DE602005000130T2

DE602005000130T2 - Getriebesteuerungseinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE602005000130T2
Application number: DE602005000130T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Baz; Daniel Guimet; Jean-Loup Florens
Original assignee: Teleflex Automotive France SA
Current assignee: Kongsberg Driveline Systems SAS
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-01-08
Also published as: FR2865164A1; CN1664418A; ATE340319T1; US20050184598A1; DE602005000130D1; ES2273317T3; EP1555463A1; EP1555463B1; FR2865164B1; JP2005204498A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für ein Automatikgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend Betätigungsmittel mindestens einer Auswahlachse, die drehbar im Getriebe angebracht ist. Die Druckschrift FR-A-2839216 zeigt eine Steuerungseinrichtung, die alle Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 umfasst.
Bei der herkömmlichen Technik ist der Auswahlhebel mit dem Getriebe durch ein System von Seilzägen oder durch ein Gestänge verbunden, deren Nachteile bekannt sind.
Es wurde schon vorgeschlagen, das Seilzugsystem oder das Gestänge durch einen elektrischen Getriebemotor zu ersetzen, der mit einem Wahlhebel verbunden ist, der Mikroschalter steuert, wenn er in verschiedene Positionen versetzt wird. Jedoch haben diese elektrischen Getriebemotoren den Nachteil, dass sie eine relative lange Ansprechzeit aufweisen (typischerweise in der Größenordnung von 400 bis 700 ms) und irreversibel sind, was eine höhere Präzision ihrer Steuerung erfordert, wobei die Auswahlachse des Getriebes vom Getriebemotor mitgenommen werden muss, damit er exakt in seine bestimmten Auswahlpositionen platziert wird.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere eine Steuerungseinrichtung für ein Getriebe zum Gegenstand, die die Nachteile von bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
Zu diesem Zweck schlägt sie eine Steuerungseinrichtung für ein Automatikgetriebe vor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend Betätigungsmittel mindestens einer Auswahlachse, die drehbar im Getriebe angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel durch einen flachen Elektroantrieb gebildet sind, der eine flache Spule umfasst, die drehbar um eine feste Achse zwischen zwei flachen Permanentmagneten angebracht ist, die von einem Joch getragen sind, wobei Verbindungsmittel die Spule mit der Auswahlachse des Getriebes verbinden, und Mittel zur elektrischen Stromversorgung der Spule, die geeignet sind, einen elektrischen Strom in der einen oder anderen Richtung in der Spule fließen zu lassen, damit sie sich in der einen oder anderen Richtung um die genannte feste Achse dreht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Reibungen und die Gefahr einer Blockierung beträchtlich mindern, da sie weder Räderwerke noch verschiebbare Seilzüge noch Gestänge umfasst. Außerdem ist sie reversibel, was es ermöglicht, die Betätigung relativ präzise zu steuern, da es nicht mehr notwendig ist, die Auswahlachse exakt in eine bestimmte Position zu führen. Es genügt, diese Achse in den Bereich der bestimmten Position zu führen, wonach Mittel zur Winkelpositionierung wie Kugelmittel oder Analoges, die der Auswahlachse zugeordnet sind, auf diese Achse wirken und sie in die exakte Auswahlposition führen, wobei die Umkehrbarkeit des Getriebes durch die Betätigung diese Verschiebung ungehindert ermöglicht.
Darüber hinaus ist die Ansprechzeit einer solchen Steuerungseinrichtung gering, typischerweise in der Größenordnung von 70 ms.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst die Vorrichtung Steuerungsmittel für die elektrische Stromversorgung der Spule, um in der Spule einen elektrischen Strom in einer bestimmten Richtung während einer bestimmten Dauer in Funktion von elektrischen Signalen fließen zu lassen, die von Steuerungsmitteln erzeugt sind, die von Steuermitteln geführt sind, die dem Gangwahlhebel zugeordnet sind.
Das Steuerungsmittel für die elektrische Stromversorgung der Spule kann daher auf besonders einfache und zuverlässige Weise realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Sensor für die Position oder Verschiebung der Spule und gibt ein Signal, das einer Winkelverschiebung der Spule um die genannte feste Achse entspricht, wobei dieser Sensor in einer Reaktionsschleife der Steuermittel für die elektrische Stromversorgung der Spule angebracht ist.
Damit wird auf einfache und präzise Weise eine Steuerung der Verschiebung der Spule zwischen verschiedenen Auswahlpositionen der Gänge realisiert.
Mit Vorteil ist der Sensor vom kontaktlosen Typ, wie zum Beispiel ein Magnetwiderstandssensor.
Ein solcher Sensor ist unempfindlich gegen Temperaturschwankungen der Permanentmagneten und weist ein gutes Schwingungsverhalten auf. Außerdem gibt er ein Signal, das zur Winkelverschiebung der Spule um ihre Rotationsachse proportional ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spule direkt auf der Auswahlachse des Getriebes angebracht, die die Rotationsachse der Spule bildet.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die Spule mit der Auswahlachse des Getriebes durch mindestens einen Hebel verbunden, der zum Beispiel Längenregelungsmittel umfasst.
Die Regelungsmittel ermöglichen, die flache Spule mit Präzision im Winkel vorzupositionieren, indem die Streuungen der Maße und Abmessungstoleranzen kompensiert und aufgefangen werden.
Diese beiden Ausführungsformen ermöglichen, die erfindungsgemäße Vorrichtung in jeder Art von Fahrzeug anzuwenden, wobei eine Angleichung der Verbindung der Spule mit der Auswahlachse des Getriebes vermittelt wird.
Mit Vorteil umfassen die elektrischen Stromversorgungsmittel der Spule einen Gleichstromwandler oder DC-DC-Wandler, entsprechend der allgemeinen Terminologie.
Dies erlaubt, die Betriebsbelastungen zu reduzieren, die Steuerung der elektrischen Stromversorgungsmittel der Spule zu vereinfachen, Verluste durch den Jouleeffekt zu verringern und damit den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern und das Reaktionsmagnetfeld der Spule zu verringern.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Auswahlachse des Getriebes ein Winkelpositionierungsmittel zugeordnet, wie ein elastisches Stellelement, das eine präzise Positionierung dieser Achse in jeder der bestimmten Winkelpositionen der Gängeauswahl gewährleistet.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Permanentmagneten der Betätigungsmittel Neodymeisenbormagneten.
Die Verwendung von Neodymeisenbormagneten garantiert die Funktion bei Temperatur und das Entmagnetisierungsverhalten.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung sind die Permanentmagneten der Betätigungsmittel Samariumcobaltmagneten.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus dem Studium der folgenden Beschreibung ersichtlich, die als nicht einschränkendes Beispiel angegeben ist und mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 schematisch eine Steuerungseinrichtung für ein Getriebe gemäß der Erfindung darstellt;
2 schematisch die Steuerschaltung der Vorrichtung von 1 darstellt;
3 eine schematische Perspektivexplosionsansicht der Betätigung ist;
die 4 und 5 zwei Varianten der Verbindung der Betätigung und der Auswahlachse des Getriebes darstellen;
6 eine schematische Ansicht eines Magnetwiderstandssensors ist, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 Gangwahlmittel wie insbesondere einen Hebel, der dazu vorgesehen ist, eine Auswahlachse 3 eines Automatikgetriebes 2 eines Automobils drehbar zu verschieben.
Der Auswahlhebel 1 wird vom Fahrzeugführer betätigt und in einem Muster von mehreren bestimmten Positionen, zum Beispiel des Typs P-R-N-D versetzt, wobei die Anordnung des Hebels in einer dieser Positionen einen Schalter betätigt, dessen Ausgangssignal zu einer Steuerschaltung 4 übertragen wird.
Die Steuerschaltung 4 erzeugt ein Steuersignal eines Antriebs 5, der die Auswahlachse 3 in die eine oder andere Richtung dreht, um sie in eine bestimmte Position zu führen, die der des Hebels 1 entspricht.
Die Steuerschaltung 4, die in 2 detaillierter dargestellt ist, umfasst einen Verwaltungsmodul 6, der vom Rechner des Fahrzeugs gesteuert wird und ein Anweisungssignal erzeugt, das von einer Korrektureinrichtung 7 und einem Verstärker 8 auf elektrische Stromversorgungsmittel 9 des Antriebs 5 aufgebracht wird.
Ein Sensor 10 für die Position oder Verschiebung ist dem Ausgang des Antriebs 5 zugeordnet und erzeugt ein elektrisches Signal 11, das auf einen Eingang eines Komparators 12 aufgegeben wird, bei dem ein anderer Eingang das Anweisungssignal 13 empfängt, das vom Verwaltungsmodul 6 gegeben wird. Der Ausgang des Komparators 12 stellt die Differenz der Signale 11 und 13 dar und wird von der Korrektureinrichtung 7 und dem Verstärker 8 auf die Mittel 9 aufgegeben, die einen elektrischen Strom erzeugen, dessen Intensität, Polarität und Dauer bestimmt sind.
Der Antrieb 5 ist ein flacher Elektromotor und in einer in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst er eine flache Spule 14 in Form eines Winkelabschnitts, der mittels einer Buchse 15 drehbar um eine feste Achse 16 angebracht ist.
Die flachen Elektroantriebe dieses Typs sind bekannt, insbesondere aus dem französischen Patent Nr. 2638273, das einen flachen Elektromotor beschreibt, der aus einer Aneinanderreihung von flachen Spulen gebildet ist, die verschiebbar auf Führungen angebracht sind und durch Permanentmagneten getrennt sind. Die Versorgung der Spulen mit elektrischem Strom induziert ein Magnetfeld, das der Polarisation der Permanentmagneten entgegen gesetzt ist und eine seitliche Verschiebung der Spulen entlang ihrer Führungen ergibt.
Die flache Spule 14 des Antriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist drehbar zwischen zwei flachen festen Permanentmagneten 17 und 18 verschiebbar, die von einem Joch (nicht dargestellt) des Magnetfelds getragen sind. Die flachen Permanentmagneten 17 und 18 sind bevorzugt Neodymeisenbormagneten oder Samariumcobaltmagneten.
In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die flache Spule 14 im Winkel von ungefähr 45° und umfasst 90 bis 120 Windungen aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm. Der elektrische Widerstand dieser Spule liegt zwischen ungefähr 0,3 bis 0,9 Ohm bei 25 °C. Ihre Induktion liegt zwischen 0,3 und 0,9 mH. Die Dicke der Kupferdrahtwicklungen beträgt ungefähr 8 mm.
Die flachen Magneten 17, 18 erstrecken sich im Winkel von jeweils ungefähr 90°. Sie erzeugen ein Magnetfeld von ungefähr 1,1 bis 1,2 T und weisen ein Koerzitivfeld (Entmagnetisierung) von ungefähr 900 bis 2000 KA/m auf. Ihre Dicke liegt in der Größenordnung von 5 bis 10 mm.
Anstelle jedes Magneten 17, 18, der sich um 90° erstreckt, können zwei im Wesentlichen benachbarte Magneten verwendet werden, die sich jeweils um 45° erstrecken.
In Funktion der von den Schaltwahlmitteln 1 erzeugten elektrischen Signale, lassen die elektrischen Stromversorgungsmittel 9 einen elektrischen Strom von bestimmter Dauer in einer bestimmten Richtung durch die Spule 14 laufen. Die elektrischen Stromversorgungsmittel 9 des Antriebs 5 umfassen bevorzugt einen Gleichstromwandler oder einen DC-DC-Wandler, um insbesondere die Betriebsbelastungen, die Ansprechzeit des Antriebs und die Verluste durch den Jouleeffekt zumindern.
Die Winkelverschiebungen der Spule 14 werden durch einen Sensor 19 für Position oder Verschiebung erfasst, der von der Buchse 15 getragen ist und sich in Bezug auf den Permanentmagneten 18 dreht, um entsprechend einer Drehung der Spule 14 um die feste Achse 16 ein Signal zu geben. Der Sensor 19 ist vom kontaktfreien Typ wie zum Beispiel ein Magnetwiderstandssensor, dessen Struktur unten mit Bezug zu 6 ausführlicher beschrieben wird.
Die Buchse 15 der Spule 14 kann mit der Auswahlachse 3 des Getriebes auf verschiedene Weise verbunden sein.
In der 3 ist die Buchse 15 der Spule 14 direkt an der Auswahlachse 3 des Getriebes 2 angebracht. Diese Ausführungsform weist den Vorteil der Einfachheit auf.
In den 4 und 5 umfassen die Verbindungsmittel einen Hebel 20 oder 21, der in Rotation mit der Buchse 15 der Spule verbunden ist und an seinem anderen Ende mit einem Schaltgestänge 22 oder 23 an einem anderen Hebel 24 oder 25 gekoppelt ist, dessen anderes Ende in Rotation mit der Auswahlachse des Getriebes verbunden ist.
In der 4 umfasst das Schaltgestänge 22 Längenregelungsmittel 26, die es ermöglichen, die Winkelposition der Spule 14 in Bezug auf eine bestimmte Position der Auswahlachse 3 einzustellen, indem die Abweichungen der Maße und Abmessungstoleranzen kompensiert werden. Die Regelungsmittel 26 sind von beliebigem geeignetem Typ und umfassen zum Beispiel eine auf eine Gewindestange aufgeschraubte Schraube und Mittel zur Drehbegrenzung der Schraube. Die Kompensation durch die Mittel 26 liegt zum Beispiel in der Größenordnung von 10 mm Länge und entspricht einem Winkelabstand von plus oder minus 0,7° auf Höhe des Antriebs.
Die Auswahlachse 3 des Getriebes 2 ist bevorzugt einem Stellmittel zugeordnet, das eine präzise Positionierung dieser Achse in einer der bestimmten Winkelpositionen P-R-N-D gewährleistet, wenn sich die Achse 3 im Bereich dieser Position befindet.
Damit positioniert das Stellmittel schließlich die Achse 3, im Falle, wo aus irgendeinem Grund, der Antrieb die Achse 3 nicht in die bestimmte Position führt, sondern in eine benachbarte Position führt. Daraus ergibt sich eine große Steuerungssicherheit.
Der Antrieb der 4 und 5 ist in einem Schutzgehäuse untergebracht, das durch Zusammenfügen von zwei Gehäusen 27, 28 gebildet ist, und als Montagejoch für die zuvor genannten Permanentmagneten 17, 18 dienen kann.
In 6 ist schematisch ein Magnetwiderstandssensor dargestellt, der zum Beispiel vier Messelemente 29 bis 32 aus Eisenmaterial umfasst, die als Wheatstone-Brücke angebracht sind, deren zwei gegenüberliegende Klemmen 33, 34 mit einer elektrischen Stromversorgungsquelle Vs verbunden sind und deren beide anderen Klemmen 35, 36 Ausgangsklemmen des Sensors bilden, zwischen denen eine Ausgangsspannung ΔV erzeugt wird. In 2 ist diese Ausgangsspannung ΔV an einen Eingang des Komparators 12 angelegt. Die elektrischen Widerstände R1, R2, R3, R4 der Messelemente 29 bis 32 schwanken in Funktion des Winkels zwischen einerseits der durch eine magnetische Induktion M, die durch den Permanentmagneten 18 von 3 erzeugt ist, in den Messelementen 29 bis 32 hervorgerufenen Magnetisierung und andererseits dem elektrischen Stromdurchfluss in den Messelementen 29 bis 32. Wenn die magnetische Induktion M höher ist als ein bestimmter Wert, werden die Messelemente 29 bis 32 magnetisch gesättigt und ihre Widerstände R1, R2, R3, R4 schwanken in Funktion des Cosinusquadrats des Winkels zwischen der magnetischen Induktion M und der Richtung des elektrischen Stromdurchflusses in den Messelementen 29 bis 32.
Allgemein betrifft die Erfindung gleichermaßen die Steuerung eines Getriebes, das eine Auswahlachse und Eingriffsachse umfasst, wobei die Vorrichtung dann zwei Antriebe des vorstehend genannten Typs für die Verschiebungen der Achse in Translation und Rotation umfasst.

Claims

Steuerungseinrichtung für ein Automatikgetriebe (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend Betätigungsmittel mindestens einer Auswahlachse (3), die drehbar im Getriebe (2) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel zur Rotation der Auswahlachse (3) durch einen flachen Elektroantrieb (5) gebildet sind, der eine flache Spule (14) umfasst, die drehbar um eine feste Achse (16) zwischen zwei flachen Permanentmagneten (17, 18) angebracht ist, die von einem Joch getragen sind, wobei Verbindungsmittel (15, 20 bis 25) die Spule (14) mit der Auswahlachse (3) des Getriebes (2) verbinden, und Mittel (9) zur elektrischen Stromversorgung der Spule (14), die gegeignet sind, einen elektrischen Strom in der einen oder anderen Richtung in der Spule (14) fließen zu lassen, damit sie sich in der einen oder anderen Richtung um die genannte feste Achse (16) dreht.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Steuerungsmittel (4) für die elektrische Stromversorgung der Spule (14) umfasst, um in der Spule (14) einen elektrischen Strom in einer bestimmten Richtung während einer bestimmten Dauer in Funktion von elektrischen Signalen, die von Schaltwahlmitteln (1) erzeugt sind, fließen zu lassen.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor (19) für die Position oder Verschiebung der Spule (14) umfasst und ein Signal gibt, das einer Winkelverschiebung der Spule (14) um die genannte feste Achse (16) entspricht, wobei dieser Sensor (19) in einer Reaktionsschleife der Steuermittel (4) für die elektrische Stromversorgung der Spule (14) angebracht ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (19) vom kontaktlosen Typ ist, wie zum Beispiel ein Magnetwiderstandssensor (29 bis 32).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (14) auf der Auswahlachse (3) des Getriebes (2) angebracht ist, die die Rotationsachse der Spule (14) bildet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (14) mit der Auswahlachse (3) des Getriebes (2) durch mindestens ein Schaltgestänge (22, 23) verbunden ist, das zum Beispiel Längenregelungsmittel (26) umfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Stromversorgungsmittel (9) der Spule (14) einen DC-DC-Wandler umfassen.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie reversibel ist und dadurch, dass der Auswahlachse (3) des Getriebes (2) ein Winkelpositionierungsmittel zugeordnet ist, wie ein elastisches Stellelement, das eine Positionierung dieser Achse (3) in irgendeiner von mehreren bestimmten Winkelpositionen gewährleistet.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (17, 18) der Betätigungsmittel Neodymeisenbormagneten sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (17, 18) der Betätigungsmittel Samariumcobaltmagneten sind.