CN108369114A - 用于换挡杆的位置检测设备和挡位选择设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆的换挡杆(100)的位置检测设备(102)，其中，位置检测设备(102)具有发光段(306)，这个发光段由光源、光导体(106)和光传感器构成，其中，发光段构造用于将来自光源的光依据换挡杆(100)的位置引导至光传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的换挡杆的位置检测设备和挡位选择设备。
背景技术
在车辆的换挡杆中，可以在使用霍尔传感器的情况下完成位置检测，霍尔传感器检测换挡杆的永磁体的磁场。
发明内容
在这个背景下，本发明根据独立权利要求提供了一种用于换挡杆的更好的位置检测设备和一种用于车辆的更好的挡位选择设备。有利的设计方案由从属权利要求和随后的描述中得出。
介绍了一种用于车辆的换挡杆的位置检测设备，其中，位置检测设备具有发光段，这个发光段由光源、光导体和光传感器构成，其中，发光段构造用于将来自光源的光依据换挡杆的位置引导给光传感器。
换挡杆可以理解为用于选择车辆传动机构的变速级的换挡杆。光源例如可以是光发射二极管。光传感器例如可以是光电晶体管。光导体可以是基本上透明的。耦入的光可以在光导体中通过全反射在光导体内被引导。通过无光泽的表面可以使得来自光导体的光退耦。发光段可以由于换挡杆的位置变化具有光学变化。
在在此介绍的方案中，光，尤其是红外光用于识别换挡杆的位置。光可以在狭窄的空间内具有大的强度波动，由此可以实现各个位置之间的清晰的界限。光学位置检测能够有利地在不触碰的情况下实施。基于光的位置检测相对于反映电信号中的磁场强度的霍尔传感器提供了优点。因为磁场与相对永磁体的距离有关，所以信号具有递进式的变化过程。为了识别出位置，因此执行极限值区分。这在基于光的位置检测中没有必要。
光导体可以布置成能够与光源和光传感器相对运动。以这种方式，光导体可以响应于换挡杆的运动地实施与光源和光传感器的相对运动。一般而言，发光段的至少其中一个元件可以布置成相对于发光段的其他两个元件可运动。发光段的至少其中一个元件可以与换挡杆耦联，从而完成在换挡杆运动时的相对运动。
位置检测设备可以具有至少一个由光源、光导体和光传感器构成的另外的发光段，其中，另外的发光段构造用于将来自光源的光依据换挡杆的位置引导至光传感器。这些发光段的电信号可以具有能够明确地配属于每个位置的信号模式。通过第二发光段可以完成对这个位置的明确的配属。
另外的发光段可以包括和该发光段一样的光源或者一样的光传感器。通过重复利用可以减小位置检测设备的系统复杂度。
光导体可以布置在光源和光传感器之间。光导体可以与换挡杆机械地耦联。由此使得位置检测设备的电组件是相对壳体固定的。因此可以省去柔软的电连接。
光导体在发光段的区域内可以具有带有第一透射特性的第一透射区域和至少一个带有第二透射特性的第二透射区域。在换挡杆的第一位置中，第一透射区域可以布置在光源和光传感器之间。在换挡杆的第二位置中，第二透射区域可以布置在光源和光传感器之间。通过不同的光学特性，在第一位置中，光可以例如以高强度落到光传感器上，而在第二位置中以低强度落到光传感器上。由此能够明确地区分这些位置。
光导体在发光段的区域内可以具有带有第一透射特性的第三透射区域和带有第二透射特性的第四透射区域。在换挡杆的第三位置中，第三透射区域可以布置在光源和光传感器之间。在换挡杆的第四位置中，第四透射区域可以布置在光源和光传感器之间。通过多个透射区域可以区分大量信号模式。
第一透射区域、第二透射区域、第三透射区域和第四透射区域可以布置成四边形。通过四边形可以检测换挡杆的两个运动轴线。
光导体在发光段的区域内可以具有至少一个带有另一种透射特性的另外的透射区域。在换挡杆的另一位置中，另外的透射区域可以布置在光源和光传感器之间。另外的透射区域可以布置在第一透射区域和第二透射区域之间。通过三个不同的光学特性可以在每个发光段中可靠地识别出至少三个位置。
这些透射区域可以以矩阵的形式布置在光导体上。通过在行和列中的矩阵形式可以检测大量位置。
设备可以是电器件，它处理电信号，例如传感器信号，并且依据它们输出控制信号。设备可以具有一个或者多个合适的接口，这些接口可以按照硬件和/或按照软件构造。在按照硬件的构造方案中，这些接口例如可以是集成电路的一部分，在集成电路中实现设备的功能。这些接口也可以是专用集成电路，或者至少部分地由离散的结构元件构成。在按照软件的构造方案中，接口可以是软件模块，其例如在微控制器上，在其他的软件模块旁存在。
用于车辆的挡位选择设备根据实施方式具有换挡杆和提到的与换挡杆耦联的位置检测设备。在使用位置检测设备的情况下，可以识别出换挡杆的位置。
附图说明
借助附图示例性地详尽地阐述了本发明。其中：
图1示出了根据本发明的实施例的具有位置检测设备的换挡杆的图示；
图2示出了根据本发明的实施例的与换挡杆机械耦联的光导体的图示；
图3示出了根据本发明的实施例的电路的图示；
图4示出了根据本发明的实施例的位置检测设备的图示；以及
图5示出了根据本发明的实施例的不同的可检测的位置的矩阵图。
在下面对本发明的优选实施例的描述中，为在不同的图中所示的和作用类似的元件使用相同的或者类似的附图标记，其中，没有对这些元件进行重复描述。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的具有位置检测设备102的换挡杆100的图示。换挡杆100是用于车辆的挡位选择设备104的构成部分。换挡杆100经由球窝关节可沿两个轴线运动地支承在挡位选择设备104中。位置检测设备102是挡位选择设备104的构成部分。位置检测设备102构造用于将换挡杆100的运动反映到电信号中。为此，位置检测设备102具有发光段，这个发光段从光源穿过光导体106延伸到光传感器。光源和光传感器相对于光导体106可运动地实施。在所示实施例中，光导体106可沿两个轴线运动地支承在挡位选择设备104的壳体108中。光导体106机械地与换挡杆100耦联，从而使换挡杆100的运动传递给光导体106。光源和光传感器是与挡位选择设备104的壳体108相连的电路110的构成部分。
光导体106在这里实施为透明的、片式的、由塑料，例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成的构件，这个构件具有缺口112作为用于换挡杆100的容纳部。光导体106具有光学编码系统，这个光学编码系统构造用于依据光导体106与电路110的相对位置将光从光源导向光传感器。
换句话说，光导体106具有与位置相关的透射特征。光传感器由此接收与位置相关的光强度。光强度被检测到，并且因此反映出光导体106和与光导体106耦联的换挡杆100的位置。
图2示出了根据本发明的实施例的与换挡杆100机械地耦联的光导体106的图示。换挡杆100和光导体106基本上相应于在图1中所示的构件。与图1不同地，为了不遮盖住光导体106，在此未示出电路。光导体106在表面上具有几个区域200、202、204，它们具有不同的透射特性。例如，这些区域200、202、204具有不同的透光性、不同的折射率和/或不同的结构。依据光导体106的位置，这些区域200、202、204布置在发光段中。
在第一区域200中，光导体106是明亮地抛光的。在第二区域202中，光导体106具有切口或缺口。在第三区域204中，光导体106具有糙化的表面或腐蚀结构。
在实施例中，这些区域200、202、204布置成两个分组206、208。第一分组206在此配属于第一发光段。第二分组208配属于第二发光段。区域200、202、204不同地布置在这些分组206、208中。由此，在第一发光段和第二发光段中，在光导体106的位置相同的情况下引起光穿过光导体106的不同的透射。
图3示出了根据本发明的实施例的位置检测设备102的电路110的图示。电路110基本上相应于在图1中所示的电路。电路110在此具有第一光源300、第二光源302和光传感器304。在此，第一光源300和光传感器304配属于第一发光段306。第二光源302和光传感器304配属于第二发光段308。发光段306、308因此具有不同的光源300、302和一个共同的光传感器304。在这里，光源300、302实施为红外线LED。
在实施例中，电路110具有第一光源300、第一光传感器、第二光源302和第二光传感器。在这里，第一光源和第一光传感器配属于第一发光段306。第二光源302和第二光传感器配属于第二发光段308。
电路110具有多极的接口310。接口310具有许多引脚，经由它们提供电信号，用以进行进一步的处理。
接下来借助图1至3介绍一种借助红外线进行光电挡位识别的实施例。
在当前的换挡系统中，利用永磁体和多个霍尔传感器作为磁性的位置传感器探测挂入的挡位，如P、R、N、D。
因为霍尔传感器对公差非常敏感，或者说具有窄的公差范围，所以在公差链较大时可能会出现明确识别出准确的挡位的问题。此外，基于软的磁体过渡只能实现低的分辨率。
根据在这里介绍的实施例，借助红外光完成对各个挡位的探测。红外光与可见光相比提供以下优点，即，传感器304对可能从外界进入到电路108中的干扰光不太敏感。
为了感测不同的挡位使用两个发射红外线的二极管(IRED红外线发射二极管)300、302和一个红外线(IR)传感器304。这些二极管300、302以不同的脉冲运行，从而使传感器304接收两种不同的信号。这些二极管300、302和传感器304可以如图3所示的那样定位在电路板110上。
借助光导体106可以将二极管300、302的信号引导到传感器304上。在这个光导体106上可以施加多个区域200、202、204，由此使得红外光以不同的方式被反射到传感器304上。示例性地，光导体106具有三种不同的反射几何形体200、202、204用于反射光。例如，光导体具有抛光的(光亮的)表面200。在特定的区域204上例如可以施加腐蚀结构，并且作为补充必要时可以整合有一些缺口202。依据这些反射几何形体200、202、204相对于二极管300、302的布置识别出2^3种不同的信号，这些信号可以配属于特定的挡位。
针对六个挡位，示例性地提出用于反射几何形体200、202、204的定位的几种变型方案。这些反射几何形体200、202、204的布置可以改变。也可以将其他的与之不同的反射几何形体200、202、204安置在光导体106上。
作为替选或者作为补充，例如可以将想要的空气夹杂或激光处理部(Laserungen)直接整合到光导体体积中，作为光导体106中的反射几何形体200、202、204。因此，光可以有目标地得到控制或者在特定的区域内被完全挡住。
根据实施例，棱镜或者有光学作用的元件在光导体106上成型，棱镜或者有光学作用的元件同样可以有目标地控制光。
这可以节约成本，这是因为各种轮廓能够直接在工具中实现。
图4示出了根据本发明的实施例的位置检测设备102的图示。位置检测设备102基本上相应于在图1中所示的位置检测设备。与在图2中所示的光导体不同地，光导体106在这里具有五个有不同的透射特性的区域200、202、204、400、402。这些具有空白表面、留空部和精细糙化的表面的区域200、202、204在此基本上相应于图2中的若干区域。在区域400中，表面通过腐蚀结构粗糙地结构化。在区域402中被高光地抛光或镜面化。这些区域200、202、204、400、402矩阵式地分组。这些不同的区域200、202、204、400、402在此可以以成行和/或成列的方式多倍地存在。
电路110在此与图3不同地具有第一光传感器404、第二光传感器406和一个共同的光源408。在这里，光源408和第一光传感器404配属于第一发光段。光源408和第二光传感器406配属于第二发光段。
光导体106在这里与电路110的电路板平行间隔开地布置。这些光传感器404、406如下地布置，即，使得在光导体106相对于电路110的每个相对位置中都得到一种特别的图案。接收到的图案在电路110中进行评估并且与存储的图案进行比较。通过比较使得所接收到的图案配属于该相对位置，并且该相对位置用一个位置信号反映出来。
为了生成多个信号，也可以施加不同的腐蚀结构。就光的反射而言，精细的和略微粗糙一些的腐蚀结构之间的区别使所接收到的信号发生变化。
在实施例中，二极管408和例如两个或多个二极管404、406或晶体管404、406可以用作接收器。利用二极管408，光持久地耦入到光导体106中，并且也像之前那样，在特定的区域200、202、204、400、402上通过腐蚀结构和/或留空部经由接收器404、406退耦，以便能够探测不同的换挡位置。基于两个接收器404、406可以省去脉冲节奏不同的二极管408，这就让构建更加简单。
图5示出了根据本发明的实施例的不同的可检测的位置的矩阵图。这些不同的位置借助在图1和2中示出的位置检测设备102示出。位置检测设备102构造用于分辨换挡杆的六个不同的位置。在此，第一光源300配属于第一分组206。第二光源302配属于第二分组208。
在换挡杆的第一位置中，换挡杆位于基础位置上。在此，换挡杆既没有沿第一轴线也没有沿第二轴线偏移。因此，与换挡杆机械耦联的光导体同样也既没有沿第一轴线也没有沿第二轴线偏移。在第一位置中，在第一光源300前方布置了第一分组206的糙化的区域。在第二光源302的前方布置了第二分组208的切口。
在第二位置中，换挡杆沿第一轴线朝着一个方向偏移并且没有沿第二轴线偏移。在此，在第一光源300的前方布置了第一分组206的空白区域，并且在第二光源302的前方布置了第二分组208的糙化的区域。
在第三位置中，换挡杆沿第一轴线朝反方向偏移并且没有沿第二轴线偏移。在此，在第一光源300的前方布置了第一分组206的糙化的区域，并且在第二光源302的前方布置了第二分组208的空白区域。
在第四位置中，换挡杆没有沿第一轴线偏移而是沿第二轴线侧向地偏移。在此，在第一光源300的前方布置了第一分组206的空白区域并且在第二光源302的前方布置了第二分组208的切口。
在第五位置中，换挡杆沿第一轴线在该方向上偏移并且沿第二轴线侧向地偏移。在此，在第一光源300的前方布置了第一分组206的切口，并且在第二光源302的前方布置了第二分组208的空白区域。
在第六位置中，换挡杆沿第一轴线朝反方向偏移并且沿第二轴线侧向地偏移。在此，在第一光源300和第二光源302的前方分别布置了一个糙化的区域。
如果实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”关系，那么可以理解为的是，该实施例按照一种实施方式不仅具有第一特征而且也具有第二特征，并且按照另一种实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
附图标记列表
100 换挡杆
102 位置检测设备
104 挡位选择设备
106 光导体
108 壳体
110 电路
112 缺口
200 第一区域
202 第二区域
204 第三区域
206 第一分组
208 第二分组
300 第一光源
302 第二光源
304 光传感器
306 第一发光段
308 第二发光段
310 接口
400 第四区域
402 第五区域
404 第一光传感器
406 第二光传感器
408 光源
Claims (12)
1.用于车辆的换挡杆(100)的位置检测设备(102)，其中，所述位置检测设备(102)具有发光段(306)，所述发光段由光源(300)、光导体(106)和光传感器(304)构成，其中，所述发光段(306)构造用于将来自光源(300)的光依据换挡杆(100)的位置引导至光传感器(304)。
2.根据权利要求1所述的位置检测设备(102)，其中，所述光导体(106)布置成能够与光源(300)和光传感器(304)相对运动。
3.根据以上权利要求中任一项所述的位置检测设备(102)，其具有至少一个由光源(302)、光导体(106)和光传感器(304)构成另外的发光段(308)，其中，所述另外的发光段(308)构造用于将来自光源(302)的光依据换挡杆(100)的位置引导至光传感器(304)。
4.根据权利要求3所述的位置检测设备(102)，其中，所述另外的发光段(308)包括和发光段(306)一样的光源(408)或者一样的光传感器(304)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的位置检测设备(102)，其中，所述光导体(106)布置在光源(300)和光传感器(304)之间，并且与换挡杆(100)机械地耦联。
6.根据以上权利要求中任一项所述的位置检测设备(102)，其中，所述光导体(106)在发光段(306、308)的区域内具有带有第一透射特性的第一透射区域(200)和至少一个带有第二透射特性的第二透射区域(202)，其中，在换挡杆(100)的第一位置中，所述第一透射区域(200)布置在光源(300)和光传感器(304)之间，并且在所述换挡杆(100)的第二位置中，所述第二透射区域(202)布置在光源(300)和光传感器(304)之间。
7.根据权利要求6所述的位置检测设备(102)，其中，所述光导体(106)在所述发光段(306、308)的区域内具有带有第一透射特性的第三透射区域(204)和带有第二透射特性的第四透射区域(400)，其中，在换挡杆(100)的第三位置中，所述第三透射区域(204)布置在光源(300)和光传感器(304)之间，并且在换挡杆(100)的第四位置中，所述第四透射区域(400)布置在光源(300)和光传感器(304)之间。
8.根据权利要求7所述的位置检测设备(102)，其中，所述第一透射区域(200)、第二透射区域(202)、第三透射区域(204)和第四透射区域(400)以四边形布置。
9.根据以上权利要求中任一项所述的位置检测设备(102)，其中，所述光导体(106)在发光段(306、308)的区域内具有至少一个带有另一种透射特性的另外的透射区域(402)，其中，在换挡杆(100)的另一位置中，所述另外的透射区域(402)布置在光源(300)和光传感器(304)之间。
10.根据权利要求9所述的位置检测设备(102)，其中，所述另外的透射区域(402)布置在第一透射区域(200)和第二透射区域(202)之间。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的位置检测设备(102)，其中，所述透射区域(200、202、204、400、402)以矩阵的形式布置在光导体(106)上。
12.用于车辆的挡位选择设备(104)，其中，所述挡位选择设备(104)具有换挡杆(100)和与所述换挡杆(100)耦联的根据以上权利要求中任一项所述的位置检测设备(102)。
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