DE19707141A1 - Anordnung zum Erfassen von Betätigungs- oder Schaltzuständen einer Getriebebetätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Erfassen von Betätigungs- oder Schaltzuständen einer mechanischen Betätigungsvorrichtung bzw. eines Gangschalthebeis eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei die Betätigungsvorrichtung entlang wenigstens dreier vorbestimmter, paralleler Gassen beweglich ist.

Das Erfassen der momentanen Stellung eines Gangschalthebeis ist beispielsweise zur Bestimmung einer geeigneten Ein- bzw. Auskuppelcharakteristik einer automatisierten Kupplung, beispielsweise einer automatisch gesteuerten Reibungskupplung, erforderlich.

So ist es beispielsweise aus der DE 42 23 718 A1 bekannt, direkt am Getriebe eine Magnetanordnung vorzusehen, die über eine entsprechende Erkennungseinrichtung den Schaltzustand des Getriebes bestimmt.

Aus der DE 42 22 878 A1 ist es bekannt, an entsprechenden Schaltwellen des Schaltgetriebes Sensorelemente nach Art einer gedruckten Schaltung mit einer Widerstandsbeschichtung anzuordnen.

Aus der EP 0 646 737 A1 ist es bekannt, um eine drehbare Steuervorrichtung eine Vielzahl von Sensoren, nämlich Hall-Effekt-Schalter anzuordnen. Diese werden von einer Logikschaltung ausgewertet.

Aus der DE 38 36 145 A1 ist es bekannt, an dem Ganghebel ein Flächenpotentiometer anzubringen, auf dem sich ein Schleifer abhängig von Stellbewegungen des Ganghebeis bewegt. Zur Auswertung der zweidimensionalen Bewegung des Schleifers auf der Fläche ist eine umfangreiche Auswerteschaltung vorgesehen.

Alle diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie viele und/oder teure Sensoren und aufwendige Auswertelektroniken benötigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren der obengenannten Art zur Verfügung zu steilen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und ein einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 5 angegebenen Verfahrensschritten gelöst.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, der Betätigungsvorrichtung einen eindimensionalen Potentiometer und einen Gassen-Schalter zuzuordnen bzw. die letzteren beiden mit der Betätigungsvorrichtung zu verbinden.

Dies hat den Vorteil, daß mit wenig Komponenten und kostengünstigem Aufbau mehrere Funktionen gleichzeitig ausgeführt werden können, nämlich eine Gang-, Schaltweg und Schaltabsichtserkennung sowie eine Überwachung einer Synchronisationsdurchführung.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Gassenschalter zweistufig, wobei jedem der beiden Schaltzustände des Gassenschalters jeweils eine Gasse oder eine Gruppe von Gassen derart zugeordnet ist, daß jede Gasse genau einem der zwei Schaltzustände zugeordnet ist. Dies ergibt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Erfindung.

In vorteilhafter Weise ist die Betätigungsvorrichtung entlang von vier parallelen Gassen beweglich.

Für die Erkennung einer Schaltabsicht ist in vorteilhafter Weise ein Steilweg des Potentiometers in vier Bereiche unterteilt, wobei ein erster Bereich ein Mittelstück des Stellweges umfaßt und dem Zustand LEERLAUF zugeordnet ist, wobei ferner ein zweiter Bereich Steilwege benachbart an beiden Seiten des ersten Bereiches umfaßt und einem Zustand SYNCHRONISIERUNG zugeordnet ist, wobei ferner ein dritter Bereich Stellwege angrenzend zu den beiden zweiten Bereichen an deren vom ersten Bereich abgewandten Enden umfaßt und einem Zustand SCHALTABSICHT zugeordnet ist und wobei ferner ein vierter Bereich äußere Enden des Steilweges umfaßt und einem Zustand ENDGÜLTIG EINGELEGTER GANG zugeordnet ist.

Bei einem Verfahren der o.g. Art sind erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen:

• (a) Erfassen eines ersten Sensorsignals, welches die Stellung der Betätigungsvorrichtung in Gassenrichtung angibt,
• (b) Erfassen eines zweiten Sensorsignals, weiches eine von zwei Gruppen der Gassen angibt, in der sich das Betätigungselement befindet, wobei jeder Gruppe eindeutig verschiedene Gänge zugeordnet sind,
• (c) Erfassen eines dritten Sensorsignals, welches eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges angibt,
• (d) Bestimmen des Ganges bzw. der Gänge, welcher bzw. welche der entsprechenden in den vorangegangenen Schritten erfaßten Kombination von Sensorsignale zugeordnet sind.

Dies hat den Vorteil, daß mit wenigen Schritten und geringem Aufwand bezüglich einer Auswerteinrichtung mehrere Funktionen gleichzeitig ausgeführt werden können, nämlich eine Gang-, Schaltweg- und Schaltabsichtserkennung sowie eine Überwachung einer Synchronisationsdurchführung.

Eine zusätzliche, feinere Differenzierung verschiedener Gänge wird durch folgende zusätzliche Schritte erzielt:

• (e) Erfassen eines vierten Sensorsignals, welches eine Getriebeeingangsdrehzahl angibt, und
• (f) Bestimmen des Verhältnisses zwischen Geschwindigkeit und Getriebeeingangsdrehzahl, und
• (g) Vergleichen des Verhältnisses mit vorbestimmten Werten und Bestimmen des geschalteten Ganges aus der gemäß Schritt (b) erfaßten Gruppe von Gassen.

Eine zusätzliche Differenzierung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgängen wird durch folgenden zusätzlichen Schritt nach Schritt (c) erzielt:

• (c1) Erfassen eines Signals eines Rückwärtsgangsensors

Für eine besonders einfache Bestimmung verschiedener Zustände ist folgender zusätzlicher Schritt vorgesehen:

• (h) Bestimmen aus dem ersten Signal, ob einer der folgenden Zustände vorliegt, LEERLAUF, SYNCHRONISATION, SCHALTABSICHTSERKLÄRUNG oder ENDGÜLTIG EINGELEGTER GANG.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Viergassenschaltung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Dreigassenschaltung, und

Fig. 3 ein schematische Ansicht der Aufteilung eines Steilweges eines Sensors der erfindungsgemäßen Anordnung.

Für eine kombinierte Gang-, Schaltweg-, Schaltabsichtserkennung und Synchronisationsüberwachung ist zur Erkennung des Schaltweges als Sensor ein eindimensionales Potentiometer vorgesehen. Dieses Potentiometer wird durch die zum Gangeiniegen benötigte Mechanik angesteuert und spiegelt auf seinem eindimensionalen Stellweg den Winkel bzw. Verfahrweg des Schalthebels wieder, den ein Fahrer zum Einlegen von Gängen eines Schaltgetriebes betätigt.

In Fig. 1 und 2 sind zwei Gassenschaltungen schematisch dargestellt. Die verschiedenen Endsteilungen für verschiedene Gänge eines Schaltgetriebes sind mit 1, 2, 3, 4, 5 und R bezeichnet für 1. Gang, 2. Gang, 3. Gang, 4. Gang, 5. Gang und Rückwärtsgang. Hier ist ein nicht dargestellter Ganghebel entlang verschiedener Gassen 10 bewegbar. Das Signal des Potentiometers zeigt an, ob sich der Ganghebel in den Gassen vorne oder hinten befindet. Hierbei entspricht "vorne" in den Fig. 1 und 2 oben und "hinten" entspricht in den Fig. 1 und 2 unten.

Ein zusätzlicher Gassenschalter, der ebenfalls von der Gangmechanik betätigt wird, unterscheidet dagegen, ob sich der Ganghebel in einer Gasse 10 rechts oder links von einer Teilungs- bzw. Mitteilinie 22 befindet. Die Gassen links der Linie 22 sind dabei einer ersten Stellung des Gassenschalter und die Gassen 10 rechts der Linie 22 sind einer entsprechend anderen bzw. zweiten Stellung des Gassenschalters zugeordnet. Bei einem Gassenschalter mit mehr als zwei Schaltzuständen können entsprechend mehr Zuordnungen definiert werden.

Mittels des Potentiometers läßt sich eindeutig ein Schaltweg erkennen. Damit sind auch Aussagen über den Fortschritt der Synchronisierung möglich. Wird das Potentiometer möglichst weit weg vom Getriebe und möglichst dicht am vom Fahrer betätigten Handschalter angebracht, kann wegen des Spieles in der Schaltbetätigung eine Aussage über eine Schaltabsicht aus dem Stellweg des Potentiometers abgeleitet werden.

Mit diesen Informationen des Potentiometers und dem Gassenschalter ist beispielsweise bei einer Viergassenschaltung gemäß der Fig. 1 und vorne liegendem Schalthebel zunächst nur eine Gruppe von Gängen bestimmt, nämlich die Gruppe der Gänge R, 1 oder 3, 5. Mit Hilfe der Informationen aus einem Rückwärtsgangschalter lassen sich zusätzlich die Gänge R und 1 differenzieren. Zur Differenzierung der Gänge 3 und 5 werden erfindungsgemäß zusätzlich Informationen über Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und Getriebeeingangsdrehzahl verwendet, denn diese liegen für verschiedene Gänge in unterschiedlichen charakteristischen Bereichen, so daß bestimmte Verhältnisse dieser Parameter auf unterschiedliche Gänge schließen lassen.

Oberhalb eines Mindestdrehzahlbereiches von Getriebe-Eingangswellendrehzahl (nachfolgend kurz: Getriebedrehzahl) und Fahrgeschwindigkeit (je nach Rechengenauigkeit des verwendeten Steuergerätes z. B. ca. 300 U/min Getriebedrehzahl und ca. 3 km/h Fahrgeschwindigkeit) errechnet sich der Gang in der jeweiligen Endstellung des Schalthebels durch das Verhältnis zwischen Getriebedrehzahl und Fahrgeschwindigkeit. In diesem Zustand (endgültig eingelegter Gang) kann über eine Plausibilitätsprüfung die Information des Potentiometers und des Gassenschalters sowie des Rückwärtsgang- Schalters folgendermaßen überprüft werden.

Die aus der über Getriebedrehzahl und Fahrgeschwindigkeit errechneten Ganginformation muß sich wie folgt in den Anzeigen der anderen Sensoren widerspiegeln: In den Gängen 1, 3, 5 muß die Potentiometer-Information anzeigen, daß der Schalthebel vom steht. In den Gängen 2 und 4 muß der Schalthebel als hinten stehend detektiert sein. Die Rückwärtsgang-Information wird je nach Drei- oder Viergassenschaltung mit der Schalthebelstellung verknüpft. Der Gassenschalter muß entsprechend die Gassen 1/2 oder 3/4/5 anzeigen. Bei angezeigtem Rückwärtsgang muß der Gassenschalter die für Drei- oder Viergassenschaltung gültige Gasse 10 anzeigen.

Unterhalb des Mindestdrehzahlbereiches und/oder der Mindestfahrgeschwindigkeit wird der Gassenschalter und der Rückwärtsgangschalter neben der Potentiometer-Information zur Bestimmung des eingelegten Ganges folgendermaßen benutzt. Bei eingelegtem Gang kennzeichnet das Potentiometer ob einer der Gänge 1, 3, 5 oder einer der Gänge 2, 4 eingelegt ist. Der Gassenschalter zeigt an, ob einer der Gänge 1, 2 oder 3, 4, 5 eingelegt ist.

Derjenige Gang, der den beiden Anzeigen gemeinsam ist, ist der eingelegte Gang. Hierbei kann jedoch nicht zwischen den Gängen 3 und 5 unterschieden werden. Dies ist jedoch bei diesem Betriebspunkt (sehr niedrige Fahrgeschwindigkeit und/oder niedrige Getriebedrehzahl) nicht notwendig, da in jedem Fall bei Detektion von 3. oder 5. Gang an diesem Betriebspunkt ein Fehler vorliegt. Die Aussage "3. oder 5. Gang" reicht daher aus, um zu erkennen, daß ein für den Fahrbetrieb falscher Gang eingelegt ist. Der Rückwärtsgangschalter differenziert bei diesem Verfahren die Gänge 1. und R bei der Viergassenschaltung bzw. 4. und R bei der Dreigassenschaltung (vgl. Fig. 1 und 2). Bei Mittelstellung des Schalthebels ist immer Leerlauf eingestellt.

Die Erkennung einer Schaltabsicht ist über den Stellweg des Potentiometers folgendermaßen realisiert:

Wie in Fig. 3 dargestellt wird der Stellweg 12 in vier Bereiche eingeteilt, nämlich in eine ersten Bereich 14, der einem Zustand EINGELEGTER LEERLAUF zugeordnet ist, in einen zweiten Bereich 16, der einem Zustand SYNCHRONISIERUNG zugeordnet ist, in einen dritten Bereich 18, der einem Zustand SCHALTABSICHTERKENNUNG zugeordnet ist und in einen vierten Bereich 20, der einem Zustand ENDGÜLTIG EINGELEGTER GANG zugeordnet ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Bereiche 16, 18 und 20 symmetrisch um den nur einmal vorhandenen Bereich 14 angeordnet, um beide Schaltrichtungen (vor und zurück) zu erfassen.

Die Schaltabsicht ist wichtig, um bei Anforderung nach Herausnahme eines eingelegten Ganges durch den Fahrer bei einem möglicherweise unter Last stehendem Getriebe den Vorgang zum Öffnen der Kupplung in geeigneter Weise einleiten zu können. Die Schaltabsicht wird wieder mit dem Potentiometer erkannt, wenn dieses mit möglichst wenig Spiel vom Handschalthebel angesteuert wird, dagegen aber zwischen Handschalthebel und Getriebe möglichst Spiel in der Mechanik vorhanden ist. Bei eingelegtem Gang wird in den in Fig. 3 dargestellten Bereichen die Schaltabsicht eindeutig im Bereich 18 erkannt. Diesen Bereich erreicht der Schalthebel nur mit relativ geringer Kraftaufwendung durch den Fahrer, jedoch nicht im normalen Fahrbetrieb bei entlastetem Schalthebel. Dagegen wird in den Bereichen 18 das Getriebe noch nicht angesteuert.

Ferner erfolgt eine Synchronisationserkennung bzw. -überwachung mit ein und demselben System folgendermaßen:

Wenn sich der Schalthebel im Synchronisationsbereich 16 befindet, wird anhand des Vergleichs von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl der Fortgang der Synchronisation im Getriebe überwacht. Nach Beendigung der Synchronisation muß der Schalthebel sich im Bereichen 20 befinden bzw. in diesen hineinbewegen. Ist dies nicht der Fall, wurde der Synchronisationsvorgang abgebrochen. Bei Fahrzeugen mit automatisierter Kupplung kann in diesem Fall zum Schutz des Getriebes der Einkuppelvorgang verhindert, verzögert oder abgebrochen werden.

Die vorstehend beschrieben Anordnung erlaubt mit relativ wenig zusätzlichen Aufwand, nämlich mit nur einem Sensor mit eindimensionalem Stellweg und einem Schalter eine sichere Erkennung aller für den Fahrbetrieb und für die manuelle Schaltung von Gängen relevanten Zustände in einem Stufengetriebe. Diese Erkennung kann durch Verwendung von Sensorsignalen über Geschwindigkeit und Getriebedrehzahl noch verfeinert werden. Derartige Signale sind in der Regel ohne zusätzlichen Aufwand verwendbar, da sie in üblichen Kraftfahrzeugen bereits zur Verfügung stehen. So werden die Zustände EINGELEGTER GANG, SCHALTABSICHT und SYNCHRONISATIONSPHASE eindeutig erkannt. Die vorstehend beschriebene Art der Erkennung von Fehlerzuständen erlaubt eine eindeutige und schnelle Fehlerdiagnose über die beteiligten Sensoren. Die zusätzlichen Sensoren können ausschließlich in der Gangschaltung untergebracht werden und müssen dadurch nur einmal pro Fahrzeug-Plattform entwickelt und erprobt werden.

Bezugszeichenliste

10

Gassen

12

Stellweg

14

erster Bereich

16

zweiter Bereich

18

dritter Bereich

20

vierter Bereich

22

Mittellinie

Claims (8)

1. Anordnung zum Erfassen von Betätigungs- oder Schaltzuständen einer mechanischen Betätigungsvorrichtung bzw. eines Gangschalthebels eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei die Betätigungsvorrichtung entlang wenigstens dreier vorbestimmter, paralleler Gassen (10) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung mit einem Sensor mit eindimensionalem Stellweg (12) und einem Gassen-Schalter verbunden ist bzw. mit dem Sensor und dem Schalter zusammen wirkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassenschalter zweistufig ist, wobei jedem der beiden Schaltzustände des Gassenschalters jeweils eine Gasse (10) oder eine Gruppe von Gassen (10) derart zugeordnet ist, daß jede Gasse (10) genau einem der zwei Schaltzustände zugeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung entlang von vier parallelen Gassen (10) beweglich ist.

4. Anordnung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellweg (12) des Sensors in vier Bereiche unterteilt ist, wobei ein erster Bereich (14) ein Mittelstück des Stellweges umfaßt und dem Zustand LEERLAUF zugeordnet ist, wobei ferner ein zweiter Bereich (16) Stellwege benachbart an beiden Seiten des ersten Bereiches (14) umfaßt und einem Zustand SYNCHRONISIERUNG zugeordnet ist, wobei ferner ein dritter Bereich (18) Stellwege angrenzend zu den beiden zweiten Bereichen (16) an deren vom ersten Bereich (14) abgewandten Enden umfaßt und einem Zustand SCHALTABSICHT zugeordnet ist und wobei ferner ein vierter Bereich (20) äußere Enden des Stellweges (12) umfaßt und einem Zustand ENDGÜLTIG EINGELEGTER GANG zugeordnet ist.

5. Verfahren zum Erfassen von Betätigungs- oder Schaltzuständen einer mechanischen Betätigungsvorrichtung bzw. eines Gangschalthebels eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei die Betätigungsvorrichtung entlang wenigstens dreier vorbestimmter, paralleler Gassen beweglich ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte,

• (a) Erfassen eines ersten Sensorsignals, welches die Stellung der Betätigungsvorrichtung in Gassenrichtung angibt,
• (b) Erfassen eines zweiten Sensorsignals, welches eine von zwei Gruppen der Gassen angibt, in der sich das Betätigungselement befindet, wobei jeder Gruppe eindeutig verschiedene Gänge zugeordnet sind,
• (c) Erfassen eines dritten Sensorsignals, welches eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges angibt,
• (d) Bestimmen des Ganges bzw. der Gänge, welcher bzw. weiche der entsprechenden in den vorangegangenen Schritten erfaßten Kombination von Sensorsignalen zugeordnet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte,

• (e) Erfassen eines vierten Sensorsignals, welches eine Getriebeeingangsdrehzahl angibt, und
• (f) Bestimmen des Verhältnisses zwischen Geschwindigkeit und Getriebeeingangsdrehzahl, und
• (g) Vergleichen des Verhältnisses mit vorbestimmten Werten und Bestimmen des geschalteten Ganges aus der gemäß Schritt (b) erfaßten Gruppe von Gassen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgenden zusätzlichen Schritt nach Schritt (c),

• (c1) Erfassen eines Signals eines Rückwärtsgangsensors.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt

• (h) Bestimmen aus dem ersten Signal, ob einer der folgenden Zustände vorliegt, LEERLAUF, SYNCHRONISATION, SCHALTABSICHTSERKLÄRUNG oder ENDGÜLTIG EINGELEGTER GANG.