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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Steuerung
für Servoschaltungen
zum Steuern des Betriebs einer Servoschaltung für das Getriebe von Autos oder ähnlichen
Fahrzeugen, mit der die Schaltwirkung von einem Schalthebel verstärkt wird
und die verstärkte Schaltwirkung
auf das Getriebe übertragen
wird.
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Servoschaltungen werden bei Autos
oder ähnlichen
Fahrzeugen verwendet, wobei die Servoschaltung ein Schaltungsbetätigungssystem
umfaßt, das
die Schaltwirkung von einem damit verbundenen Schalthebel (oder
einem Ganghebel) über
ein Schaltseil zur Servoschaltung überträgt, an der die Schaltungsbetätigungskraft
durch die Antriebskraft eines Elektromotors verstärkt wird
und die verstärkte Schaltwirkungskraft
zum Getriebe übertragen
wird.
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Aus der JP-A-06-331024, die die Grundlage für den Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bildet, ist eine Servoschaltung und ein Steuersystem
dafür bekannt.
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Die 9 zeigt
die Beziehung zwischen der Synchrolast L am Getriebe und der Synchrozeit
t dafür
beim Betrieb einer solchen Servoschaltung. Wie die Kurve zeigt,
hängt bei
dieser Servoschaltung die Synchrolast L in einem inversen Verhältnis von
der Synchrozeit t ab. Bei kürzerer
Synchrozeit t schaltet die Servoschaltung schneller, und die Synchrolast
L steigt an. Im umgekehrten Fall verringert sich die Synchrolast.
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Eine Servoschaltung soll jedoch immer
eine Schaltwirkung mit einer konstanten Schaltkraft unter allen Übertragungsbedingungen
sicherstellen. Es gibt bis jetzt jedoch noch keine Technik, mit
der diese Anforderung vollständig
erfüllt
wird.
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Bei der bekannten Servoschaltung
tritt auch das allgemein bekannte Überdrehphänomen auf, d. h. das Phänomen, daß die Drehzahl
des Fahrzeugmotors über
die erlaubte Drehzahl ansteigt, wenn eine Schaltwirkung von einer
hohen zu einer niedrigen Schaltstufe ausgeführt wird.
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In der EP-A-0 755 820 ist ein System
beschrieben, bei dem eine manuelle Schaltwahlhebelanordnung verwendet
wird, um Überdrehzahlen
zu verhindern, die beim Herunterschalten durch das Überspringen
von Gängen
verursacht werden könnten.
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Ein weiteres Problem der bekannten
Servoschaltung ist, daß auch
nach dem Ende einer vom Schalthebel ausgelösten Schaltwirkung ein Sensor
in Betrieb bleiben kann. In diesem Fall wird dem Elektromotor überflüssigerweise
weiter Energie zugeführt,
mit dem Ergebnis eines unnötigen
Energieverbrauchs und möglichen
Schäden
am Motor und an den Antriebskomponenten:
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Steuersystem für
eine Servoschaltung zu schaffen, mit dem ein fehlerhafter Schaltvorgang
mit der Folge eines Überdrehens
des Motors beim Herunterschalten verhindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch
1 angegebenen Steuersystem für
eine Servoschaltung gelöst.
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Die Ausführung der Erfindung kann immer eine
konstante Schaltkraft unter allen Schaltbedingungen sicherstellen,
wobei es möglich
ist, die Schaltkraft zu verringern und ein zufriedenstellendes Schalten
zu realisieren, ohne daß vom
Normalbetrieb abgewichen werden muß.
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Die Ausführung der Erfindung verhindert eine
unnötige
Energiezufuhr zum Elektromotor und damit eine Energieverschwendung
und mögliche Schäden am Motor
und an den Antriebskomponenten, wenn eine am Schalthebel ausgelöste Schaltwirkung
beendet ist.
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Die Grundausführung der Erfindung umfaßt ein Servoschaltungs-Steuersystem
mit einem Schaltpositionssensor (10) zur Erfassung der
Schaltposition beim Schaltvorgang der Servoschaltung (2),
einen Wählsensor
(13) zur Erfassung der an einem Wählhebel (15) gewählten Wählposition,
einem Getriebedrehzahldetektor (12) zur Erfassung der Drehzahl des
Getriebes, einem Fahrzeugmotor-Drehzahldetektor (14) zur
Erfassung der Fahrzeugmotor-Drehzahl, und mit einer Steuerung (4)
zur Steuerung des Antriebs des Motors (3) entsprechend
den Ausgangssignalen von dem Schaltpositionssensor (10), dem
Wählsensor
(13), dem Getriebedrehzahldetektor (12) und dem
Fahrzeugmotor-Drehzahldetektor (14), wobei die Steuerung
(4) einen Rechner (45) für einen möglichen Bereich der Anzahl
von Abwärtsschaltungs-Gangwechselstufen
zur Berechnung eines in einem erlaubten Drehzahlbereich des Fahrzeugmotors
möglichen
Bereich von Anzahlen an Abwärtsschaltungs-Gangwechselstufen
entsprechend der Getriebedrehzahl, der Fahrzeugmotor-Drehzahl und
den Ausgangssignalen des Schaltpositionssensors (10) und
des Wählsensors
(13), die die geschaltete Gangwechselstufe darstellen,
und eine Schaltvorgangssteuerung (46) aufweist, um dem
Motor (3) über
einen Motorantriebsabschnitt (47) eine Schaltbetätigungskraft
in entgegengesetzter Richtung zur Schaltrichtung zu geben, wenn
sich die von dem Schaltpositionssensor (10) und dem Wählsensor
(13) erfaßte
geschaltete Gangwechselstufe nicht in einem möglichen Bereich für die Anzahl
von Abwärtsschaltungs-Gangwechselstufen
befindet, sondern in einer anderen Gangwechselstufe.
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Die Ausführungsform von Anspruch 2 umfaßt ein Servoschaltungs-Steuersystem
mit einem Verschiebungssensor zur Erfassung einer Verschiebung einer
Servo schaltung (2), einem Schaltpositionssensor (10)
zur Erfassung einer von der Servoschaltung (2) bewirkten
geschalteten Position, und mit einer Steuerung (4) zum
Steuern des Antriebs des genannten Motors (3) entsprechend
den von den genannten Sensoren (6, 10) gelieferten
Ausgangssignalen, wobei die Steuerung (4) eine Schalteignungssteuerung
(53) zum Prüfen,
ob der Verschiebungssensor (6) in einer vorbestimmten Zeitspanne nach
dem Ende eines Schaltvorgangs betätigt worden ist, indem der
Moment des Endes eines vom Schaltpositionssensor (10) erfaßten Schaltvorgangs und
der Moment des Endes einer Betätigung
des Verschiebungssensors (6) verglichen werden, und einen
Motorantriebsabschnitt (47) zur Unterbrechung der Energiezufuhr
zum Motor (3) für
eine bestimmte Zeitspanne, wenn die Schalteignungssteuerung (53) erfaßt, daß der genannte
Sensor betätigt
worden ist.
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Die Energiezufuhr zum Elektromotor
(3) wird damit unterbrochen, wenn eine Schalteignungssteuerung
(53) feststellt, daß der
Verschiebungssensor (6) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne
nach dem Ende der Schaltoperation, die vom Schaltpositionssensor
(10) festgestellt wurde, noch in Betrieb ist.
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Es ist damit möglich, einen unnötigen Energieverbrauch
und Schäden
am Elektromotor (3) und an anderen Komponenten zu verhindern.
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Die Ausführungsform von Anspruch 3 umfaßt ein Servoschaltungs-Steuersystem
mit einem Sensorbetätigungsdetektor
(54) zur Lieferung eines Motorantriebs-Ein/Aus-Signals entsprechend einem von
einem Verschiebungssensor (6) gelieferten Ausgangssignal,
und mit einer Motorantriebsleitstelle (55) zur Lieferung
eines Motorantriebssignals an einen Motorantriebsabschnitt (47)
sowie zum Starten eines Zeitgebers (11) in Reaktion auf
ein von dem Sensorbetätigungsdetektor
(54) geliefertes Motorantriebs-"Ein"-Signal und zum Stoppen
des Motors (3) durch Liefern eines Motorstoppsignals an
den Motorantriebsabschnitt (47) nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeitspanne vom Moment der Erfassung eines Signals von dem Zeitgeber
(11), auch wenn ein Signal von dem Verschiebungssensor
(6) nicht in einen Motorantriebs-"Aus"-Signalbereich
zurückgesetzt
worden ist.
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Die Motoransteuerungsleitstelle (55)
gibt damit in Reaktion auf ein "Ein"-Signal für den Motorantrieb ein Motoransteuersignal
an den Motoransteuerabschnitt (47) und startet auch den
Zeitgeber (11). Auch wenn das Signal vom Verschiebungssensor
(6) nicht wieder in den Signalbereich für das Motoransteuerungs-"Aus-"Signal kommt, gibt
daher die Motoransteuerungsleitstelle (55) an den Motoransteuerabschnitt
(47) ein Motor-Haltsignal,
um den Motor (3) nach dem Verstreichen einer vorgegebenen
Zeitspanne ab dem Zeitpunkt des Erfaassens eines Signals vom Zeitgeber
(11) anzuhalten, so daß der Motorantrieb
zwangsweise stoppt. Es ist damit möglich, einen unnötigen Energieverbrauch
und Schäden
am Motor und an anderen Komponenten zu verhindern.
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Die Ausführungsform von Anspruch 4 umfaßt einen
Verschiebungssensor (6) zur Erfassung einer Verschiebung
der Servoschaltung (2) und eine Steuerung (4)
zum Steuern des Antriebs des genannten Motors (3) entsprechend
einem von dem Verschiebungssensor (6) gelieferten Ausgangssignal, wobei
die Steuerung (4) einen Schaltgeschwindigkeitsdetektor
(41) zur Berechnung der Schaltgeschwindigkeit nach dem
von dem Verschiebungssensor (6) gelieferten Ausgangssignal
sowie einen Motorantriebscharakteristikcomputer (42) zur
Steuerung der Schaltbetätigungskraft
auf einen konstanten Wert durch Erhöhen der Erhöhungsrate der Antriebskraft des
genannten Motors (3) mit vergrößerter, im Schaltgeschwindigkeitsdetektor
(41) berechneter Schaltgeschwindigkeit aufweist.
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Der Computer (42) für die Motoransteuerungscharakteristik
in der Steuerung (4) erhöht das Ausgangssignal der Servoschaltung
(2) durch Erhöhen
der Anstiegsrate der Antriebskraft des Motors (3) mit zunehmender
Schaltoperationsgeschwindigkeit des Schalthebels (1) schnell,
mit anderen Worten so, daß die
Anstiegsrate der Antriebskraft des Motors und das Ausgangssignal
der Servoschaltung der Geschwindigkeit der Schaltoperation entsprechen.
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Auf diese Weise ist die Betätigungskraft
des Schalthebels (1) immer die gleiche, auch wenn sich die
Geschwindigkeit der Schaltoperation verändert, wodurch es möglich ist,
mit verringerter Betätigungskraft
einen guten Schaltvorgang zu erhalten.
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Die folgenden Ausführungsformen
umfassen Kombinationen aus den obigen Ausführungsformen und der eingangs
erwähnten
JP-A-06-331024, die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung eingereicht
wurde.
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Die Ausführungsform von Anspruch 5 umfaßt ein Servoschaltungs-Steuersystem
mit einem elektrischen Motor (3), einer direkt mit dem
elektrischen Motor (3) gekoppelten Geschwindigkeitsuntersetzung
(22), einem direkt mit der Ausgangswelle der Geschwindigkeitsuntersetzung
(22) gekoppelten Ritzel (23), einer Servostange
(24) mit einer mit dem Ritzel (23) kämmenden
Zahnstange (25), einer parallel zur Servostange (24)
verlaufenden Steuerstange (29), einer Rückholfeder (74) zum
Rückholen
der Steuerstange (29) in ihre Mittelposition, und mit einem
an den beiden Enden der Steuerstange (29) und der Servostange
(24) befestigten Hebel (27) mit einem mit dem
Schaltzug (5) verbundenen Schaltzugbefestigungsabschnitt
(27a), wobei der Verschiebungssensor (6) zur Erfassung
einer Verschiebung der Steuerstange (29) eingerichtet ist.
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Die Ausführungsform von Anspruch 6 umfaßt ein Servoschaltungs-Steuersystem
mit einem elektrischen Motor (3), einer direkt mit dem
elektrischen Motor (3) gekoppelten Geschwindigkeitsuntersetzung
(22), einem direkt mit einer Ausgangswelle der Geschwindigkeitsuntersetzung
(22) gekoppelten Ritzel (23), einer hohlen Servostange
(78) mit einer mit dem Ritzel (23) kämmenden
Zahnstange (25), einer in der Innenaufnahme der Servostange
(78) befestigten Steuerstange (29), einer an der
hohlen Servostange (78) befestigten Rückholfeder (74) zum
Zurückholen
der Steuerstange (29) in ihre Mittelposition, und mit einem
an einem Ende der Steuerstange (29) befestigten Hebel (80)
mit einem Schaltzugbefestigungsabschnitt (80a), wobei der
Verschiebungssensor (6) zur Erfassung einer Verschiebung
der Steuerstange (29) eingerichtet ist.
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Mit diesem Aufbau sind folgende Vorteile
zu erhalten.
- (1) Es ist möglich, eine Antriebskraft des
Motors (3) und eine Anstiegsrate der Geschwindigkeit der Servoschaltung
(2) zu erhalten, die der Schaltgeschwindigkeit des Schalthebels
(1) entspricht. Es ist damit möglich, immer eine konstante
Schaltkraft sicherzustellen und eine Schaltoperation ohne übermäßige Schaltkraft
und mit einem zufriedenstellenden Schaltgefühl zu erhalten.
- (2) Wenn die Schaltstufe beim Herunterschalten nicht in einem
der Drehzahl des Fahrzeugmotors entsprechenden, möglichen
Drehzahlbereich liegt, kann der Elektromotor (3) in die
zur Schaltoperation entgegengesetzte Richtung gesteuert werden,
so daß es
möglich
ist, eine fehlerhafte Schaltoperation zu vermeiden und ein Überdrehen
des Fahrzeugmotors zu verhindern.
- (3) Nach dem Ende der Schaltoperation wird der Motor (3)
abgeschaltet, so daß es
möglich
ist, einen unnötigen
Energieverbrauch und Schäden am
Motor und an anderen Komponenten zu verhindern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Ansicht des Gesamtaufbaus von Ausführungsformen (d. h. der ersten
bis vierten Ausführungsformen)
des erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung;
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2 ist
eine Schnittansicht eines ersten Beispiels für eine Servoschaltung, bei
der die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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3 ist
eine Schnittansicht eines zweiten Beispiels für eine Servoschaltung, bei
der die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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4 ist
eine Aufsicht auf das zweite Beispiel der Servoschaltung;
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5 zeigt
eine Blockdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung;
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6 zeigt
eine Blockdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung;
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7 zeigt
eine Blockdarstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung;
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8 zeigt
eine Blockdarstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung;
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9 ist
eine graphische Darstellung einer Eigenschaft eines Getriebes, auf
das die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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10 ist
eine graphische Darstellung eines Beispiels für die Eigenschaften eines Sensors
bei den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
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11 ist
eine graphische Darstellung eines Beispiels für die Eigenschaften eines Elektromotors bei
den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Anhand der Zeichnungen werden nun
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In der 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen Schalthebel (oder Ganghebel)
für eine
Schaltoperation, das Bezugszeichen 2 eine Servoschaltung
und das Bezugszeichen 5 einen Schaltzug oder Schaltseil,
der bzw. das das operative Ende des Schalthebels 1 mit
einem Hebel 27 am Eingangsende der Servoschaltung 2 verbindet.
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Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
einen Sensor, der an der Servoschaltung 2 angebracht ist
und der eine Verschiebung davon feststellt, und das Bezugszeichen 4 eine
Steuerung zum Ansteuern eines Elektromotors 3 (im folgenden
als Motor bezeichnet), der an der Servoschaltung 2 angebracht
ist.
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Das Bezugszeichen 31 bezeichnet
eine elektrische Leitung zum Zuführen
des Ausgangssignals aus dem Sensor 6 an der Servoschaltung 2 zur
Steuerung 4. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Kupplungsschalter,
das Bezugszeichen 8 eine Batterie und das Bezugszeichen 9 einen
Zündungsschalter,
wobei diese elektrischen Komponenten über elektrische Leitungen 32, 33 und 34 mit
der Steuerung 4 verbunden sind.
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Die Steuerung 4 gibt über eine
elektrische Leitung 35 ein Steuer-Ausgangssignal an den
Motor 3 ab. Das Bezugszeichen 10 stellt einen
Schaltpositionssensor dar, das Bezugszeichen 13 einen Auswahlsensor
und das Bezugszeichen 15 einen Auswahlhebel.
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Die 2 zeigt
ein Beispiel für
die Servoschaltung 2 im Detail. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet
den Elektromotor. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine
Geschwindigkeitsreduziervorrichtung, zum Beispiel eine Planetengetriebe-Geschwindigkeitsreduziereinheit,
die direkt mit dem Antriebsmotor 3 verbunden ist. Das Bezugszeichen 23 stellt
ein Ritzel dar, das sich direkt auf der Ausgangswelle der Geschwindigkeitsreduziervorrichtung 22 befindet. Das
Bezugszeichen 24 bezeichnet eine axial bewegliche, keulenförmige Antriebsstange.
Das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine am äußeren Umfang
der Antriebsstange 24 ausgebildete Zahnstange, die mit dem
Ritzel 23 in Eingriff steht. Das Bezugszeichen 73 bezeichnet
ein Gehäuse,
das den gesamten Aufbau der Servoschaltung zusammenhält. Das
Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Ausgangsabschnitt, der
an einem Ende der Antriebsstange 24 vorgesehen ist, und
das Bezugszeichen 28 eine Halterung, die am Ausgangsabschnitt 21 angebracht
ist. Das Bezugszeichen 29 bezeichnet eine Steuerstange,
die in einem Steuerstangenkasten 72 untergebracht ist,
der einstöckig
mit der Oberseite des Gehäuses 73 ausgebildet
ist und der sich parallel zur Antriebsstange 24 erstreckt.
Zwischen der Steuerstange 29 und dem Steuerstangenkasten 72 sind
zwei mit Flanschen versehene zylindrische Federsitze derart lose
eingesetzt, daß sich
ihre den Flanschen entgegengesetzten Enden gegenüberliegen. Die Außenseiten
der Flansche an den Federsitzen 75 stehen mit Schnappringen 77 in
Kontakt, die auf die Steuerstange 29 aufgesetzt sind, und
die Umfangsflächen
stehen mit Stufen an der Steuerstange 29 in Kontakt.
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Das Bezugszeichen 74 bezeichnet
eine Feder, die mit einer vorgegebenen Vorspannung zwischen die
beiden Federsitze 75 eingesetzt ist. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet
einen Hebel, der mittels eines Stiftes 28a am Halter 28 angebracht
ist und ebenso zur Hin- und Herbewegung und zur axialen Verschiebung
durch ein Kugel-Universalgelenk 90 mit einem Ende der Steuerstange 20 verbunden
ist. Der Hebel 27 weist eine Schaltseilanbringung 27a auf,
die an seinem der Steuerstange 29 gegenüberliegenden Ende angebracht
ist. Das erwähnte Schaltseil
s ist an der Schaltseilanbringung 27a angebracht.
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Die 3 und 4 zeigen ein anderes Beispiel für die Servoschaltung 2.
Das Bezugszeichen 79 bezeichnet in diesen Darstellungen
ein Gehäuse
und das Bezugszeichen 78 eine Antriebsstange. Die Antriebsstange 78 ist
hohl, sie wird axial verschiebbar durch Balgen 82 und 83 am
Gehäuse 79 gehalten. Das
Bezugszeichen 29 bezeichnet eine Steuerstange, die sich
im Innenraum der Antriebsstange 78 befindet und die durch
die elastische Kraft einer Feder 74, die noch beschrieben
wird, in einer mittigen Position gehalten wird.
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Zwischen dem äußeren Umfang der Steuerstange 29 und
dem inneren Umfang der Antriebsstange 78 sind zwei mit
Flanschen versehene, hohle, zylindrische Federsitze
75 derart
angeordnet, die sich ihre den Flanschen entgegengesetzten Enden gegenüberliegen
und die Flansche auseinanderzeigen.
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Die Flansche der Federsitze 75 werden durch
Schnappringe 77 gehalten, die auf die Steuerstange 29 aufgesetzt
sind. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet eine Feder, die mit
einer vorgegebenen Vorspannung zwischen die beiden Federsitze 75 eingesetzt
ist.
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Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
einen Verschiebungssensor, der in den Innenraum der Antriebsstange 78 eingesetzt
ist und mit einem Schaftende der Steuerstange 29 verbunden
ist und eine Verschiebung der Steuerstange erfaßt.
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Das Bezugszeichen 85 bezeichnet
eine elektrische Leitung zum Herausführen des Ausgangssignals des
Sensors 6. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen
Stopfen, der ein Schaftende der hohlen Antriebsstange 78 verschließt, und
81 eine Feder, die mit einer vorgegebenen Vorspannung zwischen den Stopfen 16 und
den Sensor 6 eingesetzt ist.
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Die Antriebsstange 78 weist
an ihrem äußeren Umfang
eine Zahnstange 25 auf, die mit einem Ritzel 23 in
Eingriff ist, das an der Ausgangswelle der Geschwindigkeitsreduziervorrichtung 22 angebracht ist.
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Das Bezugszeichen 80 bezeichnet
einen Hebel, der an einem Ende der Steuerstange 29 angebracht
ist und der mit einer Schaltseilanbringung 80a versehen
ist, an der das Schaltseil s angebracht ist.
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Das Bezugszeichen 84 bezeichnet
eine Halterung, die an einem Ende der Antriebsstange 78 angebracht
ist und an der ein Ausgangsabschnitt 21 der Antriebsstange 78 befestigt
ist.
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Bei der Servoschaltung 2 der 3 und 4 stehen im freien Zustand der Feder 74 die
Flansche der Federsitze 75 mit ihren Außenseiten mit inneren peripheren
abgestuften Flächen
der Antriebsstange 78 in Kontakt, und die an der Steuerstange 29 befestigten
Schnappringe 77 stehen auf beiden Seiten mit den Flanschen
der Federsitze 75 in Kontakt. In diesem Zustand befindet
sich die Steuerstange 29 in einer mittigen Position, und
der Motor 3 bewegt sich nicht. Wenn die Schaltseilanbringung 80a in
diesem Zustand durch das Anlegen einer Kraft daran über das
Schaltseil 5 in irgendeine Richtung bewegt wird, bewegt
sich der Hebel 80 in die gleiche Richtung wie die Richtung
der angelegten Kraft, während
sich die Antriebsstange 78 nicht bewegt. Im Ergebnis drückt die
Steuerstange 29 gegen einen der Federsitze 75. Diese
Feder wird daher bewegt und dabei zusammengedrückt. Der Sensor 6 stellt
diese Verschiebung der Steuerstange 29 fest, woraufhin
er den Motor 3 durch Anlegen einer Spannung daran über die
elektrische Leitung 85 startet.
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Die Antriebskraft des Motors 3 wird über die Geschwindigkeitsreduziervorrichtung 22 und
das Ritzel 23 auf die Zahnstange 25 übertragen,
so daß auf die
Antriebsstange
78 in die gleiche Richtung eine Kraft wirkt,
in der auch die auf die Schaltseilanbringung 80a wirkende
Schaltkraft wirkt. Die Kraft wird über die Halterung 84 auf
den Ausgangsabschnitt 21 übertragen, der direkt mit einem
Getriebe (nicht gezeigt) verbunden ist, so daß sich die auf das Schaltseil 5 aufgebrachte
Schaltkraft erhöht.
Die beiden Kräfte
bewirken zusammen eine Verschiebung der Antriebsstange 78 in
der gleichen Richtung wie die auf die Steuerstange 29 einwirkende
Kraft und wirken damit in einer Richtung, in der die relative Verschiebung
der Steuerstange 29 und der Antriebsstange 78 aufgehoben
wird. Die Steuerstange 29 kehrt damit in ihre Ausgangsposition
zurück.
Der Sensor 6 stellt diese Verschiebung fest und steuert den
Motor 3 auf die im folgenden beschriebene Weise.
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Die Arbeitsweise der in den 1 bis 8 gezeigten Ausführungsformen wird nun erläutert.
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Zuerst wird die Arbeitsweise der
in der 2 gezeigten Servoschaltung
beschrieben. Im inoperativen Zustand des Schalthebels 1,
der in der 1 dargestellt
ist, befindet sich die Feder 74 in einem ausgedehnten Zustand,
wie es in der 2 gezeigt ist.
In diesem Zustand stehen die Flansche der Federsitze 75 mit
den inneren peripheren abgestuften Oberflächen des Steuerstangenkastens 72 in
Kontakt, und sie stehen auch mit den Schnappringen 77 an
der Steuerstange 29 in Kontakt. Die Steuerstange 29 wird
daher in der mittigen Position gehalten, und der Motor 3 bewegt
sich nicht.
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Wenn der Hebel 27 durch
den Schalthebel (siehe 1)
mittels des Schaltseils 5 aus diesem Zustand bewegt wird,
wird die Steuerstange 29 verschoben, wobei der Stift 28a,
der mit der Halterung 28 verbunden ist, als Drehpunkt dient,
wodurch die Feder 74 zusammengedrückt wird. Der Sensor 6 erfaßt diese
Verschiebung der Steuerstange 29, woraufhin über die
Steuerung 4 der 1 (wie
später noch
genauer erläutert)
eine Spannung an den Motor 3 angelegt wird, die den Motor 3 in
Betrieb setzt.
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Die Drehung des Motors 3 wird
durch die Geschwindigkeitsreduziervorrichtung 22 verlangsamt und über das
Ritzel 23 und die Zahnstange 25 in eine hin- und
hergehende Bewegung umgewandelt. Die Antriebsstange 24 und
der Ausgangsabschnitt 21, die mit der Zahnstange 25 verbunden
sind, werden damit in die gleiche Richtung verschoben, in der die auf
das Schaltseil 5 angelegte Kraft wirkt. Auf diese Weise
wird die durch den Motor 3 erhöhte Schaltkraft zu dem Getriebe übertragen,
das mit dem Ausgangsabschnitt 21 verbunden ist. Gleichzeitig
wirkt die Kraft, die durch die Verschiebung der Antriebsstange 24 durch
den Motor 3 entsteht, in der Richtung einer Aushebung der
relativen Verschiebung der Steuerstange 29 und der Antriebsstange 24.
Im Ergebnis kehrt die Steuerstange 29 in ihre Ausgangsposition zurück.
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Die 5 ist
eine Blockdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform wird nun anhand
der 1, 2 und 5 erläutert.
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Die 9 zeigt
den charakteristischen Verlauf der Synchrolast eines Getriebes,
bei dem eine motorbetriebene Servoschaltung und ein Steuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird. Wie gezeigt variiert die Synchrolast
L in einem inversen Verhältnis
zur Synchrozeit t. Das heißt,
daß die
Synchrolast L durch Verringern der Synchrozeit t bei einem schnellen
Schalten ansteigt und durch Verlängern
der Synchrozeit t bei einem langsamen Schalten kleiner wird.
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Mit der motorbetriebenen Servoschaltung 2 sollte
trotz einer solchen Getriebecharakteristik das Schalten immer mit
einer konstanten Schaltkraft erfolgen können. Um dieses Erfordernis
zu erfüllen, wird
bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung vor dem Ansteuern des Motors 3 die Schaltgeschwindigkeit
festgestellt, und für
den Motor 3 wird eine Antriebskraftcharakteristik vorgesehen,
die an die erfaßte
Schaltgeschwindigkeit angepaßt
ist.
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In der 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 6 den Sensor, der eine Verschiebung der
Steuerstange 29 der Servoschaltung 2 feststellt,
wie es in den 1 und 2 gezeigt ist.
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Die 10 zeigt
graphisch ein Beispiel für die
Charakteristik des Sensors 6. In der Darstellung ist auf
der Ordinate die Ausgangsspannung des Sensors 6 und auf
der Abszisse der Hub des Sensors 6 aufgetragen.
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Der Sensor 6 gibt eine auf
2,5 V eingestellte Ausgangsspannung E ab, wenn er durch den Schalthebel 1 nicht
verschoben ist, d. h. in seiner Neutralstellung (in der der Sensorhub
S gleich Null ist), und seine Verschiebung beginnt mit dem Start
des Schaltvorganges. Der Motor 3 ist während des Hubintervalls L1
bis zu dem Punkt A in der 10 auf "Aus", im Hubintervall
L2 wird die Schaltgeschwindigkeit festgestellt, und im Hubintervall
L3 wird der Motor 3 auf "Ein" gehalten.
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Die Ausgangsspannung E des Sensors 6 erhöht sich
symmetrisch bei einer Vorwärts-
bzw. Rückwärtsdrehung
des Motors 3 proportional zum Sensorhub S.
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Der Sensor 6 mit dieser
Charakteristik stellt eine Verschiebung der Steuerstange 29 im
Hubintervall L2 fest.
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Wie aus den 5 und 1 ersichtlich,
wird der Sensor 6 mit einer Verschiebung der Steuerstange 29 verschoben,
die durch einen Schaltvorgang am Schalthebel 1 hervorgerufen
wird, wobei ein Schaltgeschwindigkeitsdetektor 41 in der
Steuerung 4 die Verschiebung des Sensors 6 erfaßt.
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Der Zeitgeber 11 mißt die Zeit,
in der die Verschiebung des Sensors 6 erfolgt, und gibt
an den Schaltgeschwindigkeitsdetektor 41 Daten über die Zeitspanne
vom Zeitpunkt A zum Zeitpunkt B in der 10, d. h. die Zeitspanne, während der
die Schaltgeschwindigkeit des Sensors 6 berechnet wird.
Der Schaltgeschwindigkeitsdetektor 41 berechnet die Geschwindigkeit
v des Schaltvorgangs (v = s1/t1) aus der Schaltverschiebung s1 der
Steuerstange 29, die vom Sensor 6 erhalten wird,
und der Schaltzeit t1, die vom Zeitgeber 11 gemessen wird.
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Eine Einstelleinrichtung 43 für die Antriebskraftcharakteristik
stellt die Antriebskraftcharakteristik des Motors 3 ein,
d. h. die Antriebskraftcharakteristik gegen die Schaltgeschwindigkeit,
wie es in der 11 gezeigt
ist. Gemäß 11 stellt die Einstelleinrichtung 43 die
Charakteristik e ein, wenn die Schaltgeschwindigkeit v am höchsten ist,
und geht mit einer Verringerung der Schaltgeschwindigkeit v nacheinander
auf die Charakteristiken d und e über. Wenn die Schaltgeschwindigkeit
durch eine schnelle Betätigung
des Schalthebels 1 erhöht
wird, wird die an den Motor 3 angelegte Spannung EN schnell
erhöht,
wie es durch die Kurve e in der 11 gezeigt ist.
Mit abnehmender Schaltgeschwindigkeit v geht die Zunahme der Spannung
EN progressiv zurück, wie
es durch die Kurven d und c angezeigt ist.
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Ein Motorantriebscharakteristikcomputer 42 erzeugt
ein Motoransteuersignal mit der in der 11 gezeigten Motorantriebskraftcharakteristik, die
von der Einstelleinrichtung 43 für die Antriebskraftcharakteristik
gemäß der im
Schaltgeschwindigkeitsdetektor 41 errechneten Schaltgeschwindigkeit v
vorgegeben wird. Das heißt,
daß, wenn
die Schaltvorganggeschwindigkeit v am höchsten ist, der Motorantriebscharakteristikcomputer 42 dem
Motor 3 ein Motoransteuersignal zuführt, das der maximalen Rate
der Erhöhungsgeschwindigkeit
der Antriebskraft (d. h. der angelegten Spannung) des Motors 3 gemäß der Charakteristik
e in der 11 entspricht.
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In diesem Fall wird die auf die Servoschaltung 2 übertragene
Antriebskraft des Motors 3 schnell erhöht, und die Schaltkraft, die
entsprechend der hohen Schaltgeschwindigkeit des Schalthebels 1 schnell
innerhalb einer kurzen Zeitspanne erhöht wird, wird vom Ausgangsabschnitt 21 an
das Getriebe ausgegeben.
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Auf diese Weise wird auch, wenn der
Motorantriebscharakteristikcomputer 42 einen sanfteren Schaltvorgang
vorgibt (d. h. wenn die Schaltgeschwindigkeit v mittel ist), die
Motorantriebscharakteristik d der 11 eingestellt.
Bei einem noch sanfteren Schaltvorgang (d. h. wenn die Schaltgeschwindigkeit
v noch kleiner ist), wird die Motorantriebscharakteristik c der 11 vorgegeben. Es ist auch
eine kontinuierliche Veränderung
der Charakteristik von e zu c möglich.
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Es ist anzumerken, daß bei dieser
Ausführungsform
das Ausgangssignal der Servoschaltung 2 schnell durch Anheben
der Rate der Geschwindigkeitserhöhung
der Antriebskraft des Motors 3 entsprechend der Schaltgeschwindigkeitserhöhung am Schalthebel 1 erhöht wird,
das heißt
daß eine
Erhöhungsrate
für die
Motorantriebskraft und das Servoschaltung-Ausgangssignal vorgegeben
wird, die der Schaltgeschwindigkeit entspricht. Es ist damit möglich, unabhängig von Änderungen
in der Schaltgeschwindigkeit immer eine konstante Schaltkraft am Schalthebel 1 sicherzustellen.
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Die 6 ist
eine Blockdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäße Steuersystems
für eine
Servoschaltung. Bei dieser Ausführungsform
wird ein Überdrehen
des Fahrzeugmotors beim Schalten (d. h. beim Herunterschalten) von
einer hohen zu einer niedrigen Schaltstufe des Getriebes vermieden.
Ein Schaltpositionssensor stellt die Schaltposition fest und ein
Auswahlsensor die ausgewählte
Position. Die geschaltete Schaltstufe wird mit den Signalen für die festgestellte
Schaltposition und die festgestelle Auswalposition erfaßt. Anhand
der Ausgangsdrehzahl der Schaltstufe und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes
werden die möglichen
Herunterschalt-Schaltstufenbereiche mit einer erlaubten Fahrzeugmotordrehzahländerung
errechnet. Wenn ein Schaltvorgang in eine nicht mögliche Herunterschalt-Schaltstufe
erfolgt, wirkt die Antriebskraft des Motors einer Richtung, die
der Schaltrichtung entgegengesetzt ist, wodurch zwangsweise fehlerhafte Schaltvorgänge vermieden
werden.
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In der 6 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 einen Schaltpositionssensor 10 zum
Erfassen der Schaltposition der Servoschaltung 2 und das
Bezugszeichen 13 einen Auswahlsensor zum Erfassen der Schaltstufenposition,
die mit dem Wahlhebel ausgewählt
wird. Ein Schaltstufendetektor 44 erfaßt bei einem Schaltvorgang
anhand der Ausgangssignale der Sensoren 10 und 13 für die oben
erwähnten
Positionen die geschaltete Schaltstufe und gibt ein Ausgangssignal
für die
erfaßte
Schaltstufenposition an einen Rechner 45 für mögliche Herunterschalt-Schaltstufenbereiche
(im folgenden Schaltstufenbereichsrechner genannt) und auch an eine Schaltvorgangssteuerung 46 ab.
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Bezugszeichen 12 bezeichnet
einen Getriebedrehzahldetektor zum Erfassen der Drehzahl der Ausgangswelle
des Getriebes und das Bezugszeichen 14 einen Fahrzeugmotordrehzahldetektor
zum Erfassen der Drehzahl des Fahrzeugmotors. Die Ausgangssignale
der Drehzahldetektoren 12 und 14 für das Getriebe
und den Fahrzeugmotor für
die Drehzahlen des Getriebes und des Fahrzeugmotors werden zu dem
Rechner 45 für
mögliche
Herunterschalt-Schaltstufenbereiche geführt.
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Der Rechner 45 für mögliche Herunterschalt-Schaltstufenbereiche
berechnet aus dem Übersetzungsverhältnis des
Getriebes, den Drehzahlen an der Getriebe-Ausgangs welle und des Fahrzeugmotors
und der geschalteten Schaltstufe die Nummer von möglichen
Herunterschalt-Schaltstufen, in denen die Drehzahl des Fahrzeugmotors innerhalb
eines erlaubten Drehzahlbereichs liegt.
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Die Schaltvorgangsteuerung 46 prüft, ob die vom
Detektor 44 für
die geschaltete Schaltstufe erfaßte geschaltete Schaltstufe
im Bereich der möglichen
Herunterschalt-Schaltstufen
liegt, die vom Rechner 45 für die Herunterschalt-Schaltstufenbereiche
errechnet wurden, und gibt das Ergebnis der Prüfung an einen Motoransteuerabschnitt 47.
Die Berechnung und die Prüfung
der möglichen
Herunterschalt-Schaltstufenbereiche und die Bestimmung des Zeitpunkts
des Bereitstellens des Prüfergebnisses
erfolgen gemäß dem Ausgangssignal
des Schaltpositionssensors 10, das dem Rechner 45 für die Herunterschalt-Schaltstufenbereiche
und der Schaltvorgangsteuerung 46 zugeführt wird.
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Wenn das Ergebnis der Prüfung nicht
im erwähnten
Bereich liegt, gibt der Motoransteuerabschnitt 47 ein Signal
derart an der Motor 3 ab, daß der Motor 3 eine
Antriebskraft erfährt,
die in der zu der Richtung des Schaltens durch die Servoschaltung 2 entgegengesetzten
Richtung liegt, wodurch der Motor 3 in die entgegengesetzte
Richtung getrieben wird. Folglich wird die Servoschaltung 2 in
der zur Richtung des Schaltvorgangs entgegengesetzten Richtung betrieben,
wdourch eine fehlerhafte Betätigung
und ein Überdrehen
des Fahrzeugmotors vermieden werden.
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Als Modifikation der zweiten Ausführungsform
(6) ist es möglich vorzusehen,
daß, wenn die
Schaltvorgangsteuerung 46 feststellt, daß der geschaltete
Schaltstufenbereich nicht innerhalb des möglichen Herunterschalt-Schaltstufenbereichs
liegt, der Motoransteuerabschnitt 47 ein Stoppsignal an den
Motor 3 abgibt und den Motor 3 anhält, wodurch sich
als Anzeige einer fehlerhaften Betätigung für den Fahrer der Widerstand
erhöht,
der dem Schaltvorgang entgegengesetzt wird.
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Die 7 ist
eine Blockdarstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems
für eine
Servoschaltung. Bei dieser Ausführungsform
ist, wenn der Sensor auch noch nach einem Schaltvorgang aktiv ist,
die Zeit für
die kontinuierliche Energiezufuhr zum Motor begrenzt, wodurch ein
unnötiger
Energieverbrauch vermieden wird.
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In der 7 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 einen Schaltpositionssensor wie den
bei der zweiten Ausführungsform
und das Bezugszeichen 6 einen Sensor in der Servoschaltung 2 (1). Die Ausgangssignale
des Schaltpositionssensors 10 und des Sensors 6 werden
zu einem Detektor 51 für
das Ende des Schaltvorgangs und zu einem Detektor 52 für das Ende
des Sensorbetriebs geführt.
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Der Detektor 51 für das Ende
des Schaltvorgangs erfaßt
das Ende des Schaltvorgangs bei der Servoschaltung 2 und
der Detektor 52 für
das Ende des Sensorbetriebs das Ende der Auslenkung (oder der Betätigung)
des Sensors 6.
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Die Ausgangssignale der beiden Detektoren 51 und 52 werden
zu einer Schalteignungssteuerung 53 geführt. Die Schalteignungssteuerung 53 prüft, ob der
Sensor 6 noch in Betrieb ist, wenn der Zeitunterschied
zwischen den Zeitpunkten für
das Schaltvorgang-Endesignal und das Auslenkungs-Endesignal, die
von den Detektoren 51 und 52 zugeführt werden, länger ist
als eine vorgegebene Zeitspanne, das heißt wenn nach dem Ende des Schaltvorgangs
eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, und gibt das Ergebnis
der Prüfung
an den Motoransteuerabschnitt 47 aus.
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Wenn die Zeitspanne größer ist
als eine vorgegebene Zeitspanne, das heißt wenn der Sensor 6 auch
noch nach der vorgegebenen, erlaubten Zeitspanne nach dem Ende des
Schaltvorgangs in Betrieb ist, begrenzt der Motoransteuerabschnitt 47 die Zeit
für die
kontinuierliche Energiezufuhr zum Motor 3 auf eine vorgegebene
Zeitspanne.
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Auf diese Weise kann ein unötiger Energieverbrauch
vermieden werden, und es können
Schäden
am Motor 3 und anderen Komponenten verhindert werden.
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Die 8 ist
eine Blockdarstellung eine vierten Ausführungsform des Steuesystems
für eine
Servoschaltung. Bei dieser Ausführungsform
wird das Ausgangssignal vom Sensor 6 in der Servoschaltung 2 zu
einem Sensorbetriebsdetektor 54 geführt. Der Sensorbetriebsdetektor 54 erzeugt
aus dem Spannungswert des Ausgangssignals des Sensors 6 ein Ein-Aus-Signal
für die
Motoransteuerung. Dieses Signal wird zu einer Motoransteuerungs-Zentraleinheit 55 geführt. Das
heißt,
daß bei
einer Vorwärtsdrehung des
Motors 3 der Sensorbetriebsdetektor 54 ein Motoransteuerungs-"Ein"-Signal an die Motoransteuerungs-Zentraleinheit 55 abgibt,
wenn die Sensor-Ausgangsspannung den Punkt B in der 10 übersteigt.
Bei einer Rückwärtsdrehung
des Motors 3 führt
der Detektor 54 der Motoransteuerungs-Zentraleinheit 55 ein
Motoransteuerungs-"Ein"-Signal zu, wenn
die Sensor-Ausgangsspannung unter den Punkt B in der 10 fällt.
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Bei Erhalt des Motoransteuerungs-"Ein"-Signals gibt die
Motoransteuerungs-Zentraleinheit 55 ein
Ausgangssignal an den Motoransteuerabschnitt 47 ab und
startet auch einen Zeitgeber 11. Wenn die Ausgangsspannung
des Sensors 6 nicht in einen Motoransteuerungs-"Aus"-Bereich zurückkehrt,
gibt die Motoransteuerungs-Zentraleinheit 55 nach dem Verstreichen
einer vorgegebenen Zeitspanne ab dem Zeitpunkt der Erfassung des
Ausgangssignal vom Zeitgeber 11 ein Motorstoppsignal an
den Motoransteuerabschnitt 47 ab und stoppt so den Motor 3 zwangsweise.
Auf diese Weise wird ein unnötiger
Energieverbrauch vermieden, und Schäden am Motor und an anderen
Komponenten können
ver hindert werden. Wenn die Ausgangsspannung des Sensors 6 in
den Motoransteuerungs"Aus"-Bereich zurückkehrt,
kehrt auch die Motoransteuerungs-Zentraleinheit 55 zum
Ausgangspunkt zurück.