WO2012152445A1

WO2012152445A1 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: WO2012152445A1
Application number: PCT/EP2012/002028
Authority: WO
Inventors: Andreas Petz; Bernd BACHSCHNEIDER; Jens Paschen; Georg Selensky; Andrej MERZ; Mark Schäfer; Andreas Biersack
Original assignee: Audi Ag
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-11-15
Also published as: DE102011101123B4; DE102011101123A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere für manuell schaltbare Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit zumindest einer Rastiereinrichtung, bei der zumindest ein in einem Gehäuse geführtes, federnd vorgespanntes Rastierelement mit einer komplementären Kulisse eines eine Schaltposition definierenden Schaltglieds zusammenwirkt. Zur Darstellung einer an Fahrsituationen angepassten, veränderlichen Schaltbetätigung wird vorgeschlagen, dass der Rastiereinrichtung (10) über eine hydraulisch, elektrisch und/oder mechanisch wirkende Einrichtung (26, 30, 32) eine positive und/oder negative Zusatzkraft (Fz) überlagerbar ist.

Description

Beschreibung Schaltvorrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere für manuell schaltbare Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder Verfahren zur Durchführung einer Schaltbetätigung in einer Schaltvorrichtung nach dem Obergegriff des Patentanspruches 21.

Derartige Schaltvorrichtungen mit einer oder mehreren Rastiereinrichtungen sind insbesondere bei manuell schaltbaren Geschwindigkeits-Wechselgetrieben (Schaltgetrieben) in Kraftfahrzeugen verwendet und dienen einerseits zur Justierung und Feststellung der die Getriebegänge bestimmenden Schaltelemente (zum Beispiel der Schaltmuffen von Synchronkupplungen) und andererseits zur Beeinflussung des„Schaltgefühls" am Schalthebel beim Ein- und Auslegen der Gänge durch die Bedienungsperson. In gewisser Weise ist die konstruktive Ausbildung der Rastiereinrichtungen ein Kompromiss zwischen einer Gangspringer vermeidenden, harten Auslegung und einer komfortablen Bedienbarkeit der Schaltung. Eine Rastiereinrichtung der gattungsgemäßen Art ist insbesondere innerhalb des Wechselgetriebes, sie kann aber auch außerhalb zum Beispiel im Schalthebelbock des Kraftfahrzeuges, vorgesehen sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung oder ein Schaltverfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die einerseits die erforderliche

BESTÄTIGUNGSKOPIE Rastierfunktion zuverlässig erfüllt und andererseits zusätzliche Beeinflussungen im Schaltablauf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patent- anspruches 1 oder des Patentanspruches 21 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Rastiereinrichtung über eine Zusatzeinrichtung, insbesondere eine hydraulisch, elektrisch und/oder mechanisch wirkende Einrichtung eine positive und/oder negative Zusatzkraft überlagerbar ist. Es wird somit eine in der Wirkung veränderliche Rastiereinrichtung geschaffen, deren Grundeinstellung in an sich bekannter Weise durch Federvorspannung bestimmt ist. Dies hat den Vorteil, dass bei der Montage der Schaltvorrichtung deren Justierbarkeit uneingeschränkt gegeben ist. Zusätzlich wird der Rastiereinrichtung aber eine Funktion überlagert, die zum Beispiel eine„härtere" Rastierung bis hin zu einer totalen Sperrbarkeit eines Schaltvorganges bestimmt. Unter „negativer" Zusatzkraft wird verstanden, dass eine bereits härtere Grundeinstellung über die Feder- Vorspannung eingestellt sein könnte und diese dann zur Einstellung einer weicheren bzw. komfortableren Gangschaltung entsprechend verringerbar wäre.

Allgemein kann in einem Verfahren zur Durchführung einer Schaltbetätigung in einer Schaltvorrichtung die Vorspannkraft, mit der das Rastierelement gegen die komplementäre Kulisse eines, eine Schaltposition definierenden Schaltglieds gedrückt wird, von einer, von einer Zusatzeinrichtung erzeugten Zusatzkraft überlagert werden. Die Größe der Zusatzkraft kann dabei bevorzugt in Abhängigkeit von Steuerungs- und/oder Betriebsparametern eingestellt werden. Beispielhaft kann die Zusatzkraft in Abhängigkeit eines Kriteriums oder einer Bedingung oder dergleichen gesteuert werden, wie es nachfolgend noch speziell beschrieben wird. Als Steuerungsparameter/- kriterien können auch Betriebsparameter des Getriebes dienen, zum Beispiel eine Getriebeöltemperatur. Dadurch wird dem Sachverhalt Rechnung getragen, dass zur Vereinheitlichung einer Betätigungskraft des Getriebes eine mit steigender Temperatur eine höhere Zusatzkraft erforderlich ist. Alternativ oder zusätzlich kann als weiterer Betriebsparameter der Fahrstil (sportlich oder komfortabel) erfasst werden. Weiterhin können Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges, wie etwa Geschwindigkeit oder Motortemperatur, oder das tatsächliche Alter beziehungsweise die Betriebszeit des Getriebes erfasst werden. Andere mögliche Abhängigkeiten sind beispielhaft Umgebungsbedingungen, wie etwa Außentemperatur, Fahrbahnzustand oder Steigung der Fahrbahn. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Rastiereinrichtung in einer zylindrischen Ausnehmung des Gehäuses axial verschiebbar geführt sein, wobei um die Rastiereinrichtung zumindest eine elektrisch beaufschlagbare, ein Magnetfeld erzeugende Spule vorgesehen ist, die auf die Rastiereinrichtung aus FE-Material eine positive oder negative Zusatzkraft in axialer Richtung ausübt. Damit wird bei einer besonders einfachen Steuerbarkeit der Federvorspannung eine Magnetkraft überlagert, die gegebenenfalls in mehreren Stufen das „Schaltgefühl" am Schalthebel gezielt verändert oder gegebenenfalls sogar das Einlegen eines Ganges ausschließt.

Die Rastiereinrichtung kann dabei in an sich bekannter Weise durch eine Rastkugel und einen diese teilweise aufnehmenden Führungsbolzen gebildet sein, wobei der Führungsbolzen in der Ausnehmung des umgebenden Gehäuses axial verschiebbar geführt und mittels einer in die Ausnehmung eingesetzten Schraubendruckfeder gegen die Kulisse federnd vorgespannt ist. Die die Magnetkraft erzeugende Spule bzw. elektrische Wicklung kann dann um den Führungsbolzen aus FE Material herum im Gehäuse (zum Beispiel des Wechselgetriebes) angeordnet sein. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die rotationssymmetrische Rastiereinrichtung axial in der zylindrischen Ausnehmung des Gehäuses geführt sein (ähnlich einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit), wobei die Ausnehmung an eine hydraulische Steuereinrichtung angeschlossen ist und über diese mitunter mehr oder minder hohem Druck stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist.

In einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Rastiereinrichtung in einer Ausnehmung des Gehäuses axial verschiebbar geführt und mittels einer Feder gegen die Kulisse des Schaltglieds vorgespannt sein, wobei ein nockenförmiges, im Gehäuse drehbar gelagertes Stellglied vorgesehen ist, das die Vorspannung der Feder mehr oder minder verändert. Über das auf die vorspannende Feder einwirkende Stellglied kann die Federvorspannung erhöht und gegebenenfalls sogar die Feder blockiert werden, so dass die Rastiereinrichtung gänzlich gesperrt ist und einen Schaltvorgang ausschließt. Das Stellglied kann dabei manuell (ohne Sperrfunktion) oder elektrisch und/oder hydraulisch über eine Getriebesteuerung betätigbar bzw. ansteuerbar sein.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können ferner eine oder mehrere Rastiereinrichtungen mit einer Zusatzkraft beaufschlagt sein, wenn eine sportlichere Haptik im Schalten der Getriebegänge geschaffen werden soll. Das Umschalten kann mittels eines manuell zu betätigenden Schalters oder elektronisch nach einem wählbaren Fahrprogramm eingestellt werden. Eine derartige Auslegung hat den Vorteil, dass im sportlicheren Fahrbetrieb eine größere Sicherheit gegen Gangspringer bei Lastwechseln des Kraftfahrzeuges gegeben ist, bei einem gleichzeitig „härteren" Schaltgefühl in den Gangwechseln.

Schließlich kann zumindest eine Rastiereinrichtung der Schaltvorrichtung für zumindest einen definierten Getriebegang so gesteuert sein, dass bei einer gegebenen Fahrsituation des Kraftfahrzeuges durch Generieren einer hohen Zusatzkraft oder einer Sperrfunktion an der Rastiereinrichtung ein Lösen der Rastverbindung beziehungsweise ein unzulässiges Schalten eines Ganges ausgeschlossen ist. Damit kann die Funktion der Rastiereinrichtung so erweitert werden, dass unzulässige, gegebenenfalls Überdrehzahlen in Getriebeelementen verursachende Schaltzustände vermieden sind.

Ein weiterer Erfindungsaspekt beruht auf der Problematik, dass bei derzeitigen Schaltgetrieben unbeabsichtigt oder nicht sinngemäß, das heißt zum Beispiel ohne Betätigung der Kupplung, Gänge ein-/ausgelegt werden können. Bei einer solchen nicht sinngemäßen Schaltbetätigung besteht die Gefahr einer Beschädigung beziehungsweise eines erhöhten Verschleißes an den Schaltbetätigungen, Zahnradstufen, Synchronisationsmechanismen (Kurzverzahnungen, Synchronringe, Synchronbeläge, Schiebemuffen, etc.).

Vor diesem Hintergrund ist es von Vorteil, wenn der Schaltvorrichtung eine Blockiereinrichtung zugeordnet ist, mit der eine Plausibilitätsprüfung durchführbar ist. Bei dieser Plausibilitätsprüfung kann geprüft werden, ob eine Schaltbetätigung des Schaltgliedes sinngemäß oder nicht sinngemäß ist. Die Blockiereinrichtung kann bei einer festgestellten Plausibilität eine Schaltbetätigung freigeben, während bei einer festgestellten Nichtplausibilität eine Schaltbetätigung blockierbar ist. Besonders bevorzugt kann bei einer festgestellten Nichtplausibilität von der vorerwähnten Zusatzeinrichtung eine maximal hohe Zusatzkraft generiert werden, mit der die Rastiereinrichtung vollständig blockiert ist. Die Schalteinrichtung kann zur Durchführung der Plausibilitätsprüfung eine Auswerteeinheit aufweisen, in der erfasste Eingangsparameter bewertet und diese einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden. Wird zum Beispiel ein Schalten ohne oder nur mit teilweiser Kupplungstrennung oder etwa ein Gangauslegen unter Fahrzeugzugkraft erfasst, so kann die Auswerteeinheit eine nicht sinngemäße Schaltbetätigung (das heißt eine Nichtplausibilität) feststellen. Auf dieser Grundlage kann die Auswerteeinheit ein Blockadesignal erzeugen, wodurch die oben erwähnte maximale Zusatzkraft erzeugt werden kann.

Die Schaltvorrichtung kann derart ausgelegt sein, dass in einem Grundzustand, das heißt im normalen Fahrbetrieb, die Rastiereinrichtung permanent freigegeben ist. Eine Blockade der Rastiereinrichtung erfolgt daher nur bei Festsellung einer nicht Nichtplausibilität, das heißt bei Feststellung einer nicht sinngemäßen Schaltbetätigung.

Alternativ dazu kann die oben erwähnte Verfahrensweise auch umgekehrt werden: In diesem Fall ist in einem Grundzustand die Rasteinrichtung nicht freigegeben, sondern vielmehr permanent blockiert. Eine Freigabe der Rastiereinrichtung erfolgt hierbei nur bei Feststellung einer Plausibilität (das heißt einer sinngemäßen Schaltbetätigung). Auf diese Weise ist ein zuverlässiger Schutz von manuellen Schaltgetrieben gegen nicht sinngemäßen Schaltbetätigungen und somit ein Schutz vor Beschädigung und Verschleiß erzielt.

Ein weiterer Erfindungsaspekt beruht auf der Problematik, dass bei derzeitigen Schaltgetrieben auf Grund von Fertigungs-, Bauteil- und Montagetoleranzen unterschiedlich große Schaltkräfte selbst bei ansonsten baugleichen Getrieben auftreten können. Bei baugleichen Getrieben eines Fahrzeugtypes kann somit die Schalthaptik variieren. Entsprechend ist bei den herkömmlichen Schalt- getrieben die Herstellung speziell eines manuell schaltbaren Getriebes mit ideal konstanter und reproduzierbarer Schalthaptik nicht möglich. Ein Abdriften der Schalthaptik durch ungünstige Bauteil- und Toleranzstreuung in ungewünschte Bereiche kann im ungünstigen Fall Kundenbeanstandungen nach sich ziehen.

Vor diesem Hintergrund kann der Schaltvorrichtung eine Kalibriereinrichtung zugeordnet sein. Mit Hilfe dieser Kalibriereinrichtung kann eine zur Schaltbetätigung erforderliche Ist-Schaltkraft erfasst und mit einer Soll- Schaltkraft verglichen werden. Zum Angleichen der Ist-Schaltkraft an die Soll- Schaltkraft kann auf der Grundlage dieses Ist-/ Sollwertvergleiches die Zusatzkraft als Stellgröße ermittelt werden, mit der die Zusatzeinrichtung angesteuert werden kann. Messtechnisch betrachtet wird somit ein Regelkreis bereitgestellt, mit dessen Hilfe eine Ist-Schaltkraft bei der Schaltbetätigung des Getriebes der Soll-Schaltkraft angeglichen wird.

Auf diese Weise können die Ist-Schaltkräfte baugleicher Getriebe eines Fahrzeugtypes in einfacher Weise harmonisiert werden, was einer Serienstreuung entgegenwirkt.

Bevorzugt kann die als Stellgröße ermittelte Zusatzkraft in der Schaltvorrichtung dauerhaft hinterlegt oder gespeichert werden. Die Einstellung der Stellgröße kann somit lediglich einmalig werksseitig erfolgen. Bevorzugt kann das Kalibrierverfahren dabei in verschiedenen Prozessschritten in der Wertschöpfungskette angewendet werden, etwa nach der Montage des ZSB- Getriebesystems oder nach der Montage des kompletten Fahrzeuges, wodurch ein zusätzlicher Ausgleich sämtlicher Toleranzen in der fahrzeugseitigen Schaltbetätigung, wie zum Beispiel Schalthebel, Schaltgestänge, erfolgen kann. Zusätzlich oder alternativ zu einer solchen werksseitigen Kalibriermaßnahme kann das Kalibrierverfahren auch im Rahmen eines Werkstattbesuches zu regelmäßigen Service-Intervallen durchgeführt werden. Auf dieses Weise können Einlaufeffekte oder eine Bauteilalterung kompensiert werden, die sich im Laufe des Fahrzeugbetriebes ergeben.

Bevorzugt kann für jeden Gang ein eigener Kalibriervorgang durchgeführt werden. In diesem Fall ist für jeden Gang eine Soll-Schaltkraft vorgesehen und wird die jeweils erfasste Ist-Schaltkraft an die gangspezifische Soll-Schaltkraft angeglichen.

Die Kalbriereinrichtung kann eine Kraftmesseinheit zur Erfassung der Ist- Schaltkraft aufweisen. Die Kraftmesseinheit ist besonders bevorzugt werksseitig oder werkstattseitig montierbar/demontierbar, wodurch eine Ein- und oder Nachstellung der Schaltkraft ermöglicht ist. Die Krafmesseinheit kann von jeglicher geeigneter Bauart sein. Bevorzugt können die Schaltkraft-Istwerte der jeweiligen Gänge am Eingang der Schaltbetätigung in das Getriebe erfasst werden. Die als Stellgröße ermittelte Zusatzkraft kann als ein Offset-Wert der jeweiligen Schaltung hinterlegt werden und bei ausgeführter Schaltung die variable Rastiereinrichtung beaufschlagen.

Bei einem Verfahren zur Durchführung einer Schaltbetätigung in einer Schalt- Vorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehend beschriebenen Art, bei der ein Rastierelement mit einer Vorspannkraft (FV) gegen eine komplementäre Kulisse eines, eine Schaltposition definierenden Schaltglieds gedrückt wird, wird die von der Rastiereinrichtung erzeugte Vorspannkraft von einer, von einer Zusatzeinrichtung erzeugten Zusatzkraft überlagert. Die Größe bzw. der Betrag der Zusatzkraft kann in Abhängigkeit von Steuerungs- und/oder Betriebsparametern eingestellt werden.

Als Steuerungsparameter/-kritenen können Betriebsparameter des Getriebes oder eines Motors dienen, insbesondere eine Getriebeöltemperatur oder eine Motortemperatur.

Als Betriebsparameter kann ein gewünschter oder eine erkannter Fahrstil (sportlich oder komfortabel) herangezogen werden.

Als Betriebsparameter kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs das tatsächliche Alter des Getriebes bzw. der Schaltvorrichtung beziehungsweise die Betriebszeit Getriebes oder der Schaltvorrichtung herangezogen werden. In der Schaltvorrichtung kann eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden, bei der die Plausibilität einer Schaltbetätigung des Schaltglieds überprüft wird.

Bei Feststellung einer Plausibilität kann eine Schaltbetätigung freigegeben werden, und bei Feststellung einer Nichtplausibilität kann eine Schaltbetätigung blockiert werdem.

Bei einer festgestellten Nichtplausibilität kann eine hohe Zusatzkraft generiert werden, um die Rastiereinrichtung zu blockiert. In einem Kalibriervorgang kann eine Ist-Schaltkraft an eine Soll-Schaltkraft angeglichen werden. Insbesondere kann die bei der Schaltbetätigung auftretende Ist-Schaltkraft mit der Soll-Schaltkraft verglichen werden und auf der Grundlage dieses Vergleichs die Zusatzkraft als Stellgröße ermittelt werden, mit der die Zusatzeinrichtung angesteuert wird. Die als Stellgröße ermittelte Zusatzkraft kann in der Schaltvorrichtung gespeichert werden.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergege- benen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen. Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rastiereinrichtung in einem

Gehäuse eines Wechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug, deren mit einer komplementären Kulisse eines Schaltglieds zusammenwirkende Rastkugel durch eine Schraubendruckfeder vorgespannt ist und mit einer elektrisch oder hydraulisch bewirkten Zusatzkraft beaufschlagbar ist;

Fig. 2 die Rastiereinrichtung gemäß Fig. 1 , bei der die auf die

Rastkugel wirkende Zusatzkraft über ein nockenförmiges Stellglied gesteuert ist;

Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm einer Steuerungseinrichtung zur

Ansteuerung der in der Fig. 1 gezeigten Rastiereinrichtung; und

Fig. 4 in einer Ansicht entsprechend der Fig. 1 eine Rastiereinrichtung mit zugeordneter Kalibriereinrichtung. In der Fig. 1 ist grob schematisch eine Rastiereinrichtung 10 für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe bzw. ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge dargestellt, die sich im Wesentlichen aus einer federnd vorgespannten Rastkugel 12 und einer komplementären Kulisse 14 eines Schaltglieds 16 zusammensetzt.

Die Rastkugel 12 ist in einem rotationssymmetrischen Führungsbolzen 18 in einer sphärischen Ausnehmung 18a desselben gelagert, während der Führungsbolzen 18 in einer zylindrischen Ausnehmung 20 des Gehäuses 22 des Wechselgetriebes axial verschiebbar geführt ist.

Eine in der Ausnehmung 20 angeordnete Schraubendruckfeder 24 (im Folgenden als Feder bezeichnet) spannt den Führungsbolzen 18 über eine Rastkugel 12 mit einer Vorspannkraft F_v nach unten gegen die Kulisse 14 des Schaltglieds 16, so dass diese in der gezeichneten Position in horizontaler Richtung justiert ist.

Das nur angedeutete Schaltglied 16 kann zum Beispiel eine im Gehäuse 22 verschiebbar geführte Schaltschiene sein, mittels der aus einer Neutralposition (gemäß Zeichnung) heraus entsprechend dem eingezeichneten Doppelpfeil alternierend in zwei Gangstufen des Wechselgetriebes geschaltet werden kann. Die Schaltschiene 16 wird durch eine nicht weiter dargestellte Schaltvorrichtung betätigt, die sich zum Beispiel aus einem Schalthebel und einem mit dem Schaltglied 16 gekoppelten Gestänge (nicht dargestellt) zusammensetzt.

Die unter anderem durch die Rastierfunktion am Schalthebel manuell aufzubringende, die Verstellung des Schaltglieds 16 bewirkende Schaltkraft F_s (nur in der Fig. 4 gezeigt) bestimmt sich in der Grundeinstellung aus der Vorspannkraft F_v der Feder 24, die zum Beispiel so ausgelegt sein kann, dass eine relativ komfortable, leichtgängige Schaltbetätigung gegeben ist. Beim Schalten einer Gangstufe weicht die Rastkugel 12 mit dem Führungsbolzen 18 entgegen der Vorspannkraft F_v zurück, um dann in eine angrenzende (nicht dargestellte) Vertiefung der Kulisse 14 einzurasten. Um den Führungsbolzen 18 aus FE-Material ist in dem Gehäuse 22 eine elektrische Spule 26 bzw. Wicklung angeordnet, die bei entsprechender, elektrischer Ansteuerung ein induktives Magnetfeld erzeugt, das als Zusatzkraft F_z nach unten die Vorspannung F_v des Führungsbolzens 18 mit der Rastkugel 12 erhöht. Die Stärke des Magnetfeldes kann gegebenenfalls über die angelegte Spulenspannung gezielt gesteuert sein.

Durch diese Zusatzkraft F_z erhöht sich das zu überwindende Moment an dem Schaltglied 16 bzw. an der Rastiereinrichtung 10 beim Schalten der Getriebegänge, wobei die erhöhte Schaltkraft einerseits Gangspringer vermeiden hilft (den eingelegten Gang zuverlässig hält) und andererseits eine „härtere" Schaltbetätigung sportlicher Auslegung bewirkt.

Die Ansteuerung der elektrischen Spule 26 kann über ein elektronisches Steuergerät 28 und/oder einen manuell zu betätigenden Schalter erfolgen. Über einen einfachen Schalter 28 kann die Bedienungsperson des Kraft- fahrzeuges willkürlich wählen, ob eine komfortablere (k) oder eine sportlichere (s) Schaltbetätigung gefahren werden soll. Es kann aber auch über ein im Steuergerät 28 abgelegtes Fahrprogramm automatisch (zum Beispiel durch Beschleunigungssignale) ermittelt werden, welche Zusatzkraft dem Fahrstil entsprechend zweckmäßig ist.

Im Falle der Verwendung eines elektronischen Steuergerätes 28 kann ferner zum Beispiel durch Drehzahl- und Geschwindigkeits-Vergleiche v, n des Kraftfahrzeuges bzw. des Wechselgetriebes und durch Schaltsignale k, s analysiert werden, ob eine Schaltbetätigung in einen der zu schaltenden Gangstufen Überdrehzahlen im Wechselgetriebe bewirken würde. In diesem Fall kann durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Spule 26 des betreffenden Schaltglieds 16 eine so hohe Zusatzkraft eingesteuert werden, dass eine Schaltbetätigung praktisch verhindert ist bzw. die in die Kulisse 14 eingerastete Rastkugel 12 das Schaltglied 16 in der gezeichneten Neutralposition festhält.

Abweichend zu der vorbeschriebenen Konstruktion kann die auf den Führungsbolzen 18 und die Rastkugel 12 ausgeübte Zusatzkraft F_z auch hydraulisch erzeugt werden.

Dazu ist die in dem Gehäuse 22 vorgesehene Ausnehmung 20 mit einem Kanal 30 versehen, über den die als Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführte Rastiereinrichtung 10 mit Hydraulikdruck p aus einem nicht dargestellten Hydrauliksystem des Kraftfahrzeuges beaufschlagbar ist. Das Hydrauliksystem kann in an sich bekannter Weise eine Druckerzeugungseinrichtung bzw. eine Pumpe und ein Steuerventil aufweisen, das zum Beispiel über das elektronische Steuergerät 28 oder manuell wie vorstehend beschrieben betätigbar ist. Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die auf die Rastiereinrichtung 10 ausgeübte Zusatzkraft F_z mechanisch über ein nockenförmiges Stellglied 32 bewirkt wird.

Das Stellglied 32 ist in dem Gehäuse 22 des Wechselgetriebes drehbar gelagert und kann über eine Stelleinrichtung (nicht dargestellt) zum Beispiel in Form eines Hebel-Seilzug-Systems manuell verstellt werden, wobei es in der gezeichneten Stellung über eine Anlaufscheibe 34 mit seiner Nockenspitze 32a die auf den Führungsbolzen 18 und die Rastkugel 12 wirkende Feder 24 zusätzlich komprimiert und damit eine erhöhte Federvorspannung erzeugt. In der Grundstellung am Nockengrundkreis hingegen ist die Normalvorspannung durch die Feder 24 bestimmt (analog zu Fig. 1).

Die Betätigung des Stellgliedes 32 kann wiederum wie vorbeschrieben bewerkstelligt werden, um durch die Veränderung der Rastierfunktion bzw. der aufzubringenden Schaltkraft eine komfortablere oder sportlichere Schaltbetätigung zu schaffen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Die Auslegung der aufzubringenden Zusatzkraft könnte zum Beispiel auch negativ sein, um dadurch in Umkehrung des beschriebenen Prinzips die aufzubringende Schaltkraft an einem Schalthebel von einer „härteren" Grundeinstellung (sportlich) in eine komfortablere,„weichere" Einstellung zu verändern.

Ferner könnte die beschriebene Rastiereinrichtung 10 auch außerhalb des Gehäuses des Wechselgetriebes, zum Beispiel in einer den Schalthebel der Schaltbetätigung aufnehmenden Lagerbock, angeordnet sein und mit einem eine Kulisse aufweisenden Schaltglied zusammenwirken.

Die alternativen Einrichtungen 26, 30, 32 zur Erzeugung und Aufprägung der Zusatzkraft Fz werden im Folgenden auch als Zusatzeinrichtungen bezeichnet.

Die Größe bzw. der Betrag der Zusatzkraft Fz, welche von der jeweiligen Zusatzeinrichtung 26, 30, 32 erzeugt und der Vorspannkraft Fv überlagert wird, kann auch in Abhängigkeit von einer Bedingung und/oder von einem Parameter eingestellt werden. Bei den Parametern kann es sich um Betriebsparameter eines Motors eines zugehörigen Kraftfahrzeugs (beide nicht dargestellt) oder des Getriebes handeln, insbesondere eine Motortemperatur oder eine Getriebetemperatur. So kann beispielsweise der Betrag der Zusatzkraft Fz mit steigender Temperatur (und damit sinkender Viskosität des Getriebeöls) anwachsen, um eine Vereinheitlichung des Schaltgefühls zu erreichen. Als Betriebsparameter kann auch das Alter oder die Betriebsdauer des Getriebes herangezogen werden. So kann die Zusatzkraft Fz mit steigendem Alter oder steigender Betriebsdauer (dadurch sinkende mechanische Widerstände) gesteigert werden, um wiederum das Schaltgefühl über die Lebensdauer zu vergleichmäßigen. Auch kann als Steuerungsparameter der Fahrstil des Fahrers herangezogen werden. Je sportlicher der Fahrstil, umso größer die Zusatzkraft Fz und umso komfortbetonter der Fahrstil umso geringer die Zusatzkraft Fz. Als weitere Parameter sind die Fahrzeuggeschwindigkeit (mit steigender Geschwindigkeit steigt auch die Zusatzkraft Fz), der Fahrbahnzustand und die Steigung der Fahrbahn (je schlechter der Fahrbahnzustand und/oder steiler bergauf die Fahrbahn umso geringer die Zusatzkraft Fz) möglich.

In der Fig. 3 ist in vergrößerter Darstellung ein Blockschaltdiagramm eines elektronischen Steuergerätes 28 für eine in der Fig. 1 gezeigte Rastiereinrichtung 10 dargestellt. Das Steuergerät 28 ist, wie auch in der Fig. 1 gezeigt, über Signalleitungen 25 mit der nicht dargestellten Rastiereinrichtung 10 in Signalverbindung. Mit Hilfe des in der Fig. 3 gezeigten Steuergerätes 28 kann eine sinngemäße Gang-Schaltung beziehungsweise eine nicht sinngemäße Gang-Schaltung festgestellt werden. Bei Feststellung einer nicht sinngemäßen Schaltbetätigung wird die Rastiereinrichtung 10 mit Hilfe einer Blockiereinrichtung 31 blockiert. Die Blockiereinrichtung 31 weist eine Erfassungseinheit 33 auf, die mit Sensorelementen 35, 36 in Signalverbindung ist. Mit dem Sensorelement 35 kann das Schalten ohne oder nur mit teilweiser Kupplungstrennung erfasst werden. Mit dem Sensorelement 36 kann dagegen ein Gangauslegen unter Fahrzeugzugkraft oder dergleichen erfasst werden. Die Erfassungseinheit 33 ist wiederum mit einer Auswerteeinheit 39 in Signalverbindung, in der die von den Sensorelementen 35, 36 weitergeleiteten Signale zum Beispiel tabellarisch oder mit Hilfe eines Algorithmus ausgewertet werden. Auf dieser Grundlage erzeugt die Auswerteeinheit 39 ein Blockadesignal S_B oder ein Freigabesignal S_F. Bei Generierung eines Freigabesignales S_F ermittelt die signaltechnisch nachgeschaltete Steuereinheit 40 auf der Grundlage von beliebig erfassten Eingangsparametern (in der Fig. 3 beispielhaft die bereits anhand der Fig. 1 erläuterten Schaltsignale k, s, v, n) die Größe einer Zusatzkraft F_z als Stellgröße. Die als Stellgröße ermittelte Zusatzkraft F_z wird über einen Signalwandler 41 als elektrische Signale zur Rastiereinrichtung 10 geleitet.

Wird dagegen in der Auswerteeinheit 39 die Nichtplausibilität der Schaltbetätigung festgestellt (das heißt eine nicht sinngemäße Schaltung), so leitet die Auswerteeinheit 39 ein Blockadesignal S_B an die Steuereinheit 28 weiter. In diesem Fall wird unabhängig von den Eingangsparametern k, s, n, v von der Steuereinheit 40 eine maximale Zusatzkraft F_{z, max} erzeugt und die Rastiereinrichtung 10 mit damit korrelierenden elektrischen Signalen beaufschlagt. In diesem Fall wird die von der Rastiereinrichtung 10 erzeugte Vorspannkraft F_v daher von einer derart großen Zusatzkraft F_2l max überlagert, dass eine Schaltbetätigung blockiert wird.

In der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante ist die Rastiereinrichtung 10 in einem Grundzustand zunächst permanent freigegeben. Erst bei Erfassung einer nicht sinngemäßen Schaltbetätigung, das heißt bei Feststellung einer Nichtplausibilität, erfolgt die Blockade der Rastiereinrichtung 10. Alternativ dazu kann jedoch auch die Rastiereinrichtung 10 in einem Grundzustand permanent blockiert sein. In diesem Fall wird erst bei Feststellung der Plausibilität, das heißt bei Feststellung einer sinngemäßen Schaltbetätigung, die Rastiereinrichtung 10 freigegeben. In der Fig. 4 ist ein einer Ansicht entsprechend der Fig. 1 eine weitere Ausführungsvariante der Schaltvorrichtung dargestellt. Der in der Fig. 4 gezeigten Schaltvorrichtung ist zusätzlich eine Kalibriereinrichtung 45 zugeordnet, mit der die Schaltkräfte F_s baugleicher Getriebe desselben Fahrzeugtypes harmonisiert werden können. Die Kalibriereinrichtung 45 arbeitet gemäß der Fig. 4 als ein Regelungskreis, bei dem eine Kraftmesseinheit 47 eine Ist-Schaltkraft F_s ,_st erfasst. Im Steuergerät 28 wird die erfasste Ist-Schaltkraft F_s, ist mit einer Soll-Schaltkraft F_soN verglichen. Auf der Grundlage dieses lst-/Sollwertvergleiches generiert das Steuergerät 28 als Stellgröße eine Zusatzkraft F₂. Diese wird über einen Signalwandler 49 in damit korrelierende elektrische Signale umgewandelt, mit denen die elektrische Spule 26 beaufschlagt wird.

Die beim Kalibriervorgang ermittelte Stellgröße wird in dem Steuergerät 28 als ein Offset-Wert gespeichert. Der Kalibiervorgang erfolgt bevorzugt werksseitig. Nach Durchführung des Kalibriervorganges kann zumindest die Kraftmesseinheit 47 vom Getriebe demontiert werden. Gegebenenfalls kann zum Ausgleich von Einlaufeffekten oder aufgrund von Bauteilalterung im Laufe des Fahrzeugbetriebes in regelmäßigen Serviceintervallen bei Werkstattbesuchen die Kraftmesseinheit 47 wieder kurzfristig montiert werden, um einen erneuten Kalibriervorgang durchzuführen.

Claims

Ansprüche

Schaltvorrichtung, insbesondere für manuell schaltbare Geschwindigkeits- Wechselgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit zumindest einer Rastiereinrichtung (10), bei der zumindest ein in einem Gehäuse (22) geführtes, über ein Federelement (24) federnd vorgespanntes Rastierelement (12) mit einer komplementären Kulisse (14) eines eine Schaltposition definierenden Schaltglieds (16) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastiereinrichtung (10) über eine Zusatzeinrichtung, insbesondere eine hydraulisch, elektrisch und/oder mechanisch wirkende Einrichtung (26, 30, 32), eine positive und/oder negative Zusatzkraft (F_z) überlagerbar ist.

Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rastiereinrichtung (10) in einer Ausnehmung (20) des Gehäuses (22) axial verschiebbar geführt ist, und/oder dass um die Rastiereinrichtung (10) zumindest eine elektrisch beaufschlagbare, ein Magnetfeld erzeugende Spule (26) vorgesehen ist, die auf die Rastiereinrichtung (10) aus FE-Material eine positive oder negative Zusatzkraft (F_z) in axialer Richtung ausübt.

Schaltvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastiereinrichtung (10) durch eine Rastkugel (12) und einen diese teilweise aufnehmenden Führungsbolzen (18) gebildet ist, wobei der Führungsbolzen (18) in der Ausnehmung (20) axial verschiebbar geführt und mittels einer in die Ausnehmung (20) eingesetzten Schraubendruckfeder (24) gegen die Kulisse (14) des Schaltglieds (16) federnd vorgespannt ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (26) um den Führungsbolzen (18) aus FE-Material herum im Gehäuse (22) angeordnet ist.

5. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastiereinrichtung (10) axial in der Ausnehmung (20) des Gehäuses (22) geführt ist, und/oder dass die Ausnehmung (20) an eine hydraulische Steuereinrichtung angeschlossen ist und über diese mit unter mehr oder minder hohem Druck stehendem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist.

6. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastiereinrichtung (10) in einer Ausnehmung (20) des Gehäuses (22) axial verschiebbar geführt ist und mittels des Federelements (24) gegen die Kulisse (14) des Schaltglieds (16) vorgespannt ist, und/oder dass ein nockenförmiges, im Gehäuse (22) drehbar gelagertes Stellglied (32) vorgesehen ist, das die Vorspannung der Feder (24) mehr oder minder verändert.

7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (32) manuell oder elektrisch und/oder hydraulisch über eine Getriebesteuerung (28) betätigbar bzw. ansteuerbar ist.

8. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Rastiereinrichtungen (10) mit einer Zusatzkraft (F_z) beaufschlagt sind, wenn eine sportlichere Haptik im Schalten von Getriebegängen des Kraftfahrzeuges geschaffen werden soll.

9. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Rastiereinrichtung (10) für zumindest einen definierten Getriebegang so gesteuert ist, dass bei einer kritischen Fahrsituation des Kraftfahrzeuges durch Generieren einer hohen Zusatzkraft (F_z) an der Rastiereinrichtung (10) ein Lösen der Rastverbindung bzw. ein unzulässiges Schalten eines Ganges ausgeschlossen ist.

10. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorrichtung eine Blockiereinrichtung (31 ) zugeordnet ist, mit der eine Plausibilitätsprüfung durchführbar ist, bei der die Plausibilität einer Schaltbetätigung des Schaltglieds (16) überprüfbar ist.

1 1. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (31 ) bei einer festgestellten Plausibilität eine Schaltbetätigung freigibt, und bei einer festgestellten Nichtplausibilität eine Schaltbetätigung blockiert.

12. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer festgestellten Nichtplausibilität eine hohe Zusatzkraft (F_Zi _max) generierbar ist, mit der die Rastiereinrichtung (10) blockiert ist.

13. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (31 ) zur Plausibilitätsprüfung eine Auswerteinheit (39) aufweist, in der erfasste Eingangs- parameter der Plausibilitätsprüfung unterzogen werden.

14. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 0 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Grundzustand die Rastiereinrichtung (10) permanent freigegeben ist, und dass eine Blockade der Rastiereinrichtung (10) nur bei Feststellung einer Nichtplausibilität erfolgt.

1 5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Grundzustand die Rastiereinrichtung (10) permanent blockiert ist, und dass eine Freigabe der Rastiereinrichtung (10) nur bei Feststellung einer Plausibilität erfolgt.

16. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorrichtung eine Kalibriereinrichtung (45) zugeordnet ist, mit der und dass eine Ist-Schaltkraft (F_s, ist) an eine Soll-Schaltkraft (F_{s so}n) angleichbar ist, und dass die bei der Schaltbetätigung auftretende Ist-Schaltkraft (F_s, j_St) mit der Soll-Schaltkraft (F_s, son) vergleichbar ist und auf der Grundlage dieses Ist- /Sollwertvergleiches die Zusatzkraft (F_z) als Stellgröße ermittelbar ist, mit der die Zusatzeinrichtung ansteuerbar ist.

17. Schaltvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die als Stellgröße ermittelte Zusatzkraft (F_z) in der Schaltvorrichtung speicherbar ist.

18. Schaltvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Gang eine Soll-Schaltkraft (F_{s, S0}n) vorgesehen ist, und dass der Kalibriervorgang für jeden Gang durchführbar ist.

19. Schaltvorrichtung nach Anspruch 16, 1 7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung (45) eine Kraftmesseinheit (47) zur Erfassung der Ist-Schaltkraft (F_s, ,_st) aufweist.

20. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung (45), insbesondere die Kraftmesseinheit, zur Ein- oder Nachstellung der Schaltkraft (F_s) werksseitig oder werkstattseitig montierbar/demontierbar ist.

21. Verfahren zur Durchführung einer Schaltbetätigung in einer Schaltvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Rastierelement (12) mit einer Vorspannkraft (F_v) gegen eine komplementäre Kulisse (14) eines, eine Schaltposition definierenden Schaltglieds (16) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Rastiereinrichtung (10) erzeugte Vorspannkraft (F_v) von einer, von einer Zusatzeinrichtung (26, 30, 32) erzeugten Zusatzkraft (F_z) überlagert wird. 22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Zusatzkraft (F_z) in Abhängigkeit von Steuerungs- und/oder Betriebsparametern eingestellt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerungsparameter/-kriterien Betriebsparameter des Getriebes dienen, insbesondere eine Getriebeöltemperatur.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter der Fahrstil (sportlich oder komfortabel) erfasst wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges, wie etwa Geschwindigkeit oder Motortemperatur, oder das tatsächliche Alter beziehungsweise die Betriebszeit des Getriebes erfasst werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltvorrichtung eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird, bei der die Plausibilität einer Schaltbetätigung des Schaltglieds (16) überprüft wird.

Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung einer Plausibilität eine Schaltbetätigung freigegeben wird, und bei Feststellung einer Nichtplausibilität eine Schaltbetätigung blockiert wird.

28. Schaltvorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer festgestellten Nichtplausibilität eine hohe Zusatzkraft (F_Z| _max) generiert wird, mit der die Rastiereinrichtung (10) blockiert ist.

29. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltvorrichtung in einem Kalibriervorgang eine Ist-Schaltkraft (F_s, ist) an eine Soll-Schaltkraft (F_{s, S}oii) angeglichen wird, und dass insbesondere die bei der Schaltbetätigung auftretende Ist- Schaltkraft (F_{s ist}) mit der Soll-Schaltkraft (F_{Si so}n) verglichen wird und auf der Grundlage dieses lst-/Sollwertvergleiches die Zusatzkraft (F_z) als Stellgröße ermittelt wird, mit der die Zusatzeinrichtung angesteuert wird.

30. Schaltvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die als Stellgröße ermittelte Zusatzkraft (F_z) in der Schaltvorrichtung gespeichert wird.