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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für ein automatisiertes Getriebe in einem Kraftfahrzeug mit einem, in mehreren Richtungen bewegbaren und in einer oder mehreren Schaltstellungen stabil verharrenden Schalthebel, und mit einer relativ zu dem Schalthebel motorisch bewegbaren Schaltbegrenzungskulisse zum Sperren einzelner, situationsbedingt nicht zugelassener Schalthebelbewegungen, wobei die Schaltbegrenzungskulisse als ein motorisch drehbarer Körper ausgebildet ist, der bezüglich zweier zueinander senkrechter Bewegungsrichtungen des Schalthebels in Abhängigkeit der jeweiligen Drehstellung unterschiedliche Anschläge für den Schalthebel ausbildet.
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Derartige Schalteinrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, die mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet sind. Dabei wird der eigentliche Schaltvorgang elektrohydraulisch oder elektromotorisch vorgenommen, während der jeweilige Schaltwunsch des Fahrers elektrisch oder elektronisch erfasst wird. Dem Fahrer stehen bei einem solchen automatisierten Schaltgetriebe die elektrische Schalteinrichtung mit einem Schalthebel und gegebenenfalls zusätzlichen, etwa am Lenkrad angeordneten Wippschaltern zum Herauf- und Herunterschalten zur Verfügung.
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Neben den Fahrstufen N (Leerlauf), D (Vorwärtsfahrt) und R (Rückwärtsfahrt) besteht in der Fahrstufe D die Möglichkeit durch entsprechende Verstellung des Schalthebels, etwa durch Verschwenken in eine zweite parallele Schaltgasse, den automatischen Gangwechsel auszuschalten, damit der Fahrer einen Gangwechsel selbst bestimmen kann.
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Bei einem verharrend gelagerten Schalthebel, der nach Anwählen einer Fahrstufe regelmäßig in eine Nullstellung zurückgeht, ist es oft erwünscht, dass der Schalthebel bezüglich seiner Bewegungsfreiheit entsprechend der jeweils angewählten Fahrstufe begrenzt ist.
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Hierzu ist es bekannt, zur selektiven Sperrung der Hebelbewegung mehrere Schieber vorzusehen, die durch Elektromagnete gegen die Kraft von Druckfedern in die Arbeitsposition bewegt und dort gehalten werden. Eine derartige Anordnung ist in der
DE 10 2005 023 926 A1 dargestellt. Die Schieberbewegungen erzeugen allerdings störende Geräusche und die Dauerbestromung der Elektromagnete führt zu einer starken Erwärmung.
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Ebenfalls aus der
DE 10 2005 023 926 A1 ist eine Anordnung mit einem motorisch verstellbaren Exzenter bekannt, der je nach Stellung den Betätigungsweg des Schalthebels verändert. Sollen mehrere verschiedene Betätigungswege des Schalthebels begrenzt werden, so sind entsprechend mehrere solcher steuerbaren Begrenzungselemente erforderlich, wodurch der mechanische Aufwand relativ hoch wird. Zudem muss zur genauen Steuerung der Exzenterstellung die Drehstellung des Motors mit einem Positionssensor erfasst werden.
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Eine weitere Schalteinrichtung ist aus der
DE 10 2004 060 232 A1 bekannt. Hierbei wird eine Schaltbegrenzungskulisse, die etwa die Form einer Schalthebelblende aufweist durch mindestens einen Aktuator relativ zum Schalthebel verschoben, so dass je nach Stellung der Schaltbegrenzungskulisse die möglichen Betätigungen und Betätigungswege mehr oder weniger stark eingeschränkt sind. Auch diese Schalteinrichtung erweist sich in ihrer konkreten Ausführung als mechanisch recht aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schalteinrichtung zu schaffen, bei der eine Realisierung der notwendigen Schaltwegbegrenzungen auf möglichst einfache Art und Weise mit einer möglichst geringen Anzahl von Aktuatoren möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein motorischer Antrieb die Drehstellung der Schaltbegrenzungskulisse in Abhängigkeit von der aktuell gewählten Fahrstufe einstellt.
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Zum Einschränken der Freiheitsgrade des Schalthebels entsprechend der jeweilig angewählten Fahrstufe dient die Schaltbegrenzungskulisse. Diese kann beispielsweise beim Bewegen des Schalthebels aus einer Nullstellung in eine Fahrstufe in ihre bestimmungsgemäße Stellung zum Sperren einzelner, in der angewählten Fahrstufe nicht gewünschter Schalthebelbewegungen verstellt werden. Die Sperrung von bestimmten Schalthebelbewegungen kann darüber hinaus auch von anderen äußeren Bedingungen abhängig sein, wie zum Beispiel von der erfolgten Betätigung einer Entriegelungstaste.
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Die Schaltbegrenzungskulisse kann so vorteilhafterweise mittels eines einzigen motorischen Antriebs zugleich Schaltbegrenzungen für mehrere Bewegungsrichtungen des Schalthebels ausbilden, wobei die Schaltbegrenzungen für die verschiedenen Bewegungsrichtungen sogar unabhängig voneinander einstellbar sind.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Schaltbegrenzungskulisse als ein relativ einfach gestalteter geometrischer Körper ausgebildet sein kann, der einfach und kostengünstig herstellbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltbegrenzungskulisse als ungefähr quaderförmiger Körper ausgebildet, der um eine Achse senkrecht zu einem parallelen Stirnflächenpaar drehbar ist. Die Seitenflächen bilden erste Anschläge aus und eine auf einer Stirnfläche aufgebrachte, vorzugsweise stegförmige, Anformung bildet zweite Anschläge aus.
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Bei der elektrischen Schalteinrichtung für ein automatisiertes Getriebe ist der Schalthebel in zumindest einer Schaltgasse verharrend gelagert, das heißt, der Schalthebel geht nach einer Betätigung in eine, im folgenden als Nullstellung bezeichnete Ausgangsstellung zurückgeht. Gleichfalls ist es möglich, dass der Schalthebel in mehreren Schaltgassen bewegt werden kann und in jeder Schaltgasse jeweils in eine jeweils eigene Nullstellung gebracht werden kann, wobei eine Nullstellung die Ausgangsstellung des Schalthebels zur Fahrstufenanwahl ist und die weitere Nullstellung diejenige Stellung des Schalthebels darstellt, von der ausgehend der Fahrer manuell das sequentielle Schaltgetriebe bedienen kann. Sind mehrere Nullstellungen des Schalthebels vorgesehen, so ist dieser vorzugsweise manuell zwischen den Nullstellungen, an einer Rastkurve geführt, verstellbar.
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Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine elektrische Schalteinrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
- 2 die Rastkurve der Schalteinrichtung,
- 3-5 den Schalthebel in verschiedenen Schaltstellungen,
- 6 eine am Schalthebel angeformte Anlagekontur,
- 7-8 die Schaltbegrenzungskulisse in zwei Drehstellungen,
- 9 die Schalteinrichtung mit einem Schrittmotor,
- 10-12 eine Schalteinrichtung mit elektromagnetischen Sperren,
- 13 eine Schalteinrichtung mit mehreren Aktuatoren,
- 14 das Schaltschema der Schalteinrichtung.
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Die 1 zeigt eine elektrische Schalteinrichtung in einer vereinfachten Darstellung. Erkennbar ist ein Schalthebel 1, der entlang einer sogenannten Rastkurve 2 geführt ist. Die Rastkurve 2 bildet zwei parallele Schaltgassen (I, II) aus, die in der 2 erkennbar sind.
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Das zugehörige Schaltschema des entlang der Rastkurve geführten Schalthebels 1 zeigt die 14. Das Schaltschema ist hier aus der Sicht des Fahrers dargestellt, was einer gegenüber der Darstellung der 2 um 180° gedrehten Rastkurve 2 entspricht.
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Gemäß dem in der 14 dargestellten Schaltschema ist der Schalthebel in beiden Schaltgassen (I, II) verharrend gelagert. Die Nullstellung des Schalthebels in der Schaltgasse I ist mit dem Bezugszeichen N, diejenige der Schaltgasse II mit dem Bezugszeichen M gekennzeichnet. Zwischen den beiden Nullstellungen N und M ist der in der Rastkurve 2 geführte Schalthebel bewegbar. Die Schaltgasse I dient einer Fahrstufenanwahl. Durch entsprechendes Bewegen des Schalthebels innerhalb der Schaltgasse I können die Fahrstufen N (Leerlauf), D (Vorwärtsfahrt) und R (Rückwärtsfahrt) angewählt werden. Die Schaltgasse I umfasst somit ausgehend von der Nullstellung N in jede Bewegungsrichtung jeweils zwei Schaltpunkte V, W bzw. H, HH. Dieses ist notwendig, damit ein Fahrer zum Wechseln der Fahrstufe R in die Fahrstufe D und umgekehrt haptisch den Schalthebel über zwei Schaltstufen bewegen kann. Das ist gewünscht, damit für den Fahrer nachvollziehbar bei einem solchen Fahrstufenwechsel der Schalthebel durch die Schaltstellung N geführt wird.
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Die Schaltgasse II verfügt ausgehend von ihrer Nullstellung M über jeweils einen Schaltpunkt M+ bzw. M- in jeder Richtung und dient zum manuellen Ansteuern des automatisierten Schaltgetriebes, so dass der Fahrer einen Gangwechsel manuell durch entsprechendes Bewegen des Schalthebels auf den Schaltpunkt M+ oder auf den Schaltpunkt M- herauf- bzw. herunterschalten kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird im Schaltpunkt M+ der nächst höhere und im Schaltpunkt M- der nächst tiefere Gang eingelegt.
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Die jeweilige Fahrstufeneinstellung bzw. der jeweils eingelegte Gang können einem Fahrer durch eine entsprechende Anzeige kenntlich gemacht werden, so dass er nach Erfassen der jeweils aktuellen Fahrstufe den Schalthebel bei einem Fahrstufen- oder Gangwechsel entsprechend bewegt. Damit der Schalthebel jedoch nicht unbewusst in eine in einer Fahrstufe nicht definierte Stellung gebracht werden kann, verfügt die elektrische Schalteinrichtung zusätzlich über eine Schaltbegrenzungskulisse 3, die in Abhängigkeit von der jeweils angewählten Fahrstufe die Bewegungsfreiheit des verharrend gelagerten Schalthebels 1 fahrstufenabhängig begrenzt.
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Die Schaltbegrenzungskulisse 3 ist in der 1 dargestellt; der zugehörige elektrische Antrieb 7, der vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet ist, ist aus den 9 und 13 ersichtlich, wobei der Antrieb 7 relativ zum Fahrzeug unbeweglich angeordnet ist, etwa durch Befestigung in einem nicht dargestellten Gehäuse der elektrischen Schalteinrichtung.
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Die 3 bis 5 zeigen Ansichten einer Stirnfläche der Schaltbegrenzungskulisse 3, die durch einen annähernd quaderförmigen Körper mit paarweise, zumindest annähernd parallelen Seitenflächen ausgebildet ist. Angedeutet ist der Durchstoßungspunkt der Motorwelle 8 durch die annähernd quadratische Stirnfläche der Schaltbegrenzungskulisse 3. Die Motorwelle 8 stellt die Verbindung zum hier nicht dargestellten elektrischen Antrieb dar.
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Ersichtlich ist, dass die Schaltbegrenzungskulisse 3 außerhalb der Mitte ihrer Stirnfläche mit der Motorwelle 8 verbunden ist. Dadurch bilden die beiden Verbindungslinien, die durch den Durchstoßungspunkt und senkrecht zu den Seitenflächen der Schaltbegrenzungskulisse 3 verlaufen jeweils eine kurze und eine lange Halbachse (a, b) aus. Aufgrund der annähernd quadratischen Form der Stirnfläche, sind sowohl die beiden größeren Halbachsen a als auch die beiden kleineren Halbachsen b untereinander gleich lang.
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Die Seitenflächen der Schaltbegrenzungskulisse 3 bilden Anschlagsflächen für einen am Schalthebel 1 angeformten Anschlaghebel 4 aus. Wie die 4 zeigt, ist der Schalthebelweg eingeschränkt, wenn der Anschlaghebel 4 auf eine der Seitenflächen trifft, deren Abstand vom Durchstoßungspunkt der Motorwelle 8 der großen Halbachsenlänge a entspricht. Dadurch kann der Schalthebel 1 nicht das linke Ende der Rastkurve 2 erreichen.
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Die 5 zeigt, dass diese Begrenzung aufgehoben ist, wenn eine der Seitenflächen der Schaltbegrenzungskulisse 3 mit der kleineren Halbachsenlänge b den Anschlag für den Anschlaghebel 4 bildet. Bei einer Drehung der Schaltbegrenzungskulisse 3 um jeweils 90° gibt es somit zwei gleichwertige den Schaltweg begrenzende Stellungen, sowie zwei Stellungen, die den Betätigungsweg des Schalthebels 1 vollständig freigegeben.
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Auf der der Schaltbegrenzungskulisse 3 zugewandten Seite weist der Schalthebel 1 eine angeformte Führungskurve 9 auf. Die Führungskurve 9 ist in der 5 nur abschnittsweise hinter der Schaltbegrenzungskulisse 3 erkennbar und daher in der 6 in einer Detailansicht dargestellt. Die Form der Führungskurve 9 ist so ausgestaltet, dass sie mit einer stegförmigen Anformung, im folgenden kurz als Führungssteg 10 bezeichnet, die an der dem Schalthebel 1 zugewandten Stirnfläche der Schaltbegrenzungskulisse 3 angebracht oder angeformt ist, zusammenwirken kann.
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Bei der in der 7 gezeigten Drehstellung der Schaltbegrenzungskulisse 3 befindet sich der Führungssteg 10 zwischen den Anlageflächen der Führungskurve.
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In einer dazu um 90° versetzten Drehstellung, die in der 8 dargestellt ist, liegt der Führungssteg 10 dagegen an der höchsten Stelle der Führungskurve 9 an. Hierdurch ist der Abstand zwischen der Schaltbegrenzungskulisse 3 und dem Schalthebel 1 vergrößert.
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Da die Schaltbegrenzungskulisse 3 in Richtung ihrer Drehachse als ortsfest anzusehen ist, ist der Schalthebel 1 in der 8, im Vergleich zu seiner in der 7 dargestellten Position, von der Schaltbegrenzungskulisse 3 weggeschoben. Zudem begrenzt die Schaltbegrenzungskulisse 3 nun den Betätigungsweg des Schalthebels 1 in der Verschieberichtung zwischen den beiden Schaltgassen I und II gemäß der Darstellung der 2 und 14. Durch diese Schalthebelwegsbegrenzung kann der Schalthebel 1 in der Schaltgasse I gehalten werden und eine Verschiebung des Schalthebels 1 in die andere Schaltgasse II, die zum manuellen Umschalten der Gänge vorgesehen ist, unterbunden werden.
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Wegen der symmetrischen Ausbildung des Führungsstegs 10 und der symmetrischen Anordnung des Führungsstegs 10 hinsichtlich der Drehachse der Schaltbegrenzungskulisse 3 führt eine Drehung der Schaltbegrenzungskulisse 3 um 180° wieder jeweils zu einer genau gleichen relativen Positionierung von Führungssteg 10 und Führungskurve 9 zueinander. Somit ist hier eine Drehsymmetrie gegeben. Wesentlich hierbei ist, dass sich die Abfolge der funktionell gleichwirkenden Stellungen hier von der zuvor anhand der 4 beschriebenen Abfolge von Blockierstellungen des Betätigungswegs innerhalb einer Schaltgasse unterscheidet.
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Hierzu betrachte man die 4 und 8 zusammen mit dem Schaltschema der 14. Die Schaltbegrenzungskulisse 3 bildet mehrere Betätigungssperren aus, wobei man die Stellung der Schaltbegrenzungskulisse 3 in der 3 als Sperre A (14) identifizieren kann, die das Erreichen einer Endstellung W in der Schaltgasse I blockiert.
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Die Positionierung von Führungssteg 10 und Führungskurve 9 in der 8 entspricht einer Sperre E, die das Verschieben des Schalthebels 1 in die Schaltgasse II verhindert, und, falls sich der Schalthebel sich in der Schaltgasse II befindet, diesen in die Schaltgasse I verschiebt.
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Die zuletzt genannte Funktion ist vorteilhaft, um den Schalthebel 1, etwa beim Abstellen des Kraftfahrzeugs, in eine definierte Nullstellung N zu überführen. Dies kann dadurch geschehen, dass, z. B. nach dem Abziehen des Zündschlüssels, der Antrieb 7 die Schaltbegrenzungskulisse 3 in die in der 8 gezeigte Drehstellung bringt, in der der Führungssteg 10 am höchsten Punkt der Führungskurve 9 anliegt. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich der Schalthebel 1 anschließend in der ersten Schaltgasse I und damit in der Nullstellung N befindet.
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Vorteilhaft hierbei ist, dass für diese Funktion kein eigener Aktuator erforderlich ist, und damit ein ansonsten zusätzlich benötigter elektromotorischer oder elektromagnetischer Antrieb eingespart werden kann.
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Der
4 entnehmbar ist, dass auch nach einer Drehung der Schaltbegrenzungskulisse
3 um 90° im Uhrzeigersinn gegenüber der in der
4 dargestellten Position, wieder eine Seite mit einer langen Halbachse
a zum Drehpunkt am Anschlaghebel
4 anliegt. Dadurch bleibt die Sperre
A gesetzt. Gemäß der
7 und
8 geschieht das Setzen/Nichtsetzen der Sperre
E durch Drehung der Schaltbegrenzungskulisse
3 mit einer 180°-Symmetrie. Dies läßt sich in folgender Tabelle zusammenfassen:
| Sperre A | Sperre E |
| 1 | 1 |
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
| 0 | 0 |
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Jede Zeile dieser Tabelle entspricht einer möglichen Drehstellung der Schaltbegrenzungskulisse 3; der Übergang von einer Zeile zur nächsten entspricht somit einem 90°-Schritt. Eine 1 bedeutet jeweils eine gesetzte Sperre; entsprechend steht eine 0 für eine ungesetzte Sperre. Die Tabelle zeigt, dass es jeweils eine Stellung der Schaltbegrenzungskulisse 3 gibt, in der jeweils eine oder beide Sperren zusammen oder keine der Sperren gesetzt sind.
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Die Schaltbegrenzungskulisse und der zugehörige Antrieb realisieren somit jede mögliche Sperrenkombination und damit praktisch zwei unabhängig voneinander steuerbare Sperren A und E.
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Da somit eine einzige Schaltbegrenzungskulisse gleichzeitig zwei Schaltbetätigungssperren ausbildet, ist der mechanische Aufwand gegenüber vorbekannten, mechanisch separat ausgebildeten Sperrvorrichtungen deutlich reduziert. Zugleich werden Kosten und Bauraum eingespart.
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Vorteilhaft darüber hinaus ist auch, dass zur Aufrechterhaltung der Sperrwirkung keine ständige Bestromung von Sperrvorrichtungen erforderlich ist. Hierdurch wird der Strombedarf vermindert und die äußerst störende Entstehung von Verlustwärme stark reduziert. Besonders vorteilhaft kann der Antrieb 7 als ein Schrittmotor ausgeführt sein, der jeweils nur zur Änderung der Drehposition der Schaltbegrenzungskulisse 3 kurz angesteuert wird. Vorteilhaft ist auch, dass die Schaltbegrenzungskulisse 3 keinen Drehstellungssensor aufweisen muss, da die jeweilige Stellung für die den Schrittmotor ansteuernden Vorrichtung aus der Anzahl der Ansteuerimpulse an den Schrittmotor jederzeit ableitbar ist.
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Selbstverständlich ist eine Verwendung zusätzlicher konventioneller Sperraktuatoren (11, 12) zur Realisierung weiterer Funktionen keineswegs ausgeschlossen und sogar relativ einfach realisierbar.
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So zeigt die 10 zwei Hubankermagnete als Sperraktuatoren (11, 12), die an Endabschnitten der Rastkurve 2 angeordnet sind. Die Sperraktuatoren (11, 12) weisen ausfahrbare Stößel (13, 14) auf, welche im ausgefahrenen Zustand im Schwenkbereich von zwei am Schalthebel 1 angeformten Anschlaghebeln (5, 6) liegen und dadurch Betätigungssperren ausbilden. Diese Betätigungssperren entsprechen den Sperren B und C im Schaltschema der 14.
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Da in der 10 beide Schaltstößel ausgefahren sind und somit beide Betätigungssperren B und C gesetzt sind, ist der Schalthebel 1 in der dargestellten Konfiguration, zumindest in einer Schaltgasse, nicht betätigbar. Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn die Betätigung des Schalthebels 1 von der Erfüllung einer Vorbedingung, etwa dem Lösen der Bremse, abhängig sein soll.
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In den 11 und 12 ist jeweils der Sperraktuator 12 betätigt und der Sperraktuator 11 unbetätigt. Entsprechend ist der Stößel 14 des Sperraktuators 12 ausgefahren. Übertragen auf das Schaltschema der 14 bedeutet das, dass die Sperre C gesetzt ist und die Schaltstellungen H und HH blockiert sind. Der Schalthebel 1 kann somit in die Stellungen N und V gebracht werden. Die Stellung W ist in der 11 durch die Sperre A blockiert, welche durch die Schaltbegrenzungskulisse 3 gesetzt ist. Dagegen ist in der 12 die Sperre A durch die Stellung der Schaltbegrenzungskulisse 3 freigegeben.
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Die 13 zeigt eine Anordnung aus Schalthebel 1, Rastkurve 2, Schaltbegrenzungskulisse 3, dem Schrittmotor 7 und einem Sperraktuator 11. Der Schalthebel 1 befindet sich hier in der Schaltgasse II. Ersichtlich ist, dass der Anschlaghebel 5 am Schalthebel 1 sich in dieser Schaltgasse II am gesetzten Stößel 13 des Sperraktuators 12 vorbeibewegen kann, was bedeutet, dass die Sperre B hier, in Übereinstimmung mit dem Schaltschema in der 14, für den in Schaltgasse II befindlichen Schalthebel 1 nicht wirksam ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalthebel
- 2
- Rastkurve
- 3
- Schaltbegrenzungskulisse
- 4, 5, 6
- Anschlaghebel
- 7
- Antrieb (Schrittmotor)
- 8
- Motorwelle
- 9
- Führungskurve
- 10
- Führungssteg
- 11, 12
- Sperraktuatoren (Hubankermagnete)
- 13, 14
- Stößel
- a, b
- Halbachsen(längen)
- I, II
- Schaltgassen
- W, V, H, HH, M, M+
- Schaltstellungen
- M, N
- Schaltstellungen (Nullstellungen)
- A, B, C, E
- Schaltsperren
