Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines

Fahrstufenwählhebels zur Wahl einer Fahrstufe bzw. einer Getriebeeinstellung eines Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung weist einen am Fahrstufenwählhebel angeordneten Signalgeber und einen zum Signalgeber beabstandet angeordneten Signalempfänger auf, wobei eine unterschiedliche relative Lage zwischen

Signalgeber und Signalempfänger bei verschiedenen Fahrstufen bzw.

Getriebeeinstellungen erfassbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein

Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung. Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Die Betätigung von Automatikgetrieben sowie automatisierten Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen erfolgt typischerweise ohne unmittelbare mechanische Kopplung zwischen Fahrstufenwählhebel und Getriebe. Bei diesen sogenannten„Shift-by- Wire"-Systemen wird die Position des Fahrstufenwählhebels detektiert und aus der jeweiligen Position des Fahrstufenwählhebels eine gewünschte Fahrstufe bzw. eine Getriebeeinstellung bestimmt, die in der Folge zum Beispiel durch Hilfsmotoren im Getriebe eingestellt wird.

Aus der DE 10 2009 015 883 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines Fahrstufenwählhebels bekannt. Ein Sensor zur Erfassung der relativen Lage eines am Fahrstufenwählhebel angeordneten Magneten ist in drei Dimensionen ausgebildet. Der Sensor ist als 3D-Hallsensor ausgebildet. Der

Fahrstufenwählhebel ist zweifach schwenkbar in einem Lagerrahmen angeordnet. Eine Nord-Süd-Achse des Magneten ist paarweise senkrecht zu den

Schwenkachsen ausgebildet. Bei einer Bewegung des Fahrstufenwählhebels dreht sich das von dem Magneten ausgehende Magnetfeld zusammen mit dem

Magneten. Der Hallsensor registriert diese Änderung des Magnetfeldes. Aus der Stärke des Magnetfeldes sowie der Richtung des Magnetfeldes lässt sich die Lage des Fahrstufenwählhebels eindeutig bestimmen.

Aus der DE 192 31 015 A1 ist eine Vorrichtung zum Übersetzen einer

zweiachsigen Schwenkbewegung eines Schalthebels in eine planare Bewegung eines Schalthebelpositionsgebers bekannt. Eine erste Schwenkachse des

Schalthebels wird von einem Lagerbolzen gebildet. An zwei sich gegenüber liegenden Stellen der Halterung sind zwei weitere Bolzen angebracht, deren

Symmetrieachse eine gemeinsame zweite Schwenkachse für den Schalthebel bildet. Ein Schalthebelpositionsgeber ist durch einen Gelenkkörper mit einer Montageaufnahme gebildet, in welcher ein Aktuator angebracht ist.

Nachteilig beim Stand der Technik ist, dass der Magnet beim Verschwenken des Fahrstufenwählhebels eine Bewegung entlang eines Kreisbogens ausführt. Das Magnetfeld des auf dem Kreisbogen bewegten Magneten ist insbesondere im Randbereich der Bewegung schwach. Daher werden die Komponenten der

Richtungsvektoren des Magnetfeldes durch den Sensor unpräzise detektiert, was zu fehlerhafter Erkennung der Position des Fahrstufenwählhebels führt. Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Erfassung der Position eines Fahrstufenwählhebels präzise und mit großer Zuverlässigkeit erfolgt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des

Anspruches 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der Position eines

Fahrstufenwählhebels für die Wahl einer Getriebeeinstellung eines Kraftfahrzeuges weist mindestens einen am Fahrstufenwählhebel angeordneten Signalgeber und mindestens einen zum Signalgeber beabstandet angeordneten Signalempfänger auf. Die relative Lage zwischen Signalgeber und Signalempfänger bei

verschiedenen wählbaren Fahrstufen ist unterschiedlich und durch Signalgeber und Signalempfänger erfassbar. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Fahrstufenwählhebel jede Vorrichtung zu verstehen, die manuell betätigbar ist, und mit deren Hilfe

wenigstens zwei unterschiedliche Fahrstufen eines Getriebes des Kraftfahrzeuges wählbar sind. Dabei die spielt die Art des Getriebes für die Erfindung keine Rolle. Das Getriebe kann ein Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe sein, ebenso aber auch ein gewöhnliches Schaltgetriebe.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Signalgeber bei Betätigung des

Fahrstufenwählhebels zum Umschalten von einer Schaltgassenfunktion in eine Tippgassenfunktion oder umgekehrt im Wesentlichen nur eine translatorische Bewegung relativ zum Signalempfänger ausübt. Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, da die vom Signalgeber, beispielsweise von einem Magneten, ausgegebenen Signale bzw. die Richtungsvektoren des Magnetfeldes, bei einer translatorischen Bewegung relativ zum Signalempfänger zuverlässig vom

Empfänger erkannt und somit weiterverarbeitet werden.

Bei den bekannten Systemen führt der Magnet beim Verkippen des

Fahrstufenwählhebels eine Bewegung entlang eines Kreisbogens aus, was dazu führt, dass insbesondere im äußeren Messbereich die Richtungsvektoren eines sehr schwachen Magnetfeldes auf den Signalempfänger treffen können. Dies führt in der Folge zu fehlerhaften Detektionen und somit zur falschen

Positionsbestimmung des Fahrstufenwählhebels. Erfindungsgemäß wird dieses Problem vermieden, dadurch sind zuverlässige und damit sichere Schaltvorgänge gewährleistet. Eine erste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Signalgeber in einer Linearführung verschiebbar geführt ist. Dadurch ist eine exakt gerichtete Führung des Signalgebers gegeben, und es kann eine präzise Detektion der Signale durch den Signalempfänger erfolgen. Insbesondere ist es beispielsweise bei der

Verwendung eines Magneten als Signalgeber ermöglicht, die Komponenten des Magnetfeldes als Signal zu wählen, welche exakt detektiert werden können.

Ungenaue Messungen oder sogar der Ausfall der Detektion aufgrund zu schwacher oder sogar fehlender Signale können vermieden werden.

Nach einer alternativen Ausführungsform ist für die Übertragung der Bewegung des Fahrstufenwählhebels auf den Signalgeber ein Betätigungselement vorgesehen, welches am Fahrstufenwählhebel außerhalb seiner Kippachse angreift. Durch die Bewegung des Fahrstufenwählhebels wird über das Betätigungselement die relative Lage zwischen Signalgeber und Signalempfänger verändert. Es findet die Umwandlung einer Kippbewegung des Fahrstufenwählhebels in eine

translatorische Bewegung des Signalgebers statt. Das Betätigungselement bewirkt eine präzise translatorische Bewegung des Signalgebers. Das Angreifen des Betätigungselementes außerhalb der Kippachse des Fahrstufenwählhebels gewährleistet eine präzise Messung, da schon bei kleinen Kippbewegungen des Wählhebels aufgrund des übersetzend wirkenden Angreifens des

Betätigungselementes ein größerer Hub und somit eine deutliche translatorische Bewegung des Signalgebers stattfinden, wodurch exakt messbare Änderungen des Signals, insbesondere eines Magnetfeldes, erzielt werden.

Konstruktiv und montagetechnisch besonders vorteilhaft ist es, wenn der

Signalgeber in einer Aufnahme aufgenommen ist, welche mit dem

Betätigungselement wirkverbunden ist. Die Aufnahme kann beispielsweise als Käfig ausgebildet sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Signalgeber in das Betätigungselement integriert. Beispielsweise kann der Signalgeber an das Betätigungselement angespritzt oder von einem Teil des Betätigungselementes umspritzt sein. Dies erfolgt z.B. als Kunststoffspritzgussteil in der Insert oder Outsert Technologie. Durch die Ausgestaltung der Aufnahme als Käfig wird eine Gewichtsreduktion der Bauteile bei gleichzeitig stabiler Ausführung erreicht, was insbesondere im

Kraftfahrzeugbereich eine zentrale Rolle für die Einsparung von Treibstoff und/oder elektrischer Energie beim Betreiben des Kraftfahrzeuges spielt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Linearbewegung des

Signalgebers durch zwei Anschläge begrenzt, welche vor mechanischer

Überbelastung der Vorrichtung schützen. Denn der Verfahrweg des Signalgebers ist begrenzt und es kann somit auch bei einer heftigen Bewegung des

Fahrstufenwählhebels nicht zu einer mechanischen Überbelastung der

beanspruchten Bauteile kommen.

Nach einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der

Signalgeber federnd in der Aufnahme bzw. in dem Käfig aufgenommen ist. Denn bei einer Verschiebung des Signalgebers gegen eine elastische Rückstellkraft ist ein Schutz vor mechanischer Überbelastung gegeben. Ohne eine solche federnde Aufnahme kann der Signalgeber ungebremst gegen die Anschläge bewegt werden, wodurch sowohl der Signalgeber selbst als auch die damit wechselwirkenden Bauteile mechanisch stark belastet werden, was zu hoher Beanspruchung und damit zu einer verkürzten Lebensdauer bis hin zur Zerstörung der Teile führen kann.

Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass für eine Schwenkbewegung senkrecht zur Kippachse des Fahrstufenwählhebels die

Aufnahme für den Signalgeber zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse mit der Schwenkachse für die Schwenkbewegung des Fahrstufenwählhebels zusammenfällt. Die Vorrichtung zur Erfassung der Position des

Fahrstufenwählhebels kann derart ausgebildet sein, dass bei einer

Schwenkbewegung des Wählhebels in Fahrzeuglängsrichtung entlang der

Schwenkachse ein Herauf- oder Herunterschalten der einzelnen Gänge (P, N, R, D) per Hand erreicht werden kann. Bei einer Kippbewegung entlang der Kippachse kann eine Umschaltung von einer Schaltgassenfunktion in eine Tippgassenfunktion oder umgekehrt zum Herauf- und Herunterschalten der einzelnen Gänge erreicht werden. Es kann alternativ auch vorgesehen sein die Funktionen in entsprechend umgekehrter Richtung zum Fahrzeug zu schalten. Durch die symmetrische Ausgestaltung der Aufnahme als Zylinder ist es möglich, dass die Symmetrie-/Zylinderachse und die Schwenkachse zusammenfallen, wodurch eine kompaktere Baugröße erreicht und die Montage der Vorrichtung stark vereinfacht wird, was zu Kosteneinsparung bei der Herstellung führt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für eine leichtgängige Schwenkbewegung des Fahrstufenwählhebels senkrecht zur Kippachse

mindestens ein Lager vorgesehen ist.

Konstruktiv und montagetechnisch besonders vorteilhaft ist es, dass nach einer alternativen Ausführungsform das mindestens eine Lager durch die Lagerung der Aufnahme gebildet ist. Durch die Doppelfunktion als Aufnahme für den Signalgeber und als Lager können Herstellungskosten und das Gesamtgewicht der Vorrichtung reduziert werden. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Rückführung des Fahrstufenwählhebels von einer geschwenkten Stellung in eine Stellung für den normalen Fahrbetrieb vermittels federelastischer Elemente an der Aufnahme.

Im Sinne der Erfindung liegen auch sogenannte monostabile Fahrstufenwählhebel, welche nachfolgend einer Auslenkung, beispielsweise aufgrund elastischer

Rückstellelemente, in eine monostabile Lage zurückgeführt werden.

Ein unabhängiger Gedanke der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung.

Ein weiterer unabhängiger Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die gesamte Schaltvorrichtung um 180° gedreht in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Rechtslenker Fahrzeug, eingebaut werden kann. Dabei bleiben die Funktion und die Bedienung bzgl. der Umschaltfunktion zwischen einer Haupt- oder Schaltgasse und der Tippgasse erhalten. Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines

Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht mit einem Fahrstufenwählhebel in

Normalstellung;

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem Fahrstufenwählhebel in

ausgelenkter Stellung;

Fig. 3 Stellung eines Signalgebers in perspektivischer Ansicht;

Fig. 4 eine weitere Stellung des Signalgebers gemäß Fig. 3; Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht mit einem Fahrstufenwählhebel

Fig. 6 eine Detailansicht gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 und Fig. 7 eine Detailansicht des Betätigungselements gemäß einer alternativen

Ausführungsform. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Erfassung der Position eines Fahrstufenwählhebels 1 , wobei sich der Wählhebel 1 in einer Normalstellung 13, das heißt in einer Stellung für den normalen

Fahrbetrieb, befindet. Figur 2 zeigt die entsprechende Darstellung für den

Wählhebel 1 , der sich in einer ausgelenkten Stellung 14 befindet.

Der Fahrstufenwählhebel 1 ist in einer nicht dargestellten Kulisse geführt und dient der Wahl unterschiedlicher Fahrstufen. Die Kulisse kann eine sequenzielle

Anordnung der unterschiedlichen Fahrstufen vorsehen und eine zweite

Fahrstufenwähl- bzw. Schaltgasse aufweisen.

Der Fahrstufenwählhebel 1 ist zweifach schwenkbar in einem Lagerrahmen gelagert. Bei einer Kippbewegung des Wählhebeis 1 in Fahrzeugquerrichtung um die Kippachse 7 kann die Funktion des Getriebes von einer Schaltgassenfunktion zur Umschaltung der Schaltstufen (P, N, R, D) in eine Tippgassenfunktion oder umgekehrt zum Herauf- oder Herunterschalten der einzelnen Gänge per Hand umgeschaltet werden. Ein Bewegen des Fahrstufenwählhebels 1 in der

Tippgassenfunktion erfordert ein Schwenken um eine Schwenkachse 12 in

Fahrzeuglängsrichtung. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, die Funktionen in entsprechend umgekehrter Richtung zum Fahrzeug zu schalten.

Zur Bestimmung der Position des Fahrstufenwählhebels 1 sind mindestens ein Signalgeber 2 und mindestens ein Signalempfänger 3 vorgesehen. Der

Signalgeber 2 ist bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel als

Permanentmagnet und der Signalempfänger 3 als Hallsensor ausgebildet, welcher eine Messung des Magnetfeldes des Magneten 2 ermöglicht. Selbstverständlich kann der Signalgeber beispielsweise auch als Elektromagnet ausgebildet sein. Der Magnet 2 ist in einer als Käfig 6 ausgebildeten Aufnahme aufgenommen, welche in einer Linearführung 4 der Vorrichtung 10 verschiebbar geführt ist. Die Linearführung 4 ist in einem Gehäuse 20 des Fahrstufenwählhebels 1 angeordnet. Der Käfig 6 ist mit einem Betätigungselement 5 wirkverbunden, welches am

Fahrstufenwählelement 1 angelenkt ist.

Ein Bewegen des Fahrstufenwählhebels 1 zum Auswählen einer Fahrstufe erfordert ein Schwenken um eine Kipp 7 - oder Schwenkachse 12. Aufgrund der Kopplung zwischen dem im Käfig 6 angeordneten Magneten 2 mit dem

Betätigungselement 5 wird der Magnet 2 bei einem Kippen des

Fahrstufenwählhebels 1 um die Kippachse 7 in der Linearführung 4 verschoben. Dadurch wird der Abstand zwischen dem Magnet 2 und dem Hallsensor 3 geändert. Das von dem Magnet 2 ausgehende Magnetfeld bewegt sich zusammen mit dem Magneten 2 linear. Der Hallsensor 3 registriert diese Änderung des

Magnetfeldes, wodurch die Position des Fahrstufenwählhebels 1 zuverlässig und präzise bestimmt wird. Bei einer diametralen Magnetisierung des Magneten 2 ist aufgrund der paarweisen Anordnung des Nord- und des Südpols des Magneten 2 in Richtung der

translatorischen Verschiebeachse das vom Magneten 2 ausgehende Magnetfeld in Richtung der Linearverschiebung stärker als beispielsweise bei einer Bewegung entlang eines Kreisbogens, wie bei den bekannten Vorrichtungen.

Bei einer Bewegung des Fahrstufenwählhebels 1 entlang der Schwenkachse 12 wird der Magnet 2 geschwenkt bzw. führt eine Rotationsbewegung aus und, resultierend aus dieser Bewegung, schwenkt auch das von dem Magneten 2 ausgehende Magnetfeld zusammen mit dem Magneten 2.

Zusätzlich ist es möglich, dass nicht nur eine Bewegung des Fahrstufenwählhebels 1 in Fahrzeugquerrichtung, sondern auch eine Schwenkbewegung des Wählhebels 1 um die Schwenkachse 12, in dem hier gewählten Beispiel in

Fahrzeuglängsrichtung, stattfindet. Beim Schwenken des Wählhebels 1 um die Schwenkachse 12 bewegen sich der Magnet 2 und das von diesem ausgehende Magnetfeld entlang eines Kreisbogens. Der Hallsensor 3 registriert auch diese Änderung. Die Position des Fahrstufenwählhebels 1 ist dadurch exakt bestimmbar. 63073

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Nach der Erfindung ist es bei komplexeren Bewegungen des Fahrstufenwahlhebels 1 auch denkbar, diesen sowohl um die Kippachse 7 als auch um die

Schwenkachse 12 zu schwenken. Auch durch diese Bewegungen ändert sich das vom Magnet 2 ausgehende Magnetfeld und diese Änderung wird vom Hallsensor registriert, wodurch die Lage des Fahrstufenwahlhebels 1 eindeutig bestimmbar ist.

Für eine leichtgängige Kippbewegung des Fahrstufenwahlhebels 1 um die

Schwenkachse 2 ist mindestens ein Lager 15 vorgesehen. Vorzugsweise ist der Wählhebel 1 mit zwei Lagern 15, 16 für eine Bewegung entlang der Schwenkachse 12 ausgestaltet. Mindestens das eine Lager 15 ist durch die Lagerung des Käfigs 6 gebildet.

Wie den Figuren 3 und 4 zu entnehmen ist, sind Anschläge 8 und 9 im Gehäuse der Vorrichtung 10 vorgesehen, welche die Vorrichtung vor Beschädigung durch unsachgemäßen Gebrauch des Fahrstufenwahlhebels 1 schützen.

Es können darüber hinaus federelastische Elemente 17 in dem Käfig 6 vorgesehen sein, welche den Magneten 2 sicher halten und ebenfalls vor mechanischen

Überbelastungen durch zu heftige bzw. unsachgemäße Bewegungen des

Fahrstufenwählhebels 1 schützen.

Aus den Figuren 3 und 4 geht ebenfalls das Befestigungsteil 5 mit zwei U-förmigen Ausschnitten hervor, welche in etwa 90 Grad zueinander angeordnet sind. Das Befestigungsteil 5 wird in Montagestellung mit dem nach oben offenen U-förmigen Ausschnitt über einen Mitnehmer 19 mit dem Fahrstufenwählhebel 1

wirkverbunden. Der andere U-förmige Ausschnitt des Befestigungsteils 5 ist mit einem die Kippachse 7 bildenden Bolzen 18 wirkverbunden. Durch diese

Anbindungen wird erreicht, dass das Befestigungsteil 5 die Kippbewegung des Fahrstufenwählhebels 1 in eine Linearbewegung des Käfigs 6 mit dem Magneten 2 umsetzt. Das Befestigungsteil 5 ist beweglich am Fahrstufenwählhebel 1

angelenkt. Fig. 3 zeigt die Position des Fahrstufenwählhebels 1 für das Ändern der

Schaltstufen in der Schaltgassenfunktion. In Fig. 4 ist die Position des Wählhebels 1 in der Tippgassenfunktion für das Herauf- und Herunterschalten der Gänge dargestellt.

Eine Bewegung des Wählhebels 1 um die Kippachse 7 bewirkt eine Drehung des Befestigungsteils 5 um diese Achse 7, so dass resultierend der am Befestigungsteil 5 angeordnete Käfig 6 in der Linearführung 4 linear bewegt wird. Dadurch wird der Abstand des Magneten 2 zum Hallsensor 3 variiert, wodurch eine präzise

Bestimmung der Position des Fahrstufenwählhebels 1 möglich ist.

Figur 5 und Figur 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Magnet 2 ist an einem Schlitten 21 angeordnet, welcher in einer Linearführung 25 der Vorrichtung 0 verschiebbar geführt ist. Der Schlitten 21 ist über einen durch eine Feder 24 belasteten Nocken 23 am Fahrstufenwählhebel 21 angelenkt.

Ein Bewegen des Fahrstufenwählhebels 1 zum Auswählen einer Fahrstufe erfordert ein Kippen des Hebels 1 um die Kippachse 7. Aufgrund der Kopplung zwischen dem am Schlitten 21 angeordneten Magneten 2 über den Nocken 23 mit dem Fahrstufenwählhebel 1 wird der Magnet 2 über die Linearführung 25 des

Schlittens 21 verschoben. Der Hallsensor 3 registriert diese Abstandsänderung des Magneten 2 zum Sensor 3 und die Position des Fahrstufenwählhebels 1 wird zuverlässig und präzise bestimmt. Die in der Linearführung 25 angeordneten Federn 22 und 24 stützen den Schlitten 21 am Gehäuse der Linearführung 25 ab und schützen vor mechanischen

Überbelastungen durch zu heftige bzw. unsachgemäße Bewegungen des

Fahrstufenwählhebels 1. Figur 7 zeigt eine alternative Ausführungsform, wonach der Signalgeber 2 in das Betätigungselement 5 integriert ist. Beispielsweise kann der Signalgeber 2 an das Betätigungselement 5 angespritzt oder von einem Teil des Betätigungselementes 5 umspritzt sein.

Bezugszeichenliste

1 Fahrstufenwählhebei

2 Signalgeber

3 Signalempfänger

4 Linearführung

5 Betätigungselement

6 Aufnahme bzw. Käfig

7 Kippachse

8 Anschlag

9 Anschlag

10 Vorrichtung

1 1 Zylinderachse

12 Schwenkachse

13 Normalstellung

14 ausgelenkte Stellung

15 Lager

16 Lager

17 federelastisches Element

18 Bolzen

19 Mitnehmer

20 Gehäuse

21 Schlitten

22 Schlittenfeder

23 Nocken

24 Nockenfeder

25 Linearführung