DPMA - Erfinderaktivitäten 2005/2006

Elektronische Schaltvorrichtungen für Kraftfahrzeuggetriebe
Thomas Schäfer, Abt. 1.14
Der Beitrag befasst sich mit der Entwicklung von elektronischen Schaltvorrichtungen für
Kraftfahrzeuggetriebe, sogenannten Shift-by-Wire-Schaltvorrichtungen.
1. Einführung
Automobile werden zunehmend mit elektronischen
Steuereinrichtungen ausgestattet. Dies betrifft auch
Fahrbefehle wie Lenken, Gasgeben, Bremsen, Kuppeln
und Schalten. Als Oberbegriff für diese genannten
Teilaufgaben steht der Begriff Drive-by-Wire, gelegentlich
auch als X-by-Wire bezeichnet, wobei das X stellvertretend
für die verschiedenen Fahrbefehle steht.
Mit Drive-by-Wire wird also zusammenfassend die
Elektronik, Sensorik, Aktuatorik sowie die Mess-,
Steuerungs-, und Regelungs-Technik im Kraftfahrzeug für
die verschiedenen Teilaufgaben bezeichnet:
• Steer-by-Wire (Elektronisches Lenken),
• Cruise-by-Wire (Elektronisches Gaspedal),
• Brake-by-Wire (Elektronisches Bremsen),
• Shift-by-Wire (Elektronisches Schalten/Kuppeln).
Während sich die Entwicklung in den Bereichen Steer-by-
Wire und Brake-by-Wire noch in der Erprobungsphase
befindet, sind Shift-by-Wire-Schaltvorrichtungen bereits in
zahlreichen Ausführungsvarianten zur Serienreife gelangt.
Sie weisen gegenüber den herkömmlichen Schaltvorrichtungen,
bei denen eine mechanische Verbindung in
Form einer Schaltstange oder in Form von einem oder
mehreren Seilzügen zwischen Schalthebel und dem
Getriebe besteht, einige wesentliche Vorteile auf:
• Frei wählbare Platzierung der Schaltvorrichtung im
Fahrzeuginnenraum,
• Freie Festlegung von Schaltschemata,
• Realisierung einer Vielzahl von Funktionen auf
engstem Raum,
• Erzeugung von Schaltkräften ohne Rückwirkung auf
den Schalthebel,
• Entkopplung von lästigen Vibrationen des
Antriebsstranges.
2. Aufbau des Gesamtsystems
Ein Getriebesystem mit elektronischer Schaltungssteuerung
für ein Kraftfahrzeug besteht aus den folgenden
Funktionselementen (Figur 1), [1], [5]:
• Getriebe (25) und Anfahr-/Schaltkupplung(en),
• Aktuatoren (23) zur Betätigung der Anfahr-/
Schaltkupplung(en),
• Elektronischen Steuergerät(en) (21, 26) zur Ansteuerung
der Aktuatoren,
• Schaltvorrichtung (11), die den Schaltwunsch des
Fahrers an das elektronische Steuergerät übermittelt.
Die Signalerzeugung für das Schalten erfolgt in der
Schaltvorrichtung (Bedien- oder Betätigungsvorrichtung)
mittels Betätigung beispielsweise eines Schalthebels durch
den Fahrzeugbediener. Die Betätigungsbewegung wird
mittels verschiedener Prinzipien berührungslos oder mit
Kontakten (induktive, kapazitive, resistive oder optische
Sensoren, Mikroschalter, Schleifkontakte) in ein
elektrisches Signal gewandelt. Diese Ausgangssignale
können von analoger oder digitaler Art sein. Sie werden in
dem elektronischen Getriebesteuergerät verarbeitet und
als Ansteuersignale an die Aktuatoren aufbereitet. Die
Aktuatoren können elektro-mechanisch, elektrohydraulisch
oder elektro-pneumatisch ausgeführt sein. Das
zu schaltende Getriebe kann beispielsweise ein
konventioneller Getriebeautomat (Planetengetriebe) ein
Doppelkupplungsgetriebe (Direktschaltgetriebe) oder ein
stufenloses Getriebe (CVT) sein.
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