CN104838176B - 用于操作车辆变速器的换挡杆机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作车辆变速器的换挡杆机构，其具有支架(4)、能运动地支承在支架(4)上的并且能调整到预定的换挡杆位置(P、R、N、D)中的换挡杆(2)和光学换挡杆位置检测装置(7；7’)，换挡杆位置检测装置具有承载件(15)、多个设置在承载件(15)上的光学传感器(28、29、30)、光学变向元件、至少一个设置在承载件(15)上的自发光的光源(16、17；16’；17’)，借助光源能使光线(18)经由变向元件发送至传感器(28、29、30)，以及具有布置到光线(18)的光路中的并且配设有光学编码的编码元件(23)，编码元件能通过运动换挡杆(2)地运动至预定的编码位置，其中，编码元件(23)布置在传感器(28、29、30)与设置在承载件(15)上的并且构造为导光体(19；19’)的变向元件之间。

Description

用于操作车辆变速器的换挡杆机构
技术领域
本发明涉及一种用于操作车辆变速器的换挡杆机构，其具有支架、能运动地支承在支架上的并且能调整到预定的换挡杆位置中的换挡杆和光学换挡杆位置检测装置，换挡杆位置检测装置具有承载件、多个设置在承载件上的光学传感器、光学变向元件、至少一个设置在承载件上的自发光的光源，借助该光源可以使光线经由变向元件发送至传感器，以及具有布置到光线的光路中的并且配设有光学编码的编码元件，编码元件能通过运动换挡杆地运动至预定的编码位置。
背景技术
为了检测换挡杆位置，经常用到电磁位置传感器。但是，这些电磁位置传感器具有如下缺点：由于不稳定的磁场过渡而仅能得到很低的分辨率。此外，磁体由价格逐渐升高的稀土制成。因此希望在于，能够通过其它传感器来代替电磁位置传感器。
开头提到的类型的换挡杆机构使用了光学位置传感器，并且例如由DE 197 48131 C2公知。该换挡杆机构的换挡杆位置检测装置具有作为变向元件的反光镜，其与承载件有间隔地固定在支架上。因此，该换挡杆位置检测装置不可预装配，这是因为反光镜与承载件间隔开地固定在支架上。因此，在装配换挡杆机构之前不能对换挡杆位置检测装置进行检查。此外，在考虑到光线的光路的情况下，反光镜和承载件相互间相对地对齐，从而在装配换挡杆机构期间产生了用于放光镜和/或承载件的校正费用，在预装配换挡杆位置检测装置时本来可以避免或至少减少该校正费用。而且光线也是在经反射并且然后发送给表面传感器之后才进行编码。因此，光路的绝大部分通过编码好的光信号形成。但是，这会导致由编码好的光线携带的位置信息的模糊度提高，例如这是因为光束会分散。
发明内容
由此，相对于这些背景，本发明的任务在于，改进一种开头提到的类型的换挡杆机构，使得编码元件与传感器之间的间距能够保持得尽可能地短。此外，应当能尽可能简单地对换挡杆位置检测装置进行装配。优选地，应当能够对换挡杆位置检测装置进行预装配。
该任务通过如下换挡杆机构来解决。
用于操作车辆变速器的换挡杆机构包括支架、能运动地支承在支架上的并且能调整到预定的换挡杆位置中的换挡杆和光学换挡杆位置检测装置，换挡杆位置检测装置具有承载件、多个设置在承载件上的光学传感器、光学变向元件、至少一个设置在承载件上的自发光的光源，借助该光源可以使光线经由变向元件发送至传感器，并且具有布置到光线的光路中的并且配设有光学编码的编码元件，编码元件能通过运动换挡杆地运动至预定的编码位置，其中，编码元件布置在传感器与设置在承载件上的并且构造为导光体的变向元件之间。
因为编码元件布置在传感器与变向元件之间，所以可以在整个光路上保持相对较短的编码好的光线的行程。此外，因为变向元件构造为导光体，所以可以简单地对换挡杆位置检测装置进行装配。尤其地，能减少用于校正光学部件的费用，这是因为光路的走向能基本上通过导光体预定。因此能够避免或至少明显减少光源、变向元件和传感器的相互对齐。导光体也能够实现换挡杆位置检测装置的特别紧凑且稳固的设计方案。例如，导光体同时形成换挡杆位置检测装置的加固件和/或壳体的一部分。最后，变向元件设置在承载件上，从而可对换挡杆位置检测装置进行预装配。
编码元件优选可利用换挡杆进行运动，尤其能相对于支架和/或承载件和/或传感器地运动。例如，在中间接有联接元件的情况下，编码元件可利用换挡杆进行运动，联接元件优选不仅与编码元件机械联接，而且还与换挡杆机械联接。根据设计方案，编码元件能运动地，尤其是能移动地且有利地能线性移动地支承在导光体上。该设计方案能特别紧凑地、廉价地且简单地构建。
根据改进方案，导光体具有光射出面和至少一个进光面，自发光的光源使光线穿过进光面地传导进导光体中，导光体改变已导入的光线的线路，并且穿过光射出面地朝传感器和/或编码元件的方向发送出去，编码元件布置在光射出面与传感器之间。光射出面优选平坦地或基本上平坦地构造。尤其地，光射出面平行于或者基本上平行于承载件和/或编码元件和/或传感器地延伸。由此，可以沿布置方向从承载件经由传感器和编码元件至导光体的光射出面实现光学换挡杆位置检测装置的紧凑的设计方案。在本发明的意义中，至少两个表面/构件的相互间相对的走向与相应的分别包括这些表面/构件的平面的相对的走向相一致。
进光面优选可以平坦地或者拱曲地，例如凸状地构造。进光面优选平行于或基本上平行于光射出面地走向。换言之，导光体优选具有至少两个指向相同方向的不同的表面，其中，至少两个不同的表面的其中一个表面成形为进光面，而另一个表面则成形为光射出面。传感器和光源在此尤其布置在编码元件的相同侧，其中，进光面可直接临接到光源上，或者可与该光源间隔开地布置。
在为此替选的优选的改进方案中，进光面倾斜于光射出面延伸。另外优选地，导光体如此地成形，即，进光面垂直于光射出面地走向。此外，进光面可以直接临接到光源上，或者可以与该光源间隔开地布置。光源在此可以尤其在侧地布置在导光体上，其中，导光体的侧面可以部分地或完全地成形为进光面。在此，传感器和光源的至少一个电接口尤其布置在编码元件的相同侧。
光源通常可以优选如此地布置和/或构造，即，光源的发送出光线的区域完全与进光面重叠。光源的发送出光线的区域和进光面可以优选具有相同的大小，因此在考虑到紧凑的设计方案的情况下，由光源发送出的光线部分能够完全进入到导光体中。
借助对传感器和光源或光源的电接口的已进行描述的布置方案能够简化换挡杆位置检测装置的电线路布置方案。尤其地，承载件构造为电路板。因此，传感器和光源能够经由电路板接触。在此，传感器和光源可以布置在承载件的面向编码元件的侧上。替选地，传感器可以布置在承载件的背对编码元件的侧上，其中，承载件至少在传感器装置的区域内是透明的，或者说对于由光源发送出的光线来说是透光的。优选地，承载件平坦地或者基本上平坦地构造。有利的是，导光体优选在侧地围绕编码元件传导光线。
根据设计方案，导光体包括和/或限定出向着承载件而去地开放的内腔，在内腔中布置有编码元件。内腔尤其是空心腔。有利的是，内腔通过承载件遮盖，从而至少使导光体与承载件一起来限定出内腔。尤其地，导光体与承载件和/或光源一起形成基本上封闭的盒形件，在其内腔中至少布置有编码元件并且另外优选地布置有传感器。因此，能实现换挡杆位置检测装置的特别紧凑的结构。例如，除了一个或几个导通部以外，盒形件可以被完全封闭。优选地，盒形件包括至少一个被编码元件和/或联接元件延伸穿过的导通部。
根据改进方案，编码元件可以相对于传感器地沿着一个或至少一个直线地运动至一个或多个编码位置。例如，编码元件能直线地运动和/或能在一个平面中运动。编码元件优选具有一个、两个或三个平动自由度。如果换挡杆机构包括仅一个换挡槽，那么编码元件优选能沿着直线地运动。在该情况下，编码元件例如具有刚好一个或者至少一个平动自由度。如果换挡杆机构包括多个经由选择槽彼此连接的换挡槽，那么编码元件优选能在一个平面中运动。在该情况下，编码元件例如具有刚好两个或者至少两个平动自由度。这例如可借助常见的滑块-滑块系统来实现，其中，一个滑块能够在一个方向上运动，而另一滑块能够横向于该方向地运动。
导光体优选由塑料组成。导光体尤其是铸件，有利地是注塑件。因此，导光体能够作为批量产品特别廉价地制造。此外，用于编码元件的支承部能够设置在导光体上和/或喷射成型到该导光体上和/或与该导光体集成地构造。但是，也能够由玻璃或其它导光材料制成导光体。另外优选的导光体在于，仅一个或多个进光面和仅一个或多个光射出面透光，而剩余的导光体面不透光。因此，光源的经由至少一个进光面进入的光线可以在导光体中以尽可能小的反射损失和光强损失地传导至光射出面。为此，剩余的导光体面例如可以借助如研磨或涂层的加工方式地分别成形为反射层，反射层促使由光源发送出的光束在导光体中进行光线传导，使得光束在经由进光面进入之后，被可靠地传导至导光体的光射出面。替选或补充地，可以与剩余的导光体面相邻地布置有能临接到导光体地设置的结构元件的不透光或者反射光的壁，或者说这些壁直接贴靠在剩余的导光体面上，以便促使导光体内部的光束的反射。导光体的一个或多个角区域也可以被倒棱或斜切，以便使光束能够在导光体内部可靠地传导至光射出面。该优选的改进方案尤其在导光体的已进行描述的设计方案中是有利的，在该设计方案中，导光体的进光面和光射出面指向几乎相同或同一方向。被倒棱或斜切的角区域在此优选相对于进光面地设置在进光面与光射出面之间的区域中，使得经由进光面进入的光束能够可靠地向着光射出面的方向传导。
自发光的光源是，或者优选包括一个或至少一个发光二极管。光线优选是红外光线。因此有利地，自发光的光源指的是红外光源。另外优选地，可脉冲式地驱控自发光的光源。由此，光束或光线变为不连续的，而是按脉冲方式地由自发光的光源或发光二极管发射出。有利地，该效应可用于对至少一个传感器进行错误诊断，这是因为至少一个传感器按脉冲方式发送出的状态信号。因此，尤其可诊断出至少一个传感器的停止工作或损坏。来自不同的状态信号的计算出的差值能够对传感器是否被激活或解除激活进行确认。借助该计算出的差值可以考虑到传感器的暗电流部分。此外，借助传感器实现的电感测(Sensierung)可以依赖于自发光的光源的状态得以实现。
优选地，通过运动换挡杆，使编码元件能相对于传感器地运动至不同的编码位置。尤其地，各个换挡杆位置均配属有编码位置。优选地，设置在编码元件上的编码在不同的编码位置中是不同的。有利地，两个相邻的编码位置之间的编码具有二、三、四或至少为四的汉明距离。虽然为二或三的汉明距离原则上是可能的，但是基于对车辆所提出的安全性要求，汉明距离优选为四或至少为四。
根据改进方案，光学编码包括一个或多个透光区域和一个或多个不透光区域。尤其地，所述区域相应可以在编码位置的至少一个中利用传感器中的至少一个产生重叠。有利地，所述区域指的是编码元件的区域。
编码元件例如包括经印刷的基体、具有经激光切割的表面的基体或者经蚀刻的基体。因此能够达到100μm的分辨率。该基体例如是膜、板或盘。如果基体是膜的话，那么该膜优选固定在承载体上，例如安装在该承载基体上或夹紧在该承载基体上或被该承载基体完全环绕。承载基体例如可以是板、盘或框架。如果承载基体是框架，那么该框架可以例如通过注塑法优选完全包围该膜，由此能够将膜相对于异物或其它影响被可靠地保护起来。为此，承载基体优选由可被喷射的、含有塑料的材料组成。考虑到其它设计方案的可能性，基体和/或承载基体可以优选由玻璃、塑料或金属组成。基体和/或承载基体优选由透光材料组成。在该情况下，一个或多个不透光区域尤其构造在该基体处/上或中。替选地，基体和/或承载基体例如由不透光材料组成。在该情况下，一个或多个透光区域尤其构造在该基体或承载基体处或中。不透光区域例如可以通过利用不透光的颜料印制于透光体地构造而成。此外，透光区域可以通过在不透光体中的蚀刻或挖通地构造。另外优选地在考虑到制造公差的情况下，编码元件优选平坦地构造或基本上平坦地构造。在本发明的意义中，“基本上”的定义优选地还涵盖了具有细微的修改或改变的这些经修改的优选实施方式，换言之，与在没有该定义的情况下地进行详细说明的设计方案相比更具有可承受损害的作用。与优选地涵盖了在制造公差的范围内成形的实施方式的、被平坦地设计的编码元件相比，基本上平坦地构造的编码元件例如可以具有超过制造公差的凸起部和/或凹陷部，而不会影响编码元件的其功能性，亦即预先确定地让光束中的用于对与编码元件联接的换挡杆进行位置感测的所需的部分穿过。
根据改进方案，导光体包括多个进光面，其中，在承载件上设置有多个自发光的光源，使得光线穿过进光面地传导进导光体中。于是，这一点当光射出面基于导光体的空间尺寸和/或几何结构而没有被足量的光线流过时是尤其有意义的。光源尤其发射出具有同样波长的光线。
优选地，换挡杆与编码元件连接，优选机械连接。尤其地，编码元件与换挡杆携动连接。优选地，承载件与支架连接，优选固定地连接，尤其刚性地连接。换挡杆例如可移动地或可枢转地支承在支架上。尤其地，换挡杆可沿着一个或至少一个换挡槽运动至不同的换挡杆位置。如果设置有多个换挡槽，那么这些换挡槽优选通过选择槽彼此连接。
根据设计方案，传感器与评估装置电连接。有利的是，车辆变速器能借助评估装置驱控。尤其地，评估装置与车辆变速器联接。
附图说明
本发明随后借助优选的实施方式和参考附图来描述。在附图中：
图1示出根据实施方式的换挡杆机构的示意图；
图2示出从图1中看到的换挡杆位置检测装置的截面图；
图3示出换挡杆位置检测装置沿着从图2中看到的切线B-B的截面图；
图4示出根据另一实施方式的换挡杆位置检测装置的示意性的截面图；和
图5示出换挡杆位置P中的编码板的俯视图。
具体实施方式
从图1中看到根据实施方式的换挡杆机构1，其中，换挡杆2可围绕换挡轴线3枢转地支承在支架4上，支架固定地装配在包括车辆变速器6的车辆5中。换挡杆2可以围绕换挡轴线3枢转至预定的换挡杆位置P、R、N和D中。在支架4上设置有换挡杆位置检测装置7，借助该换挡杆位置检测装置能检测出换挡杆2的当前的换挡杆位置。换挡杆位置检测装置7具有传感器系统8，并且换挡杆位置检测装置与评估装置9电连接，评估装置又与变速器6的变速器控制器10电连接。此外，还设置有锁定机构，其包括设置在支架4上的锁定轨道11和设置在换挡杆2上的锁定元件12，锁定元件借助锁定元件弹簧13相对于锁定轨道11张紧。在换挡杆2的自由端部上设置有换挡把手14，其可以被握住以用于手动操作换挡杆2。
变速器6是自动变速器，从而使驻车位置配属于换挡杆位置P，在该驻车位置中操作车辆5的至少一个制动器。变速器6的倒挡配属于换挡杆位置R，并且变速器6的空挡配属于换挡杆位置N。换挡杆位置D设置用于车辆的正常的前进行驶运行，从而使变速器6的多个前进挡配属于换挡杆位置D。
从图2中看到换挡杆位置检测装置7的截面图，其中，传感器系统8包括布置在电路板15上的多个光学传感器28、29和30。此外，两个发光二极管16和17布置在电路板15上，发光二极管将光线18传导进导光体19中，导光体固定在电路板15上。光线18穿过进光面20地传导进导光体19中，在该导光体中经由倒棱的或者斜切的角区域33地变向，并且穿过光射出面21从导光体19发送出去。导光体19包括向着电路板15而去地开放并且被该电路板遮盖的内腔22。此外，光射出面21通过导光体19的限定内腔22的并且与电路板15相对置的表面形成，从而使布置在内腔22中的传感器28、29和30也与光射出面21相对置。在替选的、未示出的实施例中，传感器28、29和30布置在电路板15下方，换言之，布置在电路板15的背对导光体19的侧上。在此，电路板15至少在传感器28、29、30的布置区域中透光地设置。
传导进导光体19中的光线18穿过光射出面21地朝传感器28、29和30的方向发送至内腔22中。此外，在光射出面21与传感器28、29和30之间，在内腔22中布置有编码板23，其能移动地支承在导光体19上，导光体为此具有支承部24。
从图3中看到换挡杆检测装置7沿着由图2看到的切线B-B的截面图，其中，编码板23的位置示意性地通过划成虚线的轮廓线示出。与换挡杆2机械联接的编码板23可以通过围绕换挡轴线3枢转换挡杆2地沿着直线25运动。根据该实施方式，编码板23尤其具有唯一的平动自由度。
图4示出了根据另一优选的实施方式的换挡杆位置检测装置7’的示意性的截面图。在此，相同的附图标记指的是具有相同作用的构件，其中，配设有撇号的附图标记表示相应的经修改的构件。换挡杆位置检测装置7’与图2和图3示出的换挡杆位置检测装置7的不同之处仅在于发光二极管16’、17’和导光体19’的设计方案的布置形式。详细地，发光二极管16’、17’在侧地布置在导光体19’上，并且延伸过整个进光面20’。图4示出的左发光二极管16’直接贴靠在所配属的进光面20’上，而另外的发光二极管17’以位于中间的间隙34地对着所配属的进光面20’布置。该描述对于涉及到优选的实施例的发光二极管20、20’的布置方案可形性来说是示例性的。如图2所示，替选地，两个发光二极管20’可以直接贴靠在相应的所配属的进光面20’上，或者此外替选地，可以与相应配属的进光面20’，以位于中间的间隙34间隔开。此外，并不强制性地要求相应的发光二极管20’完全延伸过导光体19’的相应的侧。发光二极管20’的大小可以满足需要地匹配于用于对与编码板23联接的换挡杆2的位置识别所需的光强。因此例如，一个或至多所有的发光二极管20’可以构造成小于导光体19’的、包括至少一个进光面20、20’的、相应配属的表面。
借助图4示出的优选的实施方式可以提供有沿布置方向地从电路板15经过传感器28、29、30和编码板23延伸到导光体19’的、更紧凑的换挡杆位置检测装置7’。
从图5中看到了编码板23的示意性的俯视图，其包括多个透光区域26和多个不透光区域27。根据图3，将换挡杆2调整到换挡杆位置P中，其中，传感器28和29被不透光区域27各一个遮盖，并且因此不能接收光线。相反地，传感器30通过透光区域26之一接收光线。如果传感器的未被照射状态用“0”标记，而传感器的被照射状态用“1”标记，那么可以以状态{001}的这种顺序配属于传感器28、29和30。如果换挡杆2从换挡杆位置P沿箭头31的方向变为换挡杆位置R，那么该换挡杆与编码板23携动，这是因为该编码板经由机械联接节段32与换挡杆2携动连接。在换挡杆位置R中，以状态{100}的这种顺序配属于传感器28、29和30。区域26和27因此形成编码板23的光学编码，其中，两个换挡杆位置P与R之间的汉明距离等于二。利用等于二的汉明距离恰好可以识别出其中一个传感器停止工作。但是优选地，汉明距离为四或者至少为四，从而也可识别出两个传感器停止工作。此外，当仅其中一个传感器停止工作时可以对错误进行修正。用于检查一个或多个传感器的可能性也在于，切断在此包括发光二极管16和17的光源。在该情况下，与透光区域26之一产生重叠的传感器或传感器中的每一个必定转变成状态“0”。图3示出的换挡杆位置检测装置7的已进行描述的功能相应地适用于图4示出的其它优选的换挡杆位置检测装置7’。
检查传感器28、29、30之一的功能性也可以借助脉冲式地激励发光二极管16、17来进行。相应配属的传感器28、29、30在此将占据相应于发光二极管16、17的相应的脉冲状态的状态。此外，可以从不同状态的计算出的差值中确定传感器28、29、30是否被激活或解除激活。在此，计算出的差值允许考虑到传感器28、29、30的暗电流部分。通常，暗电流出现在使用内光电效应的结构元件中。此外，借助计算出的差值可以依赖于发光二极管的状态地实现电感测。
附图标记列表
1 换挡杆机构
2 换挡杆
3 换挡轴线
4 支架
5 车辆
6 车辆变速器
7、7’ 换挡杆位置检测装置
8 传感器系统
9 评估装置
10 变速器控制器
11 锁定轨道
12 锁定元件
13 弹簧
14 换挡把手
15 电路板
16、16’ 发光二极管
17、17’ 发光二极管
18 光线
19、19’ 导光体
20、20’ 导光体的进光面
21 导光体的光射出面
22 导光体的内腔
23 编码板
24 支承部
25 直线
26 透光区域
27 不透光区域
28 光学传感器
29 光学传感器
30 光学传感器
31 箭头
32 联接元件
33 角区域
34 间隙

Claims (10)

1.用于操作车辆变速器的换挡杆机构，其具有支架(4)、能运动地支承在所述支架(4)上的并且能调整到预定的换挡杆位置(P、R、N、D)中的换挡杆(2)和光学换挡杆位置检测装置(7；7’)，所述换挡杆位置检测装置具有承载件(15)、多个设置在所述承载件(15)上的光学传感器(28、29、30)、光学变向元件、至少一个设置在所述承载件(15)上的自发光的光源(16、17；16’；17’)，借助所述光源能使光线(18)经由所述变向元件发送至所述传感器(28、29、30)，换挡杆位置检测装置还具有布置到所述光线(18)的光路中的并且配设有光学编码的编码元件(23)，所述编码元件能通过所述换挡杆(2)的运动而运动至预定的编码位置，其特征在于，所述编码元件(23)布置在所述传感器(28、29、30)与设置在所述承载件(15)上的并且构造为导光体(19；19’)的所述变向元件之间，并且所述导光体(19；19’)包括向着所述承载件(15)开放的内腔(22)，所述内腔由所述承载件(15)遮盖，其中，所述编码元件(23)和所述传感器(28、29、30)均布置在所述内腔(22)中。
2.根据权利要求1所述的换挡杆机构，其特征在于，所述导光体(19；19’)具有光射出面(21)和至少一个进光面(20；20’)，所述自发光的光源(16、17；16’；17’)使所述光线(18)穿过所述进光面地传导进所述导光体(19；19’)中，所述导光体改变已导入的所述光线(18)的方向，并且穿过所述光射出面(21)地朝所述编码元件(23)的方向发送出去，所述编码元件布置在所述光射出面(21)与所述传感器(28、29、30)之间。
3.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述编码元件(23)能相对于所述传感器(28、29、30)地沿着直线(25)运动至编码位置或所述编码位置中的多个。
4.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述编码元件(23)具有一个或两个平动自由度。
5.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述编码元件(23)能移动地支承在所述导光体(19；19’)上。
6.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述光学编码包括多个透光区域(26)和多个不透光区域(27)，其中，所述区域(26、27)中的每一个都能在所述编码位置的至少一个中与所述传感器(28、29、30)中的至少一个产生重叠。
7.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，两个相邻的所述编码位置之间的编码具有至少为四的汉明距离。
8.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述换挡杆(2)与所述编码元件(23)连接，并且所述支架(4)与所述承载件(15)连接。
9.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述传感器(28、29、30)与评估装置(9)电连接，借助所述评估装置能驱控车辆变速器(6)。
10.根据权利要求1或2所述的换挡杆机构，其特征在于，所述自发光的光源(16、17；16’；17’)能脉冲式地驱控。
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