CN102378868B - 用于检测行驶速度等级选择杆的位置的装置以及配备有所述装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测行驶速度等级选择杆(2’)的位置的装置，所述行驶速度等级选择杆用于选择机动车的变速器调节，所述装置具有设置在所述行驶速度等级选择杆(2’)上的信号发生器(14)和与所述信号发生器(14)间隔开地设置的信号接收器(16)，其中，所述信号发生器(14)和所述信号接收器(16)之间的相对位置在不同的、可选择的行驶速度等级时是不同的。在此，所述信号接收器(16)被构造用于检测所述信号发生器(14)在三个维度上相对于所述信号接收器(16)的相对位置，所述信号发生器被构造为磁体(14)，而所述信号接收器被构造为三轴的霍尔传感机构(16)。所述行驶速度等级选择杆(2’)具有球形铰节(20)，其中，所述信号发生器(14)设置在所述球形铰节(20)的球体(22)上。在此，所述磁体(14)的南北轴线(18)不通过球体中心点(26)。此外，本发明还涉及具有相应装置的机动车。

Description

用于检测行驶速度等级选择杆的位置的装置以及配备有所述装置的车辆
技术领域
本发明涉及一种用于检测用于选择机动车的行驶速度等级或者变速器调节的行驶速度等级选择杆的位置的装置。所述装置具有设置在行驶速度等级选择杆上的信号发生器和与所述信号发生器间隔开设置的信号接收器，其中，在不同的行驶速度等级时可检测信号发生器和信号接收器之间的不同相对位置。此外，本发明还涉及一种具有相应装置的机动车。
背景技术
开头所述类型的装置在现有技术中是已知的。通常在行驶速度等级选择杆和变速器之间不具有直接机械耦合的情况下进行机动车的自动变速器或者自动化的变速器的操纵。在所谓的“线控换挡(Shift-by-Wire)”系统中，检测行驶速度等级选择杆的位置并且由行驶速度等级选择杆的相应位置确定所期望的行驶速度等级，所述行驶速度等级随后例如通过变速器中的辅助电机进行调节。
作为用于这样的操纵装置的传感器装置例如通常使用光栅，所述光栅如此分配给行驶速度等级选择杆的每个换挡位置，使得光栅的光路由换挡杆本身或者由与换挡杆活动耦合的遮蔽部件中断。光栅部件的污染或者用于换挡杆与遮蔽部件的活动耦合的机械部件的磨损可以在这样的操纵装置中导致功能损坏以及在最不利的情况下导致功能失效。
此外，信号发生器/信号接收器系统是已知的，在所述信号发生器/信号接收器系统中信号发生器设置在行驶速度等级选择杆上而信号接收器与信号发生器间隔开地设置在例如选择杆壳体中。
为此，在关于换挡装置的DE 10 2004 056 800 A1中公开了一种已知的装置，所述装置具有保持装置，通过铰节可摆动地支承在所述保持装置上的选择杆以及具有一个信号发生器和两个传感器的角测量装置，其中，角测量装置设置在铰节中并且与控制装置电连接，所述控制装置与机动车变速器连接。
在此不利的是，为了检测选择杆的位置需要至少两个彼此间隔开地设置的传感器。
由DE 10 2006 044 404 A1公开了一种用于在机动车中识别选择杆的角度位置的装置，其中，同样设有两个用于求取磁场的场方向的霍尔传感器。
此外，由DE 20 2007 000 210 U1公开了一种用于车辆变速器的操纵装置，其具有换挡杆，所述换挡杆可绕着至少一个第一摆动轴线摆动到至少两个换挡位置中，其中，设有至少一个第一旋转角传感器，其用于求取换挡杆绕第一摆动轴线的角度位置。对于换挡杆的通常更复杂的二维运动可能性，在这里也需要两个传感器，以便能够检测换挡杆的位置。在这里也存在以下缺点：由于行驶速度等级选择杆通常二维的运动，实际上需要至少两个传感器。对于这种装置，布线开销和计算开销也同样相应更高。
DE 10 2007 026 303 A1公开了一种用于检测和分析处理机动车中的档位选择的装置，所述装置具有一个选择杆，至少一个磁体和至少一个磁传感器元件，所述磁传感器元件适用于探测磁场的三个空间分量。传感器可以被构造为霍尔传感器。
发明内容
由此出发，本发明的任务在于，如下改进开头所述类型的装置：能够以更高的可靠性、但更小的计算开销以及更少的材料使用实现行驶速度等级选择杆的位置的检测。
所述任务通过根据权利要求1的装置以及根据并列权利要求7的机动车解决。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。
根据本发明的用于检测用于选择机动车的变速器调节的行驶速度等级选择杆的位置的装置具有设置在行驶速度等级选择杆上的信号发生器和与所述信号发生器间隔开地设置的信号接收器。信号发生器和信号接收器之间的相对位置在不同的可选行驶速度等级时是不同的并且可通过信号发生器和信号接收器进行检测。
在本发明意义上的“行驶速度等级选择杆”可以理解为可手动地进行操纵并且可借助其选择机动车变速器的至少两个不同的行驶速度等级的任意装置。此外，变速器的类型对于本发明而言没有影响。变速器可以是自动变速器或者自动化的变速器，但同样也可以是一般的变速器。在这里根据本发明的装置例如可以用于换挡显示。
根据本发明，信号接收器构造用于检测信号发生器在三个维度上的相对位置。因此，借助于本发明能够实现借助仅仅一个唯一的信号接收器完全地检测行驶速度等级选择杆的位置。无需使用两个信号接收器以及与此相关联的更高计算开销。此外，根据本发明的装置简化了相应的选择杆装置的结构，因为仅须定位一个而不是多个信号接收器。
可以通过不同的方式确定信号发生器与信号接收器在三个维度上的相对位置。首先考虑的是，接收信号接收器和信号发生器之间的矢量的三个分量。此外，检测两个矢量分量以及距离矢量的数值也是足够的。用于确定三个维度的第三可行方案是确定由信号发生器发射到信号接收器上的传感器信号的三个角度。
不必直接在信号接收器中进行信号的分析处理以及(因此)信号发生器和信号接收器的相对位置的确定。
此外，信号发生器被构造为磁体而信号接收器被构造为三轴霍尔传感机构。根据一种改进方案，三轴霍尔传感机构可以被如此构造，使得其分析处理从磁体发出并且进入三轴霍尔传感机构的磁场的方向和/或数值。霍尔传感器优选被构造为所谓的3D霍尔传感器。
通常，三轴霍尔传感器的磁场的方向矢量的分析处理已经足够，因为行驶速度等级选择杆通常在滑槽中导引并且因此可以具有定义的位置，所述位置通过三轴霍尔传感器中磁体的特有的磁场表示。
如果信号接收器此外固定地设置车辆上，则可以简化信号接收器的能量供应以及信号的量取。信号接收器可以例如设置在行驶速度等级选择杆的换挡壳体内。
根据本发明的另一种改进方案，信号发生器设置在支承框架上。支承框架用于行驶速度等级选择杆例如在滑槽(Kulisse)内的支承和导引。因此，行驶速度等级选择杆例如用万向节悬挂。在此，信号发生器设置在支承框架上导致信号发生器可设置在支承框架的悬架附近，由此信号发生器和信号接收器之间的距离可以更小并且信号接收器需要更小的灵敏度。这提高了分析可靠性。
信号发生器的一种特别优选的设置是设置在行驶速度等级选择杆的第一摆动轴线上，所述第一摆动轴线由支承框架提供。信号发生器设置在所述摆动轴线上允许信号发生器与信号接收器特别近的设置。
为此优选使用行驶速度等级选择杆可绕其相对于支承框架摆动的摆动轴线。通过这样的方式在选择行驶速度等级时一方面转动信号发生器并且使信号发生器相对于壳体绕着第二摆动轴线摆动，支承框架自身绕着所述第二摆动轴线摆动。这样在操纵行驶速度等级选择杆时实现了与信号接收器中的其他设置相比更大的信号变化。
替代地，信号发生器设置在支承框架的一侧，所述一侧不通过支承框架的以上所述的第二摆动轴线，支承框架自身绕着所述第二摆动轴相对于车辆摆动。对此在转换不同的行驶速度等级时可以实现较大的信号变化。
如果对于以上所述的行驶速度等级选择杆在支承框架中的悬挂使用磁体作为信号发生器，可以通过如下方式实现位置确定的进一步改进：磁体的南北轴线基本上垂直于第一摆动轴线定向。于是使行驶速度等级选择杆摆动导致磁体的南北轴线相对于信号发生器的摆动并且因此导致特别大的信号变化。
根据本发明，设有行驶速度等级选择杆的球形铰节导引装置，其中信号发生器优选设置在球形铰节的球体上。通过使行驶速度等级选择杆绕着球形铰节摆动，信号发生器与行驶速度等级选择杆一同摆动。设置在球形铰节的球体上能够实现信号接收器特别不复杂的设置。
对于球形铰节导引装置而言，有利的是，在使用磁体作为信号发生器的情况下磁体的南北轴线不朝着球体的球体中心点延伸或者不延伸通过球体的球体中心点。通过这样的方式可以实现三轴霍尔传感器中更大的磁场变化并且改善分析准确性。
此外有利的是，信号发生器设置在由球形铰节的球体的半径构成的球面内。由此与信号发生器其他设置——例如设置在球形铰节的球体的球面上或者甚至设置在球形铰节的球面以外相比，可以实现行驶速度等级选择杆的更好的导引。由此不干扰行驶速度等级选择杆在球形座内的导引。
优选地，信号发生器设置在球体内部。这可以例如通过注塑的球体实现，信号发生器在注塑时施加到所述球体中，或者通过使用空心的或者部分空心的球体实现，信号发生器设置在所述球体内部。
替代地，球体具有一个球体区段，信号发生器设置在所述球体区段中。因此，所述球体不是完整的球体，而具有凹槽，信号发生器设置在所述凹槽中。凹槽可以如此大，使得信号发生器补充球面，或者可以替代地使凹槽更大。
优选地，此外还设有与信号接收器相连接的分析处理单元，所述分析处理单元用于分析处理信号接收器的信号。这简化了传感器信号的分析处理。
本发明的第一个独立主题涉及一种具有根据以上所述发明的装置的机动车。
本发明的其他目的、特征以及有利的应用方案由以下借助附图对实施例的说明中得出。在此，所有已说明的和/或图示的特征以其合理的组合形成本发明的主题，与权利要求及其引用无关。
附图说明
借助于两个实施例说明本发明。在此示意性示出：
图1根据第一变型方案在立体图中示出具有根据本发明的装置的换挡杆；
图2示出沿图1中的装置的切线A-A的剖面的剖面图；
图3在立体图中示出具有根据第二变型方案的根据本发明的装置的行驶速度等级选择杆；
图4示出图3中的装置的俯视图；
图5示出沿根据图4的切线A-A根据第二变型方案的行驶速度等级选择杆的剖面，以及
图6示出沿图5中的切线B-B根据第二实施方式的根据本发明的行驶速度等级选择杆的剖面。
具体实施方式
以下描述本发明的两个不同的实施例。为了简化，相同的或者作用相同的部件在两个实施例中标以相同的附图标记。
图1示出行驶速度等级选择装置的示意性三维视图，所述驶速度等级选择装置具有根据本发明的用于检测行驶速度等级选择杆2的位置的装置。
行驶速度等级选择杆2在未示出的滑槽中进行导向并且允许选择不同行驶速度等级，所述行驶速度等级在滑槽中设置成二维的，例如设置成不同行驶速度等级的通常H形布置。滑槽例如也可以设有不同行驶速度等级的顺序布置并且具有第二行驶速度等级选择通道或者换挡通道。
行驶速度等级选择杆2可双重摆动地支承在支承框架4中。第一摆动轴线6通过行驶速度等级选择杆2相对于支承框架4的摆动确定。通过支承框架4借助于支承螺栓8在行驶速度等级选择装置的未示出的壳体中的支承，提供第二摆动轴线10。
为了使行驶速度等级选择杆2绕着第一摆动轴线6摆动，在支承框架4内部设有摆动轴12，所述摆动轴可转动地支承在支承框架4中。在支撑框架4的可见的前侧，摆动轴12穿过支承框架4。
在支承轴2的端侧上固定有磁体14。与磁体14相对置地设置有霍尔传感器16，所述霍尔传感器实现了对磁体14的磁场的三维测量。在这里是3D霍尔传感器。
磁体14的南北轴线18成对地垂直于摆动轴线6、10定向。使行驶速度等级选择杆2移动以选择行驶速度等级需要使行驶速度等级选择杆2绕着两个摆动轴线6、10中的至少一个摆动。由于磁体14和摆动轴12之间的耦合，磁体14在使行驶速度等级选择杆2绕着第一摆动轴线6摆动时相对于霍尔传感器16转动。由磁体14发出的磁场与磁体14共同转动。霍尔传感器16记录所述磁场变化。
可以静态或者动态地进行测量。动态的测量，即磁场随时间变化的测量实现了因果性检验并且因此实现了位置确定的可靠性的提高。
使行驶速度等级选择杆2绕着第二摆动轴线10摆动导致磁体14和霍尔传感器16之间的距离发生变化。这一方面影响磁体14的磁场在霍尔传感器16区域内的绝对强度，另一方面在较小的程度上影响磁体14的磁场在霍尔传感器16区域内的方向矢量。
对于行驶速度等级选择杆2的更复杂的运动，使行驶速度等级选择杆2既绕着第一摆动轴线6也绕着第二摆动轴线10摆动。因此，磁体14的磁场相对于霍尔传感器16转动并且减弱。由磁场的强度和磁场的方向可以明确地确定行驶速度等级选择杆2的位置。
替代磁场强度或者方向矢量的两个分量的确定，还可以测量磁体14的磁场在霍尔传感器16区域内的方向矢量的所有三个分量，其中，省略磁体14的磁场的强度的测量。
图2示出根据图1的装置的剖面，其中，所述剖面垂直于第二摆动轴线10设置在第一摆动轴线6的高度上。使行驶速度等级选择杆2绕着第二摆动轴线10摆动导致磁体14与霍尔传感器16的距离显著增大。
图3至图6示出本发明的第二实施方式。图3示出具有通过球形铰节20导引的行驶速度等级选择杆2’的行驶速度等级选择杆装置的示意性立体图。球形铰节20具有支承在未示出的球形座内的球体22。
磁体14设置在球体区段24中，其中，磁体14的南北轴线18如此定向，使得其不通过球体22的中心点26。与磁体14间隔开地，霍尔传感器16相对于行驶速度等级选择杆装置的壳体固定地设置，其中，霍尔传感器16如已经在以上所述实施方式中那样被构造用于检测磁体14相对于霍尔传感器16的三维的相对位置。在第二实施方式中也可以使用以上所述的用于测量行驶速度等级选择杆2’的相对位置的技术。
如此设置磁体14从而使其南北轴线18不通过球体22的中心点26可以例如如图4中示出的那样通过以下方式实现：磁体14关于通过球体中心点的轴线28偏心地但以南北轴线18与轴线28平行地延伸。在第二实施例中，轴线28如此放置，使得其包含球体22和霍尔传感器16之间的最短连线。
在图5和图6中进一步说明磁体14在球体中的设置，图5和图6分别示出沿着图4(图5)中的切线A-A和图5(图6)中的切线B-B的剖面。
通过磁体14的偏心的设置实现了：在使行驶速度等级选择杆2’运动时磁体14相对于霍尔传感器16经历更大的行程。当使行驶速度等级选择杆2’在第一方向30上摆动时，磁体14在一个环形轨道上绕着霍尔传感器16运动。使行驶速度等级选择杆2’绕着第二摆动方向32运动导致磁体14和霍尔传感器16之间的相对距离的变化以及磁体14的南北轴线18相对于霍尔传感器16的倾斜。
第二实施方式也实现了用于检测磁体14和霍尔传感器16之间的相对位置的不同方法，因为在摆动时不仅磁体14的磁场在霍尔传感器16区域内的强度发生变化，而且磁场的磁场矢量的方向也发生变化。
附图标记列表
2，2’ 行驶速度等级选择杆
4 支承框架
6 第一摆动轴线
8 支承螺栓
10 第二摆动轴线
12 摆动轴
14 信号发生器，磁体
16 霍尔传感器
18 南北轴线
20 球形铰节
22 球体
24 球体区段
26 球体中心点
28 轴线
30 摆动方向
32 摆动方向

Claims (7)

1.用于检测行驶速度等级选择杆(2，2’)的位置的装置，所述行驶速度等级选择杆用于选择机动车的变速器调节，所述装置具有设置在所述行驶速度等级选择杆(2，2’)上的信号发生器(14)和与所述信号发生器(14)间隔开地设置的信号接收器(16)，其中，所述信号发生器(14)和所述信号接收器(16)之间的相对位置在不同的、可选择的行驶速度等级时是不同的，其中，所述信号接收器(16)被构造用于检测所述信号发生器(14)在三个维度上相对于所述信号接收器(16)的相对位置，其中，所述信号发生器被构造为磁体(14)，而所述信号接收器被构造为三轴的霍尔传感机构(16)，其中，所述行驶速度等级选择杆(2’)具有一球形铰节(20)，其中，所述信号发生器(14)设置在所述球形铰节(20)的球体(22)上或者设置在所述球形铰节(20)的球体(22)中，其中，所述磁体(14)的南北轴线(18)不通过球体中心点(26)，其特征在于，所述磁体(14)关于轴线(28)偏心地设置，所述轴线(28)包含所述球体(22)和所述霍尔传感器(16)之间的最短连线并且延伸通过所述球体中心点，其中，所述磁体(14)的南北轴线(18)设置为与所述轴线(28)平行。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号接收器(16)固定地设置在车辆上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述信号发生器(14)设置在由所述球体(22)的半径形成的球面内。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述信号发生器(14)设置在所述球体(22)的内部。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述球体(22)具有一球体区段(24)，所述信号发生器(14)设置在所述球体区段中。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设有与所述信号接收器(16)相连接的分析处理单元(28)，所述分析处理单元用于分析处理所述信号接收器(16)的信号。
7.车辆，具有根据以上权利要求中任一项所述的装置。
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