aufweist.
Somit ist die auf den Aktuator wirkende magnetische Anziehungskraft gemäß der Kurve FMl an allen Stellen zwischen der ersten Stellung Sl und der zweiten Stellung S2 größer als die auf den Aktuator von der Federeinrichtung ausgeübte Kraft gemäß der Kurve FS. Dementsprechend kann beim Schalten des Stroms der ersten Stromstärke Il der Aktuator entgegen der Kraft der Federeinrichtung von der ersten Stellung Sl zur zweiten Stellung S2 bewegt werden. In einem Bereich zwischen der ersten Stellung Sl und einer weiteren Stellung VS ist die von der Federeinrichtung auf den Aktuator ausgeübte Kraft
(gemäß Kurve FS) stets größer als die auf den Aktuator ausgeübte magnetische Kraft, die bei der zweiten Stromstärke 12
(d.h. gemäß der Kurve FM2) auf den Aktuator wirkt. An der vorgebbaren Stelle VS hat die auf den Aktuator ausgeübte Anziehungskraft dem Betrag nach die Größe FMVS. Die von der Vorspanneinrichtung an der vorgebbare Stelle VS auf den Aktuator ausgeübte Kraft hat dem Betrag nach die Größe FSVS und ist größer als FMVS sowie entgegengesetzt gerichtet.
Im Konkreten wird die zweite Stromstärke 12 derart gewählt, dass an der vorgebbaren Stellung VS die vom Elektromagneten auf den Aktuator wirkende magnetische Anziehungskraft kleiner als die an dieser vorgebbaren Stelle VS vorliegende vom Elektromagneten 40 weg wirkende Kraft („Abstoßungskraft") ist.
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Somit muss eine magnetische Kraft aufgebracht werden, die an allen Stellen zwischen Sl und S2 größer ist, als die in ihrer Richtung entgegengesetzt wirkende Kraft FS der
Vorspanneinrichtung um letztendlich den Aktuator von der ersten Stellung Sl zu der zweiten, eingerückten Stellung S2 zu verbringen .
In dem Diagramm gemäß Fig. 3 ist in einer schematischen Darstellung und lediglich beispielhaft ein Stromverlauf gezeigt, mit welchem die Leistungsstufe 50 aus Fig. 1 die Spule 42 des Elektromagneten 40 aus Fig. 1 mit Strom beaufschlagt.
Hier ist auf der Ordinate die Stromstärke I in willkürlichen Einheiten als Funktion der Zeit t (auf der Abszisse aufgetragen) in Einheiten von Sekunden aufgetragen. Zu einem Zeitpunkt 0 weist die durch die Spule 42 aus Fig. 1 fließende Stromstärke den Wert 0 auf. Zum Zeitpunkt tl fließt ein Strom der Stärke Il durch die Spule des Elektromagneten, und zwar für die Dauer von 5 s. Hierbei handelt es sich um den Strom der ersten Stromstärke II, der dann eingeschaltet wird, um den Aktuator von der ersten Stellung Sl zur zweiten Stellung S2 zu bewegen. Nach Ablauf der 5 s und zum Zeitpunkt t2 wird der Strom der Stärke 12 eingestellt, und zwar solange die Getriebeschaltstelle 12 aus Fig. 1 im eingerückten bzw. geschalteten Zustand verbleiben soll. Die Stromstärke 12 (Haltestrom) entspricht der zweiten Stromstärke und ist kleiner als die erste Stromstärke II. Falls der Schaltvorgang erfolgreich abgeschlossen wurde, ist der weitere Stromverlauf des Diagramms aus Fig. 3 unerheblich.
Falls zu einem späteren Zeitpunkt die Getriebeschaltstelle 12 aus Fig. 1 wieder in die Neutralstellung geschaltet werden soll, wird der Strom der Stärke 12 ausgeschaltet, so dass kein Strom mehr durch die Spule 42 aus Fig. 1 fließt. Dementsprechend wird aufgrund der Federkraft der
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Vorspanneinrichtung 32 aus Fig. 1 der Aktuator samt Schaltmuffe in seine Neutralstellung Sl verbracht.
Der weitere Stromverlauf des Diagramms aus Fig. 3 zeigt nun den eher unwahrscheinlichen Fall, dass der Schaltvorgang der Getriebeschaltstelle nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte, nämlich dass zu einem Zeitpunkt t3 ein Strom der Stromstärke und 13 eingeschaltet wird, wobei die dritte Stromstärke 13 größer als die Stromstärke Il ist. Hierdurch wird auf den Aktuator eine größere magnetische Anziehungskraft als beim Vorliegen der ersten Stromstärke Il ausgeübt, so dass erneut ein Schaltvorgang der Getriebeschaltstelle versucht wird. Die Größe der Stromstärke 13 ist derart bemessen, dass ein Schaltvorgang der Getriebeschaltstelle mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit ausgeführt werden kann. Die Stromstärke 13 wird ebenfalls für die Dauer von 5 s eingeschaltet und zu dem Zeitpunkt t4 auf die Stromstärke 12 reduziert, um nämlich den Aktuator mit der zweiten Stromstärke 12 in der geschalteten Stellung zu halten. Zu dem Zeitpunkt t5 wird die Stromstärke 12, die durch die Spule 42 aus Figur 1 fließt, auf den Wert 0 gesetzt, so dass die Schaltmuffe samt Aktuator aufgrund der Kraft der Vorspanneinrichtung in die Neutralstellung Sl verbracht wird.
Lediglich schematisch ist angedeutet, dass es sich bei dem Strom, der durch die Spule 42 aus Fig. 1 fließt, um einen gepulsten Stromverlauf handelt, der aus Pulsen 60 mit einer Pulsfolgefrequenz von jeweils 10 Hz in den Zeitintervallen [tl, t2] und [t3, t4] besteht. In den Zeitintervallen [t2, t3] und [t4, t5] beträgt die Pulsfolgefrequenz jeweils 50 Hz, was lediglich schematisch angedeutet werden kann.
In der Leistungsstufe 50 ist ein nicht gesondert gezeigter Stromstärkedetektor integriert, mit welchem die durch die Leistungsstufe 50 und durch die Spule des Elektromagneten 40 fließende Stromstärke detektierbar ist. Der Stromstärkedetektor
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erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal, welches der Steuereinheit 52 zugeleitet wird, so dass die aktuell vorliegende Position des Aktuators 24 der Steuereinheit 52 hieraus ermittelbar ist.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Claims
1. Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators (24) für eine Getriebeschaltstelle (12), mit einer Leistungsstufe (50) und einer Steuereinheit (52), wobei die Steuereinheit (52) die Leistungsstufe (50) derart ansteuert, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom einer Stromquelle (54) in vorgebbarer Stärke einem mindestens eine Spule (42) aufweisenden Elektromagneten (40) zuführbar ist, wobei mit der Spule (42) des Elektromagneten (40) ein Magnetfeld erzeugbar ist, mit welchem der Aktuator (24) von einer ersten Stellung (Sl) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des Aktuators (24) von der ersten Stellung (Sl) zu einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren ersten Stromstärke (II) einstellbar ist, dass zum Halten des Aktuators (24) in einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren zweiten Stromstärke (12) einstellbar ist und dass die zweite Stromstärke (12) kleiner als die erste Stromstärke (II) ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) aufgrund des Magnetfelds des Elektromagneten (40) von einer ersten Stellung (Sl) entgegen einer vorgebbaren Kraft einer Vorspanneinrichtung (32) bewegbar ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromstärke (12) derart gewählt wird, dass an einer vorgebbaren Stellung des
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Aktuators (24), die zwischen der ersten und der zweiten Stellung (Sl, S2) liegt, die vom Elektromagneten (40) auf den Aktuator (24) ausgeübte Magnetkraft kleiner als die an dieser vorgebbaren Stellung des Aktuators (24) wirkende Kraft der Vorspanneinrichtung (32) ist.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Stellung des Aktuators (24) einem Betriebszustand der Getriebeschaltstelle (12) entspricht, bei welchem die Getriebeschaltstelle (12) gerade noch nicht eingerückt ist.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromstärke (II) derart gewählt wird, dass an allen Stellungen des Aktuators (24), die zwischen der ersten und der zweiten Stellung (Sl, S2) liegen, die vom Elektromagneten (40) auf den Aktuator (24) ausgeübte Magnetkraft größer als die an diesen Stellungen des Aktuators (24) wirkende Kraft der Vorspanneinrichtung (32) ist.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausführen einer schnellen Bewegung des Aktuators (24) und/oder zum Bewegen des Aktuators (24) mit einer erhöhten Kraft von einer ersten Stellung (Sl) zu einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren dritten Stromstärke (13) einstellbar ist und dass die dritte Stromstärke (13) größer als die erste Stromstärke (II) ist.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Betriebszustand der Getriebeschaltstelle (12) die
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Leistungsstufe (50) keinen Strom dem Elektromagneten (40) zuführt .
8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der Stromquelle gepulst ist.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der Stromquelle (54) pulsweitenmoduliert ist und dass vorzugsweise die Pulsweite der einzelnen Strompulse (60) und/oder die Zeitdauer zwischen den einzelnen Pulsen (60) variierbar ist.
10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der Stromquelle (54) Gleichstrom ist.
11. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) einen Anker aufweist, mit welchem eine Schaltgabel der Getriebeschaltstelle (12) bewegbar ist oder dass der Aktuator (24) in Form einer Schaltgabel ausgebildet ist und dass sich der Aktuator (24) zumindest teilweise in einen von der Spule umschlossenen Bereich bewegen kann.
12. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (40) einen Kern (44) aufweist, welcher insbesondere ein Blechstapelpaket aufweist.
13. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) zumindest bereichsweise im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist, insbesondere in einem Bereich, der dem Elektromagneten (40) zugewandt ist, und dass vorzugsweise
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der Elektromagnet (40) und der plattenförmige Bereich des Aktuators (24) derart angeordnet sind, dass die Kraft des Elektromagneten (40) im Wesentlichen senkrecht zum plattenförmigen Bereich wirkt.
14. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) ein Material aufweist, das vom Magnetfeld des Elektromagneten
(40) angezogen wird, beispielsweise Metall, insbesondere Eisen oder Stahl.
15. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24) zwischen der ersten und der zweiten Stellung (Sl, S2) eine im Wesentlichen geradlinige Bewegung ausführt und dass mindestens ein Führungsmittel zum Führen der Bewegung des Aktuators (24) vorgesehen sein kann.
16. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Positionsdetektionsmittel vorgesehen ist, mit welchem die aktuell vorliegende Position des Aktuators (24) detektierbar ist, und dass ein Positionsdetektionsmittel beispielsweise einen elektro-mechanischen Detektor oder einen Magnetfelddetektor aufweist.
17. Steuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsdetektionsmittel einen Stromstärkedetektor umfasst, mit welchem die durch die Spule (42) des Elektromagneten (40) fließende aktuell vorliegende Stromstärke detektierbar ist.
18. Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators für eine Getriebeschaltstelle, insbesondere zum Betreiben einer Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine Steuereinheit (52) eine Leistungsstufe (50)
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derart ansteuert, dass für eine vorgebbare Zeitdauer ein Strom einer Stromquelle (54) in vorgebbarer Stärke einem mindestens eine Spule (42) aufweisenden Elektromagneten (40) zugeführt wird, wobei mit der Spule (42) des Elektromagneten (40) ein Magnetfeld erzeugt wird, mit welchem der Aktuator (24) von einer ersten Stellung (Sl) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegung des Aktuators (24) von der ersten Stellung (Sl) zu einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren ersten Stromstärke (II) eingestellt wird, dass zum Halten des Aktuators (24) in einer zweiten Stellung (S2) mit der Leistungsstufe (50) ein Strom einer vorgebbaren zweiten Stromstärke (12) eingestellt wird und dass die zweite Stromstärke (12) kleiner als die erste Stromstärke (II) ist.
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