DE19855072A1 - Vorrichtung zur Simulation einer Kraft, Getriebe- und Fahrsimulator - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Simulation einer Kraft, insbesondere einer Schaltkraft eines Getriebesimulators, weist ein beweglich gelagertes Stellelement (5) auf, das von einem einer Verstellung des Stellelementes (5) entgegenwirkenden Krafterzeuger (15) beaufschlagbar ist. Der Krafterzeuger (15) ist elastisch ausgebildet. Das Stellelement (5) und der Krafterzeuger (15) sind derart ausgebildet und angeordnet, daß eine aus dem Krafterzeuger (15) erzielbare Widerstandskraft in einer Wirkachse (16) der Verstellung liegt und unmittelbar auf das Stellelement (5) einwirkt. DOLLAR A Ein Getriebesimulator weist die Vorrichtung (1) zur Simulation einer Kraft auf, ein Fahrsimulator den Getriebesimulator.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Simulation einer Kraft, insbesondere einer Schaltkraft eines Getriebesimulators, mit einem beweglich gelagerten Stellelement, das von einem einer Verstellung des Stellelementes entgegenwirkenden Krafterzeuger beaufschlagbar ist.

Es gibt vielfältige Anwendungsgebiete, in denen in einem realen Betrieb auftretende Kräfte beispielsweise zu Versuchs- und Erprobungszwecken simuliert werden. Dadurch können einerseits Kosten gespart und andererseits die zu simulierenden Kräfte schnell und einfach geänderten Versuchsbedingungen angepaßt werden.

Insbesondere zur Erprobung von Getriebebetätigungen, wie Gestängen und Seilzugvorrichtungen, werden die bei Wähl- und Schaltvorgängen an Getrieben auftretenden Kräfte häufig statt durch ein wirkliches Getriebe durch einen Getriebesimulator erzeugt. Aber auch in Fahrsimulatoren werden die im realen Fahrbetrieb auftretenden Schaltkräfte möglichst wirklichkeitsgetreu von einem Getriebesimulator simuliert.

Kräfte können in unterschiedlichster Weise erzeugt werden. In der GB 2 036 404 A wird zum Beispiel eine Gangwechsel-Simulation beschrieben, bei der ein Gangwechsel- Simulator verwendet wird, bei dem für mehrere Schaltebenen jeweils eine rechteckige Stange vorgesehen ist. Jede der Stangen weist einen Krafterzeuger auf, der zangenartig ausgebildet ist. Jeweils zwei federbelastete und gelenkig miteinander verbundene Arme bilden eine Bremszange, welche die jeweilige Stange mittels Reibbelägen einspannen und somit einer Bewegung der Stange durch die Erzeugung von Reibungskräften entgegenwirken. Eine wegabhängige Änderung der durch den Krafterzeuger verursachten Reibungskräfte ist in diesem Fall durch eine Querschnittsänderung der jeweiligen Stange erzeugbar. Ein Aufbau der beschriebenen Art ist relativ aufwendig und erfordert zur Änderung der als Widerstandskräfte wirksamen Reibungskräfte und einer wegabhängigen Widerstandscharakteristik das Austauschen von Bauteilen, z. B. der Stangen und/oder der die Arme der Bremszangen belastenden Federelemente. Im übrigen ist die beschriebene Anordnung aufgrund der Reibung zwischen den Stangen und den Reibbelägen einem Verschleiß unterworfen.

Es stellt sich daher das Problem, die gattungsbildende Vorrichtung derart weiterzubilden, daß eine Vorrichtung zur Simulation einer Kraft bereitgestellt wird, die im Aufbau einfach gestaltet und im übrigen verschleißarm ausgebildet ist. Weiterhin soll ein Getriebesimulator und ein Fahrsimulator aufgezeigt werden.

Das die Vorrichtung betreffende Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Anspruch 10 zeigt den Getriebesimulator und Anspruch 11 den Fahrsimulator auf. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.

Die Vorrichtung zur Simulation einer Kraft ist insbesondere für die realitätsnahe Erzeugung einer Schaltkraft eines Getriebesimulators vorgesehen. Die Vorrichtung ist mit einem beweglich gelagerten Stellelement versehen, das von einem einer Verstellung des Stellelementes entgegenwirkenden Krafterzeuger beaufschlagbar ist. Der Krafterzeuger ist elastisch ausgebildet. Das Stellelement und der Krafterzeuger sind derart ausgebildet und angeordnet, daß eine aus dem Krafterzeuger erzielbare Widerstandskraft in einer Wirkachse der Verstellung liegt und unmittelbar auf das Stellelement einwirkt.

Das Stellelement, unter dem im weitesten Sinne eine Stange oder ein Hebel verstanden werden kann, wird zur Simulation einer Schaltbewegung verstellt, d. h. in einer Längsrichtung verschoben oder um eine Drehachse gedreht. Der elastisch ausgebildete Krafterzeuger, der als Längs- oder Drehfederelement ausgebildet sein kann, wirkt unmittelbar, d. h. ohne Umlenk- und Reibelemente, auf das Stellelement ein. Dabei wirkt die durch den Krafterzeuger hervorgerufene Widerstandskraft in der Wirkachse der Bewegung des Stellelementes der jeweiligen Bewegung des Stellelementes entgegen, d. h. im Falle einer Längsbewegung des Stellelementes wirkt die Widerstandskraft unmittelbar in der Richtung der Längsbewegung dieser entgegen, im Falle einer Drehbewegung des Stellelementes wirkt die Widerstandskraft unmittelbar um die Drehachse der Drehbewegung dieser als Drehmoment entgegen.

Somit ist ein relativ einfacher und verschleißarmer Aufbau gegeben, so daß das der Erfindung zugrundeliegende Problem gelöst ist.

Im folgenden werden zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.

Das Stellelement der Vorrichtung kann als Schub- und Zugstange ausgebildet sein und vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweisen. Als Schub- und Zugstange beschreibt das Stellelement bei einer Verstellung im wesentlichen eine Längsbewegung. Als Bauteil mit rundem Querschnitt ist das Stellelement einfach und preisgünstig als Drehteil herstellbar.

In der Vorrichtung kann ein Lagerelement vorhanden sein. Das Lagerelement kann einen Lagerbock und eine in diesem fixierte Führungshülse aufweisen, in der eine axialbewegliche Führung des Stellelementes vorgesehen ist. Das im wesentlichen aus dem Lagerbock und der Führungshülse bestehende Lagerelement ist räumlich fixiert und dient einer beweglichen Lagerung des Stellelementes.

Der Krafterzeuger der Vorrichtung kann Federelemente aufweisen. Diese Federelemente können als Druckfedern ausgebildet sein. Es können jeweils zwei Gruppen von Federelementen vorgesehen sein, die auf gegenüberliegenden Seiten des Lagerelementes angeordnet sind. Durch die Federelemente erhält der Krafterzeuger eine Elastizität. Im vorliegenden Fall wird bei den Federelementen von Druckfedern ausgegangen, denkbar sind jedoch auch Zugfedern und Torsionsfedern. Durch eine beidseitig des Lagerelementes vorgesehene Anordnung der Federelemente wird eine selbsttätige Fixierung des Stellelementes in einer Ruhe- oder Ausgangsposition erreicht.

Jeder der zwei Gruppen von Federelementen kann ein Federteller zugeordnet sein. Die Federteller können derart ausgebildet und angeordnet sein, daß durch jeden der Federteller jeweils eine Federkraft in das Stellelement und in das Lagerelement einleitbar ist. Federteller sind bekannte Bauteile, durch die von Federelementen erzeugte Federkräfte in andere Bauteile einleitbar sind. Durch entsprechende Dimensionierung kann erreicht werden, daß die Federelemente im Ruhezustand des jeweiligen Stellelementes auf das Lagerelement, und hier speziell auf die Führungshülse wirken. In einem ausgelenkten Zustand des Stellelementes wirken nur die auf der Seite des Lagerelementes angeordneten Federelemente, in die das Stellelement bewegt wird, so daß das Stellelement ohne eine Einwirkung äußerer Kräfte selbsttätig in die Ausgangsstellung zurückgedrückt wird.

Jede der Gruppen von Federelementen kann Schraubenfedern aufweisen. Die Schraubenfedern können parallel und/oder in Reihe geschaltet angeordnet sein. Schraubenfedern sind bekannte Maschinenelemente und mit unterschiedlichsten Eigenschaften, d. h. Baugröße, Steifigkeit und Federcharakteristik, erhältlich. Durch die Kombination von Schraubenfedern in Parallel- und/oder Reihenanordnung sind beliebige Eigenschaften, insbesondere progressive, lineare oder degressive Kennlinien, erzeugbar.

Jede der Gruppen von Federelementen kann auch Tellerfedern aufweisen. Die Tellerfedern können untereinander oder mit anderen Federelementen parallel und/oder in Reihe geschaltet angeordnet sein. Tellerfedern sind im Vergleich zu Schraubenfedern sehr kompakt und weisen in der Regel eine degressive Kennlinie auf.

In der Vorrichtung können zwei Verbindungselemente vorgesehen sein. Die Verbindungselemente können auf gegenüberliegenden Seiten des Lagerelementes angeordnet und derart ausgebildet sein, daß jeweils eine von den zugeordneten Federelementen erzeugbare Federkraft aufnehmbar und in das Lagerelement einleitbar ist. Durch die Verbindungselemente stützen sich die Federelemente jeweils gegenüber dem Lagerelement ab, so daß die Federelemente durch eine Vorspannung und durch eine Verstellung des Stellelementes zusammendrückbar und derart die in das Stellelement einzuleitenden Federkräfte erzeugbar sind.

Die Verbindungselemente können verstellbar ausgebildet und angeordnet sein. Durch geeignete Gestaltung der Verbindungselemente kann erreicht werden, daß jeweils unabhängig voneinander eine Vorspannkraft erzeugbar und änderbar ist. Damit sind unterschiedliche Widerstandskräfte für eine Zug- und Druckbewegung des Stellelementes realisierbar. Im übrigen können durch eine Änderung der jeweiligen Vorspannung einfach und schnell andere zu simulierende Kräfte eingestellt werden.

Es ist ein Getriebesimulator vorgesehen, der eine oder mehrere Vorrichtungen zur Simulation einer Kraft mit den zuvor beschrieben Merkmalen und Eigenschaften aufweist. Eine einzige Vorrichtung dient dann zur Simulation einer Schaltebene des zu simulierenden Getriebes.

Des weiteren ist ein Fahrsimulator vorgesehen, in dem ein Getriebesimulator der zuvor geschilderten Art angeordnet ist und der somit auch eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Simulation einer Kraft aufweist.

In der nachfolgenden Figur ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zur Simulation einer Kraft. Die Vorrichtung 1 weist ein Lagerelement 2 mit einem Lagerbock 3 und einer in diesem befestigten Führungshülse 4 auf. In der Führungshülse 4 ist ein als Schub- und Zugstange ausgebildetes Stellelement 5 gleitbeweglich gelagert, wobei das Stellelement 5 im Bereich der Führungshülse 4 einen Bund 6 aufweist. Der Bund 6 des Stellelementes 5 und die Führungshülse 4 weisen im wesentlichen eine gemeinsame Länge 7 auf. An einem Ende des Stellelementes 5 ist ein Angriffselement 8 zur Einleitung einer Stellbewegung bzw. einer Stellkraft vorgesehen. Die Vorrichtung 1 hat eine Zugseite 9 und eine Schubseite 10. Bei Einleitung einer Zugbewegung bzw. Zugkraft in das Stellelement 5 bewegt sich dieses in Richtung der Zugseite 9, bei Einleitung einer Schubbewegung bzw. Schubkraft entsprechend in Richtung der Schubseite 10. Beiderseits der Führungshülse 4 befindet sich jeweils ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 11, das jeweils innen über einen Federteller 12 in einer in der Figur dargestellten Mittellage sowohl stirnseitig an der Führungshülse 4 als auch an dem Bund 6 des Stellelementes 5 anliegt. Außen stehen die Federelemente 11 jeweils mit einem als Hülsen ausgebildeten Verbindungselement 13 in Kontakt. Die Verbindungselemente 13 sind auf der Führungshülse 4 verschraubt und durch Kontermuttern 14 gesichert. Die Federelemente 11 und die Federteller 12 bilden zusammen mit den Verbindungselementen 13 und den Kontermuttern 14 einen Krafterzeuger 15, dessen Wirkachse 16 in einer Bewegungsachse des Stellelementes 5, d. h. in diesem Fall in dessen Längsachse, liegt.

Durch mehr oder weniger weites Aufschrauben der Verbindungselemente 13 auf die Führungshülse 4 sind die Federelemente 11 unabhängig voneinander vorspannhar. Ein ungewollter Ausgleich unterschiedlicher Vorspannkräfte ist nicht möglich, da das Stellelement 5 ohne eine Einwirkung von äußeren Kräften mittels der durch die Federelemente 11 stirnseitig an den Bund 6 des Stellelementes 5 und an die Führungshülse 4 angedrückten Federteller 12 in der Mittellage gehalten wird. Bei einer von außen veranlaßten Bewegung des Stellelementes 5 wirkt jeweils nur eines der Federelemente 11 dieser Bewegung entgegen. Wird beispielsweise über das Angriffselement 8 eine Schubkraft in das Stellelement 5 eingeleitet, so bewegt sich das Stellelement 5 in Richtung der Schubseite 10. Der auf der Zugseite 9 befindliche Federteller 12 bleibt durch stirnseitigen Kontakt mit der Führungshülse 4 in Postion der Mittellage, so daß sich das auf der Zugseite 9 befindliche Federelement 11 nicht entspannen kann. Auf der Schubseite 10 wird der entsprechende Federteller 12 vom Bund 6 des Stellelementes 5 mitgenommen, so daß zunächst eine Vorspannkraft des dortigen Federelementes 11 in vollem Umfang als Widerstandskraft wirksam wird. Diese Widerstandskraft wird dann im weiteren Verlauf der Bewegung des Stellelementes 5 durch ein weiteres Zusammendrücken des Federelementes 11 entsprechend einer zugeordneten Federkennlinie erhöht. Durch eine solche Anordnung ist eine Simulation von Schaltvorgängen in Getrieben möglich. Das jeweilige Stellelement 5 kann durch eine hier nicht dargestellte Rastvorrichtung in einer Gangposition gehalten werden. Außerhalb einer gerasteten Gangposition kehrt das Stellelement 5 selbsttätig in die Mittellage zurück.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung (zur Simulation einer Kraft)

2

Lagerelement

3

Lagerbock

4

Führungshülse

5

Stellelement

6

Bund

7

Länge (von Führungshülse u. Bund)

8

Angriffselement

9

Zugseite

10

Schubseite

11

Federelement

12

Federteller

13

Verbindungselement

14

Kontermutter

15

Krafterzeuger

16

Wirkachse

Claims (11)

1. Vorrichtung (1) zur Simulation einer Kraft, insbesondere einer Schaltkraft eines Getriebesimulators,
mit einem beweglich gelagerten Stellelement (5), das von einem einer Verstellung des Stellelementes (5) entgegenwirkenden Krafterzeuger (15) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Krafterzeuger (15) elastisch ausgebildet ist,
und daß das Stellelement (5) und der Krafterzeuger (15) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß eine aus dem Krafterzeuger (15) erzielbare Widerstandskraft in einer Wirkachse (16) der Verstellung liegt und unmittelbar auf das Stellelement (5) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) als Schub- und Zugstange ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagerelement (2) vorhanden ist, daß das Lagerelement (2) einen Lagerbock (3) und eine in diesem fixierte Führungshülse (4) aufweist, und daß eine axialbewegliche Führung des Stellelementes (5) in der Führungshülse (4) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafterzeuger (15) Federelemente (11) aufweist, daß die Federelemente (11) als Druckfedern ausgebildet sind, daß zwei Gruppen von Federelementen (11) vorgesehen sind, und daß die Gruppen von Federelementen (11) auf gegenüberliegenden Seiten des Lagerelementes (2) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zwei Gruppen von Federelementen (11) ein Federteller (12) zugeordnet ist, und daß durch jeden der Federteller (12) jeweils eine Federkraft in das Stellelement (5) und in das Lagerelement (2) einleitbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gruppen von Federelementen (11) Schraubenfedern aufweist, und daß die Schraubenfedern parallel und/oder in Reihe geschaltet angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gruppen von Federelementen (11) Tellerfedern aufweist, und daß die Tellerfedern untereinander oder mit anderen Federelementen (11) parallel und/oder in Reihe geschaltet angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verbindungselemente (13) vorgesehen sind, daß die Verbindungselemente (13) auf gegenüberliegenden Seiten des Lagerelementes (2) angeordnet sind, und daß die Verbindungselemente (13) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß jeweils eine von den zugeordneten Federelementen (11) erzeugbare Federkraft aufnehmbar und in das Lagerelement (2) einleitbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (13) verstellbar ausgebildet und derart angeordnet sind, daß jeweils unabhängig voneinander eine Vorspannkraft erzeugbar und änderbar ist.

10. Getriebesimulator, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (1) zur Simulation einer Kraft nach den Ansprüchen 1 bis 9 vorgesehen ist.

11. Fahrsimulator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebesimulator nach Anspruch 10 vorgesehen ist.