CN101065903A - 用于汽车的转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的转换装置，包括支架(3)、通过活节(12)可摆动地支承在支架(3)上的变速杆(7)和带有信号发生器(13)及两个传感器(16)的角度测量设备，其中所述角度测量设备布置在活节(12)中，并且与连接在汽车变速器上的控制设备电气地连接。

Description

用于汽车的转换装置

本发明涉及一种用于汽车的转换装置，包括支架、通过活节可摆动地支承在支架上的变速杆和带有信号发生器及两个传感器的角度测量设备。

变速杆的迄今通常的电子换档位置识别借助于例如根据霍尔原理的位置传感器进行，鉴于目前常用的变速杆需要在多个通道以及中间位置内进行导向，这是不够灵活的。通常对于每个变速杆位置都设置有一个传感器，在此大量的传感器会导致成本的增加和可靠性的降低。

由DE l97 49 330 C2公开了一种换档探测装置，包括换档机构、磁性的信号发生器和信号接收设备。一个包括至少两个电磁转化器的传感器阵列被设置为信号接收器，其中可以用磁阻传感元件作为转化器来使用。与换档机构的移动相耦合的信号发生器是一个与磁阻传感元件共同作用的磁体，其中传感元件设置在不同的相互垂直的平面内。换档机构可摆动地支承并且在支承体的两侧有两个杠杆臂，其中磁体和传感元件设置在杠杆臂的一个自由末端的区域内。

这种装置的缺点在于，在操作这种换档机构时，磁体经过了一个相对较大的行程，使得信号接收器也必须占据相对较大的空间。

本发明的任务是，进一步改进开始所述类型的转换装置作，使得对于角度测量设备所需的结构空间减小。

该任务根据本发明由按照权利要求1所述的转换装置来完成。优选的改进方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的用于汽车的转换装置或者变速杆机构具有支架、通过活节可摆动地支承在支架上的变速杆和包括信号发生器和两个传感器的角度测量设备，其中角度测量设备设置在活节中，并且与连接在汽车变速器上的控制设备进行电气连接。

通过使角度测量设备集成到活节中，信号发生器和传感器相对接近地设置在变速杆的摆动轴上，从而非常小的行程或者行程改变必定被角度测量设备所探测。因此角度测量设备可以总共被构造得很小并很紧凑。此外，活节保护角度测量设备免受杂质影响。

以磁场测量为基础的角度测量设备已经被证实了特别的抗干扰，因此信号发生器可以构造为磁体，而传感器可以构造为磁敏传感器，例如霍尔效应传感器。然而，优选磁敏传感器构造为磁阻传感器，它与霍尔传感器区别在于，每个传感器实现了两点测量，使得布线费用可以被减少。此外通常通过使用磁阻传感器，可以比使用相同数量的霍尔传感器探测进行更大空间角度的探测。

这两个传感器可以设置在活节中的不同方位上。此外这两个传感器都可以相互包围出适当的角度，并且例如通过交叉设置或者L形相互取向，其中两个传感器的敏感表面优选相互垂直地走向，从而通过两个互相垂直的角度简化了这种测定。

两个传感器可以互相分别地设置。然而优选将两个传感器集合到一个传感器组件里，由此可以减少传感器的安装费用。尤其这些传感器位于共同的线路板上。控制设备也可以集成在传感器组件中，并且如果可能也可以设置或固定在线路板上。

每个可以实现变速杆预期的摆动运动的活节，都可以作为活节来使用。然而优选活节构造为球窝关节，使得通过该活节，变速杆可能的摆动方向与其他活节相比完全不被限制或者仅仅很少被限制。其中球窝关节具有固定在变速杆上的壳体和固定在支架上的、并设置在壳体中的活节球头，使得壳体可以与变速杆一起围绕着活节球头摆动。然而壳体也可以设置在支架上，在壳体中可摆动地被支承着的活节球头设置在变速杆上。

传感器可以设置在活节球头中，而信号发生器可以设置在壳体中。然而优选传感器设置在壳体中，而信号发生器设置在活节球头中，为此它可以具有用于放置信号发生器的凹槽。此外支架可以与活节球头构造为整体，例如钢支架。

活节球头可以由铁磁材料制成。在这种情况下，将位于活节球头的信号发生器嵌入到一种非磁性材料、例如铝或者塑料中是有利的。由此关于信号探测，可以以一种积极的方式影响磁场特性，如果信号发生器是磁体或者永久磁体。

为了确定或者预设变速杆可能的移动，可以设置带有一个或多个换档通道(Schaltgasse)的变速肘杆(Schaltkulisse)，变速杆穿过这些换档通道而延伸，并且变速杆可以沿着其移动。变速肘杆在此优选直接或间接与支架连接，或者固定在支架上。特别地，所有由变速肘杆的换档通道所预设的变速杆位置并包括所有的中间位置都位于角度测量设备或传感器的探测区域内，使得除了预设的变速杆位置外，所有的中间位置也都可以被角度测量设备探测。为了更简单的操作，变速杆可以具有自由端，在该自由端上固定变速手柄。

汽车变速器可以尤其调整到不同的换档状态下，其中与传感器电气连接的控制设备对由传感器给出的电气信号进行分析，而且根据这种分析，变速器可以调整到不同的换档状态。因为传感器与信号发生器的距离是变速杆位置在空间上的一个尺度，通过分析确定出变速杆当前的位置。特别地，这种分析连续地或者近似连续地进行。此外也可以不仅确定变速杆在空间中的绝对位置，而且确定变速杆由操作者所移动的速度。此外控制设备可以具有例如模拟的或者数字的微分电路，通过对由分析所查出的、变速杆的方位坐标或者角度坐标的时间微商，该微分电路确定变速杆的速度。

本发明作的任务进一步通过使用根据本发明的转换装置的汽车得到完成，其中支架固定在汽车上或者汽车车身上，特别地在汽车内部，例如在乘客空间内被固定。转换装置可以在此根据所有前面提到的方案进行进一步的改进。此外控制设备可以与发动机-变速器-控制器(Motor-Getriebe-Steuerung)耦合或者集成在其中。

本发明此外涉及到根据本发明的转换装置的应用，用于操纵设置在汽车中的、并且可以调整到不同换档状态的变速器，其中传感器与信号发生器共同作用，并且将电气信号输送到控制设备，并且其中控制设备分析用于变速杆位置的电气信号，在此变速器根据变速杆位置被调整到一种换档状态下。转换装置可以在此根据所有前面提到的方案被进一步改进。

此外，如上面已经阐述过的，通过由控制设备对例如连续或者近似连续获得的变速杆方位坐标或者角度坐标按照时间进行微商，可以在操作变速杆时获得其操纵速度。

借助于将智能角度传感器集成到活节、尤其是球窝关节中，变速器的换档杆或变速杆通过该活节被支承，由此实现变速杆位置的确定，以及由此实现变速器的行驶预定。根据磁阻的测量原理，对例如构造为校准的磁体的信号发生器的磁力线方向，在由钢支架构造的支架内相对于传感器组件或传感器进行测量，从而可以在大的角度范围内高精度地对在磁体与传感器组件或传感器之间的相对转动进行探测。智能的角度活节可以通过传感器与不同类型活节的集成来形成。

可以在由两个坐标所确定的平面内灵活地确定变速杆位置，从而传感器可以同时探测球窝关节的两个万向轴角度。信号分析和换档位置辨识由控制设备来执行，该控制设备设置在活节中或者活节外，例如作为在外部设置的电子模块，用于以综合特性曲线为基础的信号场处理。

对于个别线路图(Schaltbilder)的转换，在该线路图中不同稳定和不稳定的换档杆位置(亦即中间位置)应该开始以及被辨识出，对于换档杆位置的探测优选连续地并在相应的大角度范围内进行。为了在从D(前进)向R(后退)换档时避免跳过档位P(停车)，新型的线路图已经单独在自动控制范围内(至今是一个通道)设置了例如通道变换(Gassenwechsel)(＝2通道)，由此提供了使用安全性方面的优点。此外还可以有一个手动的附加通道(＝总共3个通道)，由此导致复合的变速杆导向。

此外，通过集成的数字或者模拟微分，出于对发动机-变速器-控制器或者其他传动控制系统和行驶控制系统的自适应目的，变速杆的操纵速度可以例如由控制设备尤其作为电气信号被输出。

以仅仅两个集成的传感器或者一个集成的传感器组件探测所有的平的变速杆位置，除了在复杂的连杆结构下有更大的灵活性以外，还具有成本以及可靠性方面的优点。对于新型的线控换档系统可以考虑空间无导向的换档杆移动，它以传统的位置传感器很难探测，但是借助根据本发明的转换装置进行探测则没有问题。位置确定可以在一个拉伸场内借助于两个在球体或者壳体上相互垂直安装的传感器连续地进行。

因此可以形成“智能”的活节，在这个活节中，角度测量设备如果可能的话与控制设备一起集成到活节中，它不仅可以获得变速杆的方位，而且可以(例如通过数值微分)获得变速杆的移动速度。因此描述换档动态特性的附加信号可以用于对变速器控制，例如运动操作或者舒适操作的自适应。

接下来按照优选的实施方式根据附图对本发明进行描述。附图示出：

图1根据本发明的变速杆机构的一个实施方式的示意图；

图2按照图1的实施方式的测量区域的示意图；

图3带有根据本发明的变速杆机构的汽车的示意图；

图4模拟微分电路的示意方块图；

图5按照图1的传感器组件的示意图和

图6实施方式的部分剖视图；

由图1示出了根据本发明的变速杆机构的实施例，该变速杆机构整体地用1来表示。在示意的汽车2上固定有构造为钢支架的支架3，在这个支架上又固定有活节球头4。活节球头4如此地在壳体6的球形凹槽5中被支承，使得壳体6可以围绕着活节球头4摆动。壳体6上固定有变速杆7，在变速杆7的远离壳体6的末端上固定有变速手柄8。变速杆7穿过变速肘杆10的换档通道9而延伸，其中变速杆7可以沿着换档通道9移动。通过虚线11表明，变速肘杆10固定在支架3上。变速肘杆10因此限制了变速杆7在换档通道9内移动的移动空间。

如果没有变速肘杆10，变速杆7可以自由地沿着通过x和y标识的方向移动，当然在此由活节球头4和壳体6所形成的球窝关节12的结构，也限制了变速杆7的移动空间。

在活节球头4中设置有永久磁体13，其磁场与两个传感器14和15共同作用(参见图5)，这些传感器被集合到传感器组件16中，并被设置在壳体6中。这两个传感器14和15在这里构造为磁阻传感器。

由图2示出了变速杆7的移动空间示意图，变速杆可以沿着虚线示出的换档通道9移动。移动空间在此完全位于角度测量设备或者传感器14和15的测量区域17内，从而变速杆在换档通道9中的每个位置都可以明确地由传感器14和15探测出。在这种情况下，测量区域17已经考虑了变速肘杆10到球窝关节12的距离。传感器14和15在不同的变速杆位置时，具有到磁体13的不同距离，并且由此位于由磁体所产生磁场的不同地点上，通过这样的方式进行变速杆位置或者变速杆方位的探测。由此传感器14和15对于不同的变速杆位置提供不同的电气信号，根据这个信号，每个变速杆位置都可以明确地被确定。分析的一个可能性例如在于：控制设备将由传感器给出的信号同在存储器中保存的样品信号进行比较，该样品信号是事先对于每个换档杆位置所计算出的。

由图3示出了汽车2的示意图，该汽车具有通过导线18与传感器14和15电气连接起来的控制设备19，该控制设备在它那侧通过连接机构20与在设置汽车2中的变速器21连接，该变速器可以调整到多个换挡位置上。如果变速器21具有一个可电子控制的调整设备，就可以用导线来构成连接机构20。如果变速器21仅仅是机械可调整的，连接机构20也可以通过机械调整设备来构成，该调整设备可以由尤其构造在控制设备19中的促动器来操纵。

控制设备19可以将由传感器14和15给出的电气信号归入到不同的变速杆位置中，并且根据所获得的变速杆位置，通过连接机构20将变速器21调整到一个确定换档状态。此外，控制设备19可以具有一个微分电路22，该电路可以将连续地或者近似连续地获得的、代表了变速杆7位置的位置信号和角度信号导出，用于获得操作变速杆7的速度。代表了变速杆速度的数据或者电气信号可以通过导线23输送到发动机-变速器-控制器24中。

由图4示出了这种微分电路的示意方块图，其中输入电压的微商与输出电压成比例。特别成立的是：

$\mathrm{Ua}=-\mathrm{RC}\frac{\mathrm{dUe}}{\mathrm{dt}}$ 对于频率 $f<<\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{R}^{\&prime;}C}$

在此电压Ue代表了变速杆或变速杆位置的方位或者角度，而电压Ua代表了变速杆的操纵速度。很显然，也可以使用数字处理器用于数值微分。在这种情况下，微分电路22被构造为数字的并且具有例如数字信号处理器。尤其可以对每个传感器都设置一个独立的微分电路。

由图5示出了传感器组件16的示意图，其中两个传感器14和15分别具有传感器支撑体25和带有敏感的表面27的传感元件26。两个传感器支撑体25以相互之间的距离D例如为0.3毫米进行布置，并且彼此包围了一个90°的角度。也可能的是，距离D减少到0。此外传感元件26的敏感表面27相互包围有适当的角度，或者换句话说，两个敏感表面27位于相互包围了适当角度的平面上。

通过电气触点接通28，传感元件26和相应传感器支撑体25连接，该支撑体通过在线路板或电路板30上的电气触点接通29被接通，两个传感器支撑体25位于该电路板上。

此外电路板30上还接通有延伸到控制设备19的导线18，该控制设备同样也可以集成到传感器组件16中。在后一种情况中，导线18可以构造为在电路板30上或者在电路板30内的印制导线。

由图6示出了实施例的部分剖视图，其中磁体13(它的磁化用M来表示)嵌入到非磁性材料31中，并且位于设置在活节球头4中的凹槽32内。此外传感器组件16布置于设置在壳体6中的凹槽33内。由活节球头4和支架3所形成的球形轴颈，通过壳体开口34从壳体6延伸出来，其中活节球头4与支架3根据该实施例尤其制成整体。

附图标记列表

1   变速杆机构

2   汽车

3   支架

4   活节球头

5   壳体内的球形凹槽

6   壳体

7   变速杆

8   变速手柄

9   换档通道

10  变速肘杆

11  变速肘杆与支架之间的机械连接

12  球窝关节

13  永久磁体

14  传感器

15  传感器

16  传感器组件

17  角度测量设备对于变速肘杆方位的测量区域

18  电气导线

19  控制设备

20  控制设备与变速器之间的连接

21  变速器

22  微分电路

23  电气导线

24  发动机-变速器-控制器

25  传感器支撑体

26  传感元件

27  敏感表面

28  电气触点接通

29  电气触点接通

30  电路板

31  非磁性材料

32  活节球头内的凹槽

33  壳体内的凹槽

34  壳体内的开口

D   传感器支撑体之间的距离

Ue  输入电压

Ua  输出电压

R   电阻

C   电容

R′ 电阻

O   运算放大器

M   磁体的磁化

x   空间方向

y   空间方向

Claims (19)

1.用于汽车的转换装置，包括支架(3)、通过活节(12)可摆动地支承在支架(3)上的变速杆(7)和带有信号发生器(13)及两个传感器(14，15)的角度测量设备，其特征在于，所述角度测量设备布置在活节(12)中，并且与连接于汽车变速器(21)的控制设备(19)电气地连接。

2.按照权利要求1所述的转换装置，其特征在于，所述信号发生器(13)是磁体，并且所述传感器(14，15)是磁敏传感器。

3.按照权利要求2所述的转换装置，其特征在于，所述传感器(14，15)是磁阻传感器。

4.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述两个传感器(14，15)相互垂直地取向。

5.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述两个传感器(14，15)被集合到传感器组件(16)中。

6.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述活节(12)是球窝关节。

7.按照权利要求6所述的转换装置，其特征在于，所述球窝关节(12)具有固定在变速杆(7)上的壳体(6)和固定在支架(3)上的、并支承在壳体(6)中的活节球头(4)，其中壳体(6)可以与变速杆(7)一起围绕着活节球头(4)摆动。

8.按照权利要求7所述的转换装置，其特征在于，所述信号发生器(13)设置在活节球头(4)中，并且所述传感器(14，15)设置在壳体(6)中。

9.按照权利要求8所述的转换装置，其特征在于，所述活节球头(4)由铁磁材料制成并具有凹槽(32)，信号发生器(13)处于该凹槽中，该信号发生器被嵌入到非磁性材料(31)中。

10.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述带有一个或多个换档通道(9)的变速肘杆(10)直接或间接地与支架(3)连接，所述变速杆(7)穿过该换档通道(9)而延伸，并且变速杆(7)可以沿着该换档通道(9)移动。

11.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述变速杆(7)具有自由端，在该自由端上固定有变速手柄(8)。

12.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述变速器(21)可以调整到不同的换档状态下，其中可以由与传感器(14，15)电气相连的控制设备(19)对从传感器(14，15)给出的电气信号进行分析，并且根据这种分析，变速器(21)可以调整到不同的换档状态。

13.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述控制设备(19)具有微分电路(22)。

14.按照前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述控制设备(19)设置在活节中。

15.具有按照前述权利要求中任一项所述转换装置的汽车，其特征在于，所述支架(3)固定在汽车(2)上。

16.按照权利要求15所述的汽车，其特征在于，所述变速杆(7)设置在汽车(2)的内部。

17.按照权利要求15或16所述的汽车，其特征在于，所述控制设备(19)集成到发动机-变速器-控制器(24)中。

18.对于按照权利要求1至14中任一项所述转换装置的应用，用于对设置在汽车(2)中的变速器(21)进行操纵，该变速器可以调整到不同的换档状态，其中所述传感器(14，15)与信号发生器(13)共同作用，并且将电气信号输出到控制设备(19)，通过分析电气信号，由控制设备(19)确定变速杆位置，并且由控制设备(19)根据变速杆位置将变速器(21)调整到换档状态之一。

19.按照权利要求18所述的应用，其特征在于，所述变速杆(7)被操纵，并且由控制设备(19)通过对属于变速杆位置的信号进行模拟的或数值的微分来确定变速杆(7)的操纵速度。

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