DE102004052797A1

DE102004052797A1 - Vorrichtung zur Positionserfassung von Schaltgabeln und/oder Gangstellern eines Getriebes

Info

Publication number: DE102004052797A1
Application number: DE102004052797A
Authority: DE
Inventors: Bernd Cappelmann; Rainer Hofmann; Jörg Fähland; Christian Meyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG; Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-11-03
Also published as: DE102004052797B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung von mindestens einer Schaltgabel (1) und/oder von mindestens eines Gangstellers eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei zur Positionserfassung der Schaltgabel (1) und/oder des Gangstellers mindestens ein Magnetelement (2) und zwei Magnetfeldsensoren (3, 4) vorgesehen sind. DOLLAR A Entscheidende Vorteile sind dadurch erzielt, dass eine Auswertevorrichtung vorgesehen ist und dass das Magnetelement (2) und die Magnetfeldsensoren (3, 4) derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, so dass die aktuelle Positionierung der Schaltgabel (1) oder des Gangstellers durch Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale über den gesamten Verstellweg der Schaltgabel oder des Gangstellers ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung von Schaltgabeln und/oder Gangstellern eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht ( DE 42 08 888 A1 ) sind bei konventionellen Getrieben im allgemeinen zur Positionserfassung der Gangstellung magnetische Wegaufnehmer im Einsatz, vorzugsweise werden hier Dauermagnete in Kombination mit Magnetfeldsensoren verwendet. Sie basieren auf der positionsabhängigen Beeinflussung magnetischer Effekte in Verbindung mit geeigneten Sensoren. Beispielsweise ist aus der DE 42 08 888 A1 eine Anordnung bekannt, bei der an Schaltstangen („Schaltgabeln") jeweils ein Dauermagnet und am Gehäuse des Getriebes Magnetfeldsensoren angebracht sind, die in vorbestimmten Positionen der Schaltstangen auf deren Dauermagneten ansprechen. Das Ansprechen erfolgt aufgrund des Hall-Effektes, welcher auftritt, wenn in einem stromdurchflossenen Leiter Ladungsträger fließen. Auf diese wirkt in einem Magnetfeld die Lorentzkraft. Fließt der Strom senkrecht zum Magnetfeld, so werden Ladungsträder auf eine Seite des Leiters gedrängt und es entsteht eine Spannung zwischen dieser und der gegenüberliegenden Seite. Der Hall-Effekt wird bei sogenannten Hallsonden oder Hallsensoren zur Messung des Magnetfeldes ausgenutzt, indem die abgegebene Spannung gemessen wird. Für Hallsonden oder Hallsensoren werden Stoffe mit möglichst großer Hall-Konstante verwendet, wie zum Beispiel Bismut.

Die Ausbildung der im Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Positionserfassung von Schaltgabeln und/oder Gangstellern eines Getriebes, von dem die Erfindung ausgeht, ist noch nicht optimal ausgebildet. Die bekannte Vorrichtung erfasst die Positionen der Schaltstangen nur in vorbestimmten Positionen der jeweiligen Schaltstange und/oder des Gangstellers, nämlich erfasst nur, ob der Gang vollständig eingelegt oder vollständig ausgelegt ist. Die Positionen der Schaltstange außerhalb derjeweiligen Anfangs- und Endstellungen sind nicht bekannt und können nicht erfasst werden. Weiterhin sind externe Störungen so gering wie möglich zu halten. Aufgrund der Steigerung des Fahrkomforts und zur Optimierung von Schaltvorgängen, insbesondere in einem Automatikgetriebe, ist es notwendig, eine hohe Genauigkeit von den Positionen der Schaltstangen und/oder der Gangsteller zu realisieren und zusätzlich eventuell auftretende extern ausgelöste Störungen hinsichtlich der Meßtechnik zu verringern. Auch in diesem Punkt ist die bekannte Vorrichtung noch nicht optimal ausgebildet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung zur Positionserfassung von Schaltgabeln und/oder Gangstellern eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine aktuelle und exakte Positionserfassung von Schaltgabeln und/oder Gangstellern ermöglicht ist und der Einfluß externer Störungen verringert ist. Dadurch kann die Schaltqualität bzw. der Schaltvorgang hinsichtlich Komfort und Schaltbarkeit verbessert und der Fahrkomfort gesteigert werden.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun durch die Merkmale des Kennzeichnungsteiles des Patentanspruches 1 gelöst. Vzw. ist an einer Schaltgabel und/oder an einem Gangsteller ein Magnetelement, insbesondere eine Magnetplatte angeordnet. Vzw. ist ein erster Magnetfeldsensor und ein zweiter Magnetfeldsensor am Gehäuse des Getriebes dem Magnetelement im wesentlichen gegenüberliegend zugeordnet. Weiterhin ermittelt eine Auswertevorrichtung die exakte bzw. aktuelle Positionierung der Schaltgabel und/oder des Gangstellers durch Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale bzw. ermittelt die aktuelle Verschiebung/Bewegung der Schaltgabel oder des Gangstellers kontinuierlich über den gesamten Verstellweg. Durch den Einsatz des Magnetelementes, vzw. einer Magnetplatte mit mindestens einem ersten zugeordneten Magnetfeldsensor und mindestens einem zweiten zugeordneten Magnetfeldsensor und einer entsprechenden Auswertevorrichtung ist die exakte aktuelle Positionierung der Schaltgabel und/oder des Gangstellers durch Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale jederzeit ermittelbar. Anhand der optimierten Anordnung erfolgt zusätzlich eine Verringerung externer Störungen auf die verwendete Messtechnik, was im folgenden noch erläutert werden wird. Das hat zur Folge, das die Schaltqualität bzw. der Schaltvorgang im Getriebe hinsichtlich Komfort und Schaltbarkeit verbessert ist und der Fahrkomfort gesteigert werden kann. Im Ergebnis sind die entsprechenden bisherigen Nachteile vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.

Es gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten die Erfindung in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden soll jedoch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der folgenden Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:

1a eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Positionserfassung einer Schaltgabel und/oder eines Gangstellers eines Getriebes, sowie

1b eine beispielhafte Kennliniendarstellung der in 1a dargestellten Magnetfeldsensoren über den Verstellweg der Schaltgabel bzw. des Gagnstellers.

In 1a ist eine Vorrichtung zur Positionserfassung von Schaltgabeln und/oder von Gangstellern eines Getriebes schematisch dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform – wie hier in 1a dargestellt – erfasst die Vorrichtung die Position einer Schaltgabel 1, wobei die Schaltgabel 1 im weitesten Sinne auch als Schaltstange bezeichenbar ist.
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass eine Auswertevorrichtung vorgesehen ist und dass das Magnetelement und die Magnetfeldsensoren derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, so dass die aktuelle Positionierung der Schaltgabel oder des Gangstellers durch Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale über den gesamten Verstellweg der Schaltgabel oder des Gangstellers ermittelbar ist.
1a zeigt, dass an der Schaltgabel 1 ein Magnetelement 2 vzw. eine Magnetplatte 2a angeordnet ist und dass ein erster Magnetfeldsensor 3 und ein zweiter Magnetfeldsensor 4 am Gehäuse 5 des Getriebes angeordnet sind. Eine nicht dargestellte Auswertevorrichtung ermittelt die aktuelle Positionierung der Schaltgabel 1 durch Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale. Hierdurch ist eine exakte Positionserfassung und eine Verringerung externer Störungen auf die verwendete Meßtechnik realisiert. Dadurch ist die Schaltqualität bzw. der Schaltvorgang hinsichtlich Komfort und Schaltbarkeit deutlich verbessert und der Fahrkomfort gesteigert.
1a zeigt eine Ausführung der Vorrichtung zur Positionserfassung einer Schaltgabel 1 eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges. An der Schaltgabel 1, hier schematisch dargestellt ist ein Magnetelement 2, vzw. eine Magnetplatte 2a angeordnet. Der erste Magnetfeldsensor 3 ist oberhalb der Schaltgabel 1 leicht versetzt zu dem zweiten Magnetfeldsensor 4 innerhalb des Gehäuses 5 des Getriebes angeordnet. Die Auswertevorrichtung für die Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale zur exakten und vzw. kontinuierlichen Positionserfassung der Schaltgabel 1 ist nicht explizit dargestellt. Die nicht dargestellte Auswertevorrichtung ist vzw. auf elektrischer und/oder elektronischer Basis realisiert und weist einen Mikroprozessor auf, dem über die entsprechenden nicht dargestellten Signalleitungen die entsprechenden Sensorsignale des ersten und zweiten Magnetfeldsensors 3 und 4 zugeleitet werden.
Weiterhin zeigt die 1a das Magnetelement 2, hier die Magnetplatte 2a, mit einem Nordpol N und einem Südpol S, welche an der Schaltgabel 1 in einem bestimmten Abstand befestigt ist. Durch Positionsänderung des Magnetelementes 2 bzw. der Magnetplatte 2a kommt es zur entsprechenden Signalbildung bei den Magnetfeldsensoren 3 und 4. Das Magnetelement 2, hier die Magnetplatte 2a ist angeordnet an der Schaltgabel 1. Auch eine perfekte Anordnung des Magnetelementes 2 bzw. der Magnetfeldsensoren 3 und 4 ist denkbar, bspw. also die Anordnung des Magnetelementes 2 im Gehäuse 5 und der Magnetfeldsensoren 3 und 4 an der Schaltgabel 1.
Aufgrund der Bewegung der Schaltgabel 1 nach rechts bzw. links, hier angedeutet durch die Pfeile A und B verschiebt sich natürlich auch das Magnetelement 2, so dass die Magnetfeldsensoren 3 und 4 aufgrund der Änderungen des Mangetfeldes entsprechende Sensorsignale an die Auswertevorrichtung weiterleiten können.
Hier sind der erste und der zweite Magnetfeldsensor 3 und 4 als Hallsensoren 3a und 4a ausgebildet, wobei der erste und der zweite Hallsensor 3a und 4a eine Anordnung aufweisen, so dass sich beim Verfahren der Schaltgabel 1 in ihre Schalt-Neutralposition, nämlich hier in die Mitte der Strecke des Verstellweges die Differenz der Beträge der Signale der Hallsensoren 3a und 4a zu Null ergibt. Dies ist anhand der dargestellten Kennlinien aus 1b gut ersichtlich.
Durch die Einbaulage der ersten und zweiten Hallsensoren 3a und 4a an bestimmten Positionen S_y und S_x weist beispielsweise an der Position S_x der erste Hallsensor 3a ein Sensorsignal als Minimum auf, wobei an der Position S_y der zweite Hallsensor 4a ein Sensorsignal als Maximum an dieser Stelle S_y aufweist.
Zur genaueren Auswertung der Signale und zur Verminderung von externen Störungen verwendet die Auswertevorrichtung für die aktuelle kontinuierliche Erfassung der Positionierung der Schaltgabel 1 zwischen den bestimmten Positionen S_y und S_x jeweils das Signal von dem ersten und dem zweiten Hallsensor 3a und 4a ausgelöst durch die entsprechende Position des Magnetelementes 2.
Sollte sich das Magnetelement 2 außerhalb der bestimmten Positionen S_y und S_x befinden, greift die Auswertevorrichtung für die Positionserfassung der Schaltgabel 4 auf das entsprechende Signal von dem örtlich näheren Hallsensor 3a bzw. 4a zurück. Dies ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Positionen E_y und S_y der erste Hallsensor 3a und zwischen den Positionen S_x und E_x der zweite Hallsensor 4a.
Vzw. weist die entsprechende Auswertevorrichtung eine entsprechende Auswerteschaltung auf, d.h. mit Hilfe der hier dargestellten Anordnung der Meßfeldsensoren 3 und 4 bzw. des Magnetelementes 2 und den entsprechenden in den 1b dargestellten spezifischen Kennlinien lassen sich die entsprechenden Sensorsignale, insbesondere in dem Bereich zwischen den Punkten S_y und S_x entsprechend plausibilisieren, nämlich überprüfen. Dies hat den Vorteil, dass bspw. der Ausfall eines Magnetfeldsensors 3 und 4, insbesondere eines Hallsensors 3a und 4a schnellstmöglich festgestellt werden kann. Auch in dem über die Punkte S_y bzw. S_x in der 1b gezeigten rechts und links hinausgehenden Bereich ist eine entsprechende Plausibilitätsprüfung aufgrund des hier gewählten spezifischen Kennlinienverlaufes möglich. Daher kann der Ausfall von entsprechenden Sensoren schnell erkannt und entsprechend schnell reagiert werden, was ein entsprechender Vorteil ist.
Die in den 1a bzw. 1b dargestellte Vorrichtung wird vzw. für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs entsprechend verwendet, vzw. zur Positionserfassung einer Schaltgabel oder eines Gangstellers. Die eingangs beschriebenen Nachteile sind auf kostengünstige Weise vermieden, insbesondere sind aufgrund der entsprechenden Anordnung auch externe Störungen eliminiert.

1: Schaltgabel
2: Magnetelement
2a: Magnetplatte
3: erster Magnetfeldsensor
3a: erster Hallsensor
4: zweiter Magnetfeldsensor
4a: zweiter Hallsensor
5: Gehäuse
A, B: Pfeile

Claims

Vorrichtung zur Positionserfassung von mindestens einer Schaltgabel (1) und/oder von mindestens eines Gangstellers eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei zur Positionserfassung der Schaltgabel (1) und/oder des Gangstellers mindestens ein Magnetelement (2) und zwei Magnetfeldsensoren (3, 4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertevorrichtung vorgesehen ist und dass das Magnetelement (2) und die Magnetfeldsensoren (3, 4) derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, so dass die aktuelle Positionierung der Schaltgabel (1) oder des Gangstellers durch Verarbeitung der entsprechenden Sensorsignale über den gesamten Verstellweg der Schaltgabel (1) oder des Gangstellers ermittelbar ist.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) einen Nordpol (N) und einen Südpol (S) aufweist.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2) als Magnetplatte ausgeführt.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Magnetfeldsensor (3, 4) als Hallsensoren (3a, 4a) ausgebildet und am Gehäuse (5) des Getriebes angeordnet sind.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Hallsensor (3a, 4a) und das Magnetelement (2) derart angeordnet sind, so dass sich bei der Positionierung der Schaltgabel (1) und/oder des Gangstellers in der Schalt-Neutralposition die Differenz der Signale der Beträge der Sensorsignale zu Null ergibt.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einbaulage des ersten und des zweiten Hallsensors (3a, 4a) für bestimmte Positionen (S_y und S_x) der Schaltgabel (1) oder des Gangstellers der erste Hallsensor (3a) ein Sensorsignal als Minimum und der zweite Hallsensor (4a) ein Sensorsignal als Maximum aufweist.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung für die aktuelle Positionserfassung der Schaltgabel (1) oder des Gangstellers zwischen den bestimmten Positionen (S_y und S_x) jeweils ein Signal von dem ersten und dem zweiten Hallsensor (3a, 4a) verwendet.
Vorrichtung zur Positionserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung für die aktuelle Positionserfassung der Schaltgabel (1) und/oder des Gangstellers außerhalb der bestimmten Positionen (S_y und S_x) mindestens ein Signal von mindestens einem Hallsensor (3a, 4a) verwendet.