CN1065524A - 自动变速器的数字位置传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种检测自动变速器齿轮挡位的传感器系统，它 位于变速箱内一个止动盘附近，该系统包括一个能够 产生一个磁场，位于止动盘上或其附近的编码器，和 至少一个例如霍尔效应传感器其位置与编码器相对 的传感器。编码器是一个具有至少一个编好的代码 道在其上的磁带，其中传感器与编好的代码道并置， 从而产生一个代表编码器装置的位置及其相应挡位 的数字信号。

Description

本发明一般地涉及检测自动变速器内止动盘或手动档位选择阀的位置的传感器。本发明特别提供了一种传感器，它能检测磁场和改变并发出一个数字电信号，指明车辆操纵者已选定的变速器档次。

为了将自动变速器接入某一具体的档位，即：停车（P），反向（R），空档（N），高速（D或4）和低速（1，2和3），需要将手动档位选择阀移至适当位置，使液压导至适当的变速零件。同样地，当在（P）档位时，停车杆必须置于接合位置。手动档位选择阀和停车杆通过变速箱内的一个止动盘与变速杆（位于座仓内）连接。根据所选档位提供电信号的常规档位选择开关连接于这个机构并位于变速箱之外。

用传统的档位选择开关，可以靠滑动触点产生电信号。当一个杆件转动时，电触点沿一个独特设计的垫滑动以产生电信号。这些电信号可用在变速控制规则系统中并可和电子变速显示器一起使用。

这种外部的机械类型的开关其普遍存在的某些问题是：（1）安装时需要进行位置调整;（2）许多有关零件误差的积累导致精度差（即，开关的输出可能指示出一个并未选择的档位）;（3）需要相对于外部环境密封;和（4）这些机械开关的滑动触点易于腐蚀和磨损，从而导致电接触性能差。

曾有建议用磁场传感器替换常规的档位选择开关，来指示自动变速器的档位。这种传感器当带有图样或突出形的代码载片移过一个磁场时能检测出所产生的二进制控制信号。但是，这种建议的磁场装置涉及位于变速箱外的传感器，并且所指示的是变速杆的位置而非变速器本身的档位。因此，这种装置解决很少上述外部机械式开关所列出的问题。

以上说明了用现有传感器检测自动变速器的档位所存在的局限性。因此，很明显，提供一种能克服上述问题中的一个或更多的替换装置将是十分有利的。据此，本发明提供了一种合适的替换装置，其特点在下面作充分的公开。

本发明是通过提供一筱在自动变速器上检测档位的传感器系统而实现的。传感器系统置于变速箱内一个止动盘附近。该传感器系统包括有一个编码装置，安置于止动盘上或其附近，能够发生一个磁场，还有一个传感器其位置与编码装置相对。

在本发明的一个最佳实施例中，编码装置是一个至少有一个二进制代码道编码于其上的磁带，传感装置是一个与代码道并列的霍尔效应的或别的磁场传感器，从而它能产生一个代表编码装置和相应齿轮档位的位置的数字信号。

从以下结合附图对本发明的详细描述可以对本发明的上述和其他方面更加清楚。

图1是一个根据本发明一个实施例具有三代码道二进制编码器在其上的自动变速器止动盘的简图;

图2是一个表示根据图1实施例每个档位的传感器输出的表格;

图3是一个根据图1实施例的止动盘和一个传感装置位于其上的简图;

图3A是沿图3中A-A线的剖视图;

图4是一系列描述图1实施例的编码器上的代码道所产生的波形的曲线图;

图5是本发明另一个实施例的简图，其中传感器安装组件与止动盘轴以及一个导板连接;

图5A是图5止动盘和编码器安装组件的简图;

图5B是沿图5A中B-B线和部分传感器安装组件一起的剖视图;

图6是本发明第三个实施例的分解图，其中一个直线移动编码器和一个传感器安置在止动盘附近;

图7是与图1实施例相似的本发明一个实施例的较详图，其中传感器壳与止动盘轴和自动变速器中的止动盘弹簧滚子相连接;

图7A是图7传感器系统的侧视图;而

图7B是沿图7A中沿B-B线的剖视图。

图1表示一个具有许多相应于各档位（1，2，3，4，N，R和P）的缺口的自动变速器止动盘11。止动盘11位于变速箱内，通常是一块钢板，固在一个由箱外带动旋转的轴上。弹簧加载与缺口的接合使变速器的齿轮保持定位。一个延伸位（X）为“反向”和“停车”档位之间的转换提供额外的阻力。

图3描述了一个本发明的最佳实施例，其中三个分离的霍尔效应传感器1，2，3的位置直接与一个具有三个分开的二进制码代码道5，6，7的二进制码编码器（如磁极板）4相对。霍尔效应传感器1，2，3和编码器4产生与止动盘上的缺口位置和齿轮档位相应的区别性的输出信号。含有霍尔效应传感器1，2，3和传感器安装组件8装在止动盘轴9和止动盘弹簧10之间。编码器4贴在止动盘11上，其位置直接在传感器安装组件8之下。当止动盘11前后转动（如当操纵者选择一个档位时），编码器4使各霍尔效应传感器1，2，3开通或关闭，产生对应于各档位的区别性的输出信号。

在霍尔效应传感器1，2，3和编码器4之间保持一个特定的空气隙是很重要的。图3A表示一个用非磁性材料（如聚醚亚酰胺）做成的具有一个或一个以上导轨13和14的编码器安装组件12可以相对于传感器安装组件8运动。编码器安装组件12设计成在霍尔效应传感器和编码器之间保持一个预定的空气隙，而当齿轮档位改变时允许编码器相对于传感器安装组件作径向运动。图3A还表示出代码道5，6，7直接在它们相应的霍尔效应传感器3，2，1之下与其对正，以保证档位变化的适当检测。编码器安装组件12用任何机械方法如铆接或热铆固定在止动盘11上。

图2和4描述了霍尔效应传感器横过图1编码器的三个代码道时所检测出的二进制代码信号。编码器4已被磁化成带有多个南北极段，北极段呈黑色，南极段呈白色。每个档位（1234NRP）由每个代码道5，6，7各选取一个磁极段标示。例如，档位（1）由每个代码道5，6，7中的南极段表示，而档位（N）则由代码道7的北极段，代码道6的北极段，和代码道5的南极段表示。北极段使盖于其上的霍尔效应传感器“接通”（用“1”表示）而南极段则使其“关闭”（用“0”表示）。

图4中的曲线图表示编码器4横过传感器时各个传感器1，2，3的输出电压。例如，代码道7，它包括4个南极段跟着有4个北极段，产生一个直线形电压信号接着有一个相同长度的脉冲。代码道6，它包括2个南极段，4个北极段和另外2个南极段，产生一个直线形电压信号，接着一个长度为前一直线双倍的脉冲，再跟着一个短直线信号。代码道5，它包括1个南极段，2个北极段，2个南极段，2个北极段和1个南极段，产生一个电压信号，它具有一个直线，一个脉冲，一个直线，一个脉冲和一个直线。

图4所描述的二进制代码信号直接对应于霍尔效应传感器1，2，3的输出。这些信号可以如此重现，即两个特定的代码字之间有次序的转换只能在一个方向产生。例如，参照图2，从代码字011到代码字010的转换只有当止动盘11从档位3移至档位4时才能产生。相反地，从代码字010到代码字011的转换则只有当止动盘11从档位4移至档位3时才能产生。因此，控制模式将会由于代码字出现的次序而知道传感器移动的方向。该二进制代码最好为格雷码，从一个位置改变到相邻位置时只改变代码的三个数字中的一个。

编码器的形状做成每个档位使三个霍尔效应传感器开或关如图2所示的独特样式。可以看出，用了格雷码于这个电输出。当从一个档位移至另一档位，一个而且只有一个霍尔效应传感器开关起作用。如果零，2或所有3个传感器开关起作用，车辆的系统电脑就会检测出发生了错误。

另一个实施例表示于图5-5B，其中一个相似于传感器安装组件8的传感器安装组件20附在止动盘轴21上。传感器安装组件20铆在或用螺丝固定在变速器的导板22上而不在止动盘弹簧上。止动盘23和一个编码器27相对于传感器安装组件20转动。

如图5B所示，传感器安装组件20包括一个导槽或导钩24，它与编码器安装组件26的导唇25相配合以保持在霍尔效应传感器和编码器27之间有一个预定的空气隙。编码器安装组件26在图5B中清楚示出，其中编码器27包在B个具有导唇25在其一端的聚醚亚酰胺壳体29中。编码器26有一个径向构形允许它绕固定的传感器安装组件转动，从而霍尔效应传感器可以获得与档位改变相应的每个二进制代码的精确读数。编码器安装组件26可以用本领域技术人员所知的任何方法贴附于止动盘23上。

本发明的又一个实施例如图6-6A所示，其中一个编码磁铁或编码器36相对于传感器37作直线移动，而非径向移动。在这个结构中，编码器壳体44和止动盘40通过一个具有一个钩47和一个夹子48的L形杆41与换档筒轴42连接。编码器壳44通过燕尾槽35或其他装置安装在传感器安装组件45上。传感器安装组件45枢轴地安装于点43并包括一个动力源接头46和传感器49。编码器壳44有一个用于引导杆41的导槽39，并能够相对于传感器安装组件45作线性运动以便对各种档位进行检测。也就是，当转动止动盘40以便通过筒轴42换档，编码器壳44便相对于传感器安装组件45移动一个相应的直线距离。在编码器壳44或传感器安装组件45上可装有导向垫38以利相对于止动盘40滑动。

最好在一个全弧形磁铁上编上和图1图形相同的二进制代码。由于非常希望将编码器做成尽可能紧凑，末尾的代码应为000而外侧角上亦应为0。所编的代码道亦可压缩以有效地满足传感器系统空间紧凑的要求。可以将编码器用本领域技术人员所知的任何方法编上二进制代码，如物理磁场，磁写，和形状场磁化技术。

编码器的形状做成这样，即当编码器相对于霍尔效应传感器移动时，霍尔效应传感器能产生指明编码器位置的数字代码。编码器的形状还应顾及，在作径向移动的场合，霍尔效应传感器能对正与特定档位相应的代码道的段。

这可能要求从一个代码道变到下一代码道时其段的尺寸要改变。

本发明的又一个最佳实施例见于图7-7B，其中图7表示了位于自动变速器54内的一个止动盘50，一个传感器安装组件51，和一个编码器安装组件52。编码器安装组件52贴附在止动盘50上，使其代码道段直接相应于变速器的档位。传感器安装组件51的一端设计成咬住止动盘轴55并由其引导，其另一端有两个指状部分56和57跨在止动盘弹簧58的滚柱上。由于止动盘轴55是固定的，而止动盘弹簧58并不绕止动盘轴55转动，传感器安装组件51保持不动。为了提供适当精确度的电输出故要求这样。

图7A表示出传感器安装组件51的指状部分56和57如何跨在止动盘弹簧58的滚柱60上。当止动盘50在换档时被换档筒轴59带动，止动盘弹簧58在滚柱60横过止动盘50的棘齿时在止动盘上移出移进。传感器安装组件51设计成滚柱60在横过止动盘50的棘齿时能在指状部56和57间作直线运动而不干扰传感器安装组件51的固定位置。

图7B的剖视图示出了传感器安装组件51的底部有一个导钩，它与编码器安装组件52的导唇接合。这个导唇阻止传感器安装组件51从止动盘50上提起，从而在霍尔效应传感器和编码器表面之间提供了一个预定的和恒定的空气隙。这个空气隙和滚柱60以及止动盘轴一起，允许传感器安装组件51紧靠编码器安装。编码器安装组件52通过将配合脚62，64插入止动板上预先冲好的孔中并加以铆固或用其他常规的紧固方法使之相对于止动盘保持固定。编码器安装组件52包括一个包装在一个非导磁性的聚醚亚酰胺壳体内的编码器。

这种系统的装配和拆卸都是很容易进行的。先将编码器安装组件铆接定位在止动盘表面上，然后将止动盘安装成正常的样子。在径向结构中，传感器安装组件铆装在变速器内的止动盘轴上。这是通过将传感器安装组件沿着停车机构和编码器安装组件之间的止动盘表面滑动而实现的。将传感器安装组件转过编码器安装组件，与它们之间的引导唇或编码器导向装置接合。为了转动传感器安装组件，必须将止动盘弹簧拉回，以便让传感器安装壳体的指状部分将滚柱移离止动盘弹簧。这种结构允许编码器安装组件相对于传感器安装组件转动并在它与传感器安装组件之间保持一个预定的空气隙。

也可以将传感器安装组件贴附在止动盘轴和变速器的导板之间以保持其相对于编码器安装组件的固定位置。

在直线运动结构中，一个直线运动的编码器机械地连接于导板的运动筒轴和止动板，从而编码器在换档时只能相对于传感器作直线运动。

传感器系统的拆卸象其安装一样简单，即使对于装在车辆上的变速器也是一样。

将变速器的盖打开，传感器系统就可以清楚看见。在径向运动结构中，可以将止动盘弹簧径向外拉，让传感器安装组件作反时针转动直至它接触停车（P）档位。然后可将传感器安装组件简单地从止动盘轴上松开并取下。如果需要，再将编码器安装组件从止动盘上松开取下。

Claims (17)

1、一种检测自动变速器齿轮挡位的传感器系统，上述自动变速器具有一个位于变速箱内的止动盘，传感器系统的特征在于，

有一个编码器固定在止动盘上，编码器具有一个带有至少一个二进制代码道的磁性元件；至少一个传感器其位置与上述编码器相对，用于检测挡位的改变，传感器是一个磁场传感器，它产生一个代表编码器位置的数字信号，从而指示出变速器的挡位，传感器装在一个传感器安装组件上；编码器和传感器都位于变速箱内。

2、根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，传感器安装组件还包括一个引导传感器安装组件的导向件，从而在编码器和传感器之间保持一个预定的距离。

3、根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，传感器安装组件可滑动地与编码器或止动盘连结。

4、根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，止动盘具有一个轴，而传感器安装组件连接于该轴。

5、根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，止动盘有一个轴并靠一个保持弹簧保持在一个特定的挡位，传感器安装组件连接于该轴并且可滑动地连接于该保持弹簧。

6、根据权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，止动盘有一个轴，传感器安装组件连接于止动盘轴和连接于自动变速器的固定部分。

7、一种检测自动变速器齿轮挡位的传感器系统，上述自动变速器具有一个位于变速箱内的止动盘，传感器系统的特征在于：

有一个编码器固定在止动盘上，编码器具有一个带有至少一个二进制代码道的磁性元件;至少一个传感器其位置与上述编码器相对，用于检测挡位的改变，传感器是一个磁场传感器，它产生一个代表编码器位置的数字信号，从而指示出变速器的挡位;还有一个传感器安装组件用于安装传感器，传感器安装组件可滑动地与编码器或止动盘连结;编码器相对于传感器作径向运动;编码器和传感器都位于变速箱内。

8、根据权利要求7所述的传感器系统，其特征在于，止动盘具有一个轴，而传感器安装组件连接于该轴。

9、根据权利要求7所述的传感器系统，其特征在于，止动盘有一个轴并靠一个保持弹簧保持在一个特定的挡位，传感器安装组件连接于该轴并且可滑动地连接于该保持弹簧。

10、根据权利要求7所述的传感器系统，其特征在于，止动盘有一个轴，传感器安装组件连接于该轴和连接于自动变速器的固定部分。

11、一种检测自动变速器齿轮挡位的传感器系统，上述自动变速器具有一个位于变速箱内的止动盘，传感器系统的特征在于，

有一个编码器固定在止动盘上，编码器具有一个带有至少一个二进制代码道的磁性元件;至少一个传感器其位置与上述编码器相对，用于检测挡位的改变，传感器是一个磁场传感器，它产生一个代表编码器位置的数字信号，从而指示出变速器的挡位，传感器装在一个传感器安装组件上;编码器和传感器都位于变速箱内;编码器和传感器相对作直线运动。

12、根据权利要求11所述的传感器系统，其特征在于，传感器和编码器可滑动地互相连结。

13、根据权利要求11所述的传感器系统，其特征在于，编码器包括一个引导传感器的传感器导向件，从而在编码器和传感器之间保持一个预定的距离。

14、根据权利要求11所述的传感器系统，其特征在于，传感器安装组件枢轴式地安装在自动变速器上。

15、一种检测自动变速器齿轮挡位的传感器系统，上述自动变速器具有一个位于变速箱内的止动盘，传感器系统的特征在于，

有一个编码器固定在止动盘上，编码器具有一个带有至少一个二进制代码道的磁性元件;至少一个传感器其位置与上述编码器相对，用于检测挡位的改变，传感器是一个磁场传感器，它产生一个代表编码器位置的数字信号，从而指示出变速器的挡位;编码器和传感器都位于变速箱内;编码器和传感器相对作直线运动;传感器和编码器可滑动地互相连结。

16、根据权利要求15所述的传感器系统，其特征在于，编码器包括一个引导传感器的传感器导向件，从而在编码器和传感器之间保持一个预定的距离。

17、根据权利要求15所述的传感器系统，其特征在于，具有一个安装编码器的编码器安装组件，编码器安装组件连接于换挡筒轴连接杆和止动盘，编码器安装组件在其中有一个槽用于容许相对于换挡筒轴连接杆的运动。

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