DE102008048506A1

DE102008048506A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors, Verfahren und System zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes und Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes

Info

Publication number: DE102008048506A1
Application number: DE200810048506
Authority: DE
Inventors: Burkhard Veldten; Ullrich Meier; Michael Daetz; Christfried Schröder; Carsten Schneider
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: DE102008048506B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors (2) zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle (3) eines Getriebes bereit. Die Schaltwelle (3) ist über einen vorbestimmten Einstellbereich (20) einstellbar und ein Signalverlauf (21-26) eines Sensorsignals des Sensors (2) ist im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle (3) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20). Bei dem Verfahren wird eine vorbestimmte Einstellposition der Schaltwelle (3) erfasst. Weiterhin wird ein zugehöriges Sensorsignal des Sensors (2) zu der vorbestimmten Einstellposition der Schaltwelle (3) erfasst. Schließlich wird eine Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21-26) des Sensorsignals und einer Einstellung der Schaltwelle (3) aus der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes, einen entsprechenden Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes und ein Verfahren und ein System zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes.
Bei verschiedenen Konzepten für Fahrzeuge, wie z. B. Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, mit Handschaltgetrieben, wie z. B. bei Fahrzeugen mit elektronisch gesteuerten Startvorgängen, einem so genannten Start/Stoppsystem, ist es erforderlich, die Neutralstellung des Handschaltgetriebes zu ermitteln und einer elektronischen Steuereinheit zur Verfügung zu stellen. Die Neutralstellung des Handschaltgetriebes wird mit Hilfe eines Sensorsystems erfasst. Dabei ergeben sich aufgrund von Verfügbarkeitsanforderungen und Eigenschaften des Getriebes bestimmte Genauigkeitsanforderungen an das Sensorsystem. Demgegenüber besitzen die mechanischen Komponenten von Getrieben hohe Positionstoleranzen, damit diese durch günstige Herstellungsverfahren in hoher Serienstückzahl gefertigt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Zielkonflikt, die geforderte Genauigkeit des Sensorsystems einerseits und die hohen Positionstoleranzen der mechanischen Komponenten des Getriebes andererseits, zu lösen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes eines Fahrzeugs nach Anspruch 15, einen Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes nach Anspruch 17, eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes nach Anspruch 19, ein System zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes eines Fahrzeugs nach Anspruch 21 und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Magnetfeldsensors nach Anspruch 24 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definierten bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes bereitgestellt. Die Schaltwelle ist über einen vorbestimmten Einstellbereich, z. B. einen Schwenkbereich, einstellbar. Ein Signalverlauf eines Sensorsignals des Sensors ist im Wesentlich monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle über dem vorbestimmten Einstellbereich. Im Wesentlichen monoton bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Signalverlauf des Sensorsignals innerhalb elektrischer und mechanischer Toleranzen des Sensors über dem vorbestimmten Einstellbereich monoton ist. Ein im Wesentlichen monotoner Signalverlauf kann beispielsweise ein Signalverlauf sein, welcher sich innerhalb eines Signalbandes befindet, welches monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle über dem vorbestimmten Einstellbereich verläuft und eine Breite von 5%, vorzugsweise 1%, eines maximalen Sensorsignals aufweist. Vorzugsweise ist der Signalverlauf des Sensorsignals streng monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle über dem vorbestimmten Einstellbereich. Die monotone Abhängigkeit des Sensorsignals von der Einstellung der Schaltwelle über dem vorbestimmten Einstellbereich bedeutet, dass, wenn die Schaltwelle beispielsweise über einen vorbestimmten Einstellbereich von –15° bis +15° einstellbar ist, der Signalverlauf des Sensorsignals bei einem Verstellen der Schaltwelle von einer –15°-Position zu einer +15°-Position monoton ist, d. h. während dieser Verstellung monoton ansteigt oder monoton abfällt. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer vorbestimmten Einstellposition der Schaltwelle, ein Erfassen eines zugehörigen Sensorsignals des Sensors und ein Bestimmen einer Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle aus der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal.
Das Erfassen der vorbestimmten Einstellposition der Schaltwelle kann beispielsweise aus fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs ermittelt werden. Beispielsweise kann zunächst der Verbindungszustand der Kupplung des Fahrzeugs erfasst werden. Wird ein Verbindungszustand der Kupplung erfasst, in welchem die Kupplung den Motor des Fahrzeugs mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs kraftschlüssig verbindet, können zusätzlich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Drehzahl des Motors erfasst werden. Aus der Geschwindigkeit und der Drehzahl kann beispielsweise durch Quotientenbildung ein Wert bestimmt werden, welcher eine eindeutige Zuordnung zu einem gewählten Gang des Getriebes zulässt. Kann eine eindeutige Zuordnung zu einem Gang des Getriebes durchgeführt werden, so kann die aktuelle Einstellposition der Schaltwelle dem entsprechenden Gang des Getriebes zugeordnet werden. Ist keine eindeutige Zuordnung zu einem Gang des Getriebes möglich und zusätzlich das Sensorsignal des Sensors für eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise 10 ms–2 s, vorzugsweise 50 ms, nahezu konstant, d. h. das Sensorsignal verändert sich während der vorbestimmten Zeit um weniger als beispielsweise 10% oder um weniger als beispielsweise +/–4 Grad von einer bis dahin angelernten Neutralstellung, kann die aktuelle Einstellposition der Schaltwelle zur Bestimmung der Neutralposition des Getriebes verwendet werden.
Das Bestimmen der Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle kann ein Auswählen einer Kennlinie aus einem Kennfeld des Sensors mit Hilfe der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal umfassen. Auf diese Art und Weise kann aus einem Kennfeld, welches eine Vielzahl von Kennlinien umfasst, die jeweils eine Zuordnung eines Sensorsignals zu einer Schaltwellenposition darstellen, auf Grundlage der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal eine Kennlinie ausgewählt werden, welche zu dem Sensor und seiner Einbauposition in dem vorliegenden Getriebe abgestimmt ist. Aufgrund der hohen Genauigkeit der Kennlinie werden die Genauigkeitsanforderungen an das Sensorsystem zum Erfassen der Einstellposition der Schaltwelle erfüllt und gleichzeitig durch das Auswählen der Kennlinie aus dem Kennlinienfeld die hohen Positionstoleranzen der mechanischen Komponenten des Getriebes ausgeglichen bzw. adaptiert.
Gemäß einer Ausführungsform können zwei vorbestimmte Einstellpositionen der Schaltwelle und zwei zugehörige Sensorsignale erfasst werden. Die zwei Einstellpositionen sind derart gewählt, dass die zwei Sensorsignale ein Signalmaximum und ein Signalminimum des Signalverlaufs über dem vorbestimmten Einstellbereich umfassen. Die Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle wird durch Auswählen einer Kennlinie aus einem Kennfeld des Sensors mit Hilfe der Differenz zwischen Signalmaximum und Signalminimum bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen der Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle ein Bestimmen von Koeffizienten einer Funktion, welche eine Abhängigkeit des Sensorsignals von der Einstellposition angibt. Die Koeffizienten werden für eine vorbestimmte Einbauposition des Sensors und einen vorbestimmten Typ des Sensors bestimmt. Dazu können beispielsweise Sensorkennlinien oder ein Sensorkennfeld bei der Konstruktion einer entsprechenden Sensoranordnung für ein Fahrzeug mit Hilfe einer Simulation, beispielsweise einem Finite Elemente Verfahren, ermittelt werden. Die Koeffizienten werden dann beispielsweise mit Hilfe eines mathematischen Optimierungsverfahrens bestimmt. Auf diese Art und Weise kann ein Bereitstellen des Kennfeldes vermieden werden, wodurch in entsprechenden Vorrichtungen, z. B. einer Motorelektronik des Fahrzeugs, erheblich weniger Speicherplatz zum Speichern des Kennfeldes benötigt wird. Stattdessen wird lediglich eine geeignete Funktion benötigt, welche das Kennfeld in Kombination mit den Koeffizienten darstellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sensor derart ausgestaltet, dass er einen Abstand zu einem Geber misst. Der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor ist über den vorbestimmten Einstellbereich der Schaltwelle veränderbar. Die vorbestimmte Einstellposition der Schaltwelle ist eine Position, in welcher der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor minimal ist. Der Geber kann beispielsweise an der Schaltwelle befestigt sein und der Sensor an einem Gehäuse oder einem Halter beabstandet zu der Schaltwelle. Der Sensor kann beispielsweise ein Hall-Sensor sein, welcher beispielsweise mit einem Dauermagneten kombiniert ist, und der Geber kann beispielsweise ein mit der Schaltwelle gekoppeltes Bauteil aus einem ferromagnetischen Material sein, welches in Umfangsrichtung der Schaltwelle einen Umfang mit veränderlichem Radius aufweist, so dass ein Abstand zwischen dem Umfang des Gebers und dem davon beabstandet angeordneten Hall-Sensor in Abhängigkeit einer Drehposition der Schaltwelle veränderlich ist. Die vorbestimmte Einstellposition der Schaltwelle ist beispielsweise eine Position, in welcher der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor minimal oder maximal ist. Dies kann beispielsweise bei einem Getriebe mit einer so genannten H-Schaltung eine Einstellposition der Schaltwelle sein, in welcher ein gerader Gang oder ein ungerader Gang eingelegt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ein Bestimmen von mehreren getrennten Signalbereichen des Sensorsignals aus der zuvor bestimmten Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle und ein Zuordnen der vorbestimmten Einstellposition und/oder weiteren vorbestimmten Einstellpositionen der Schaltwelle zu den bestimmten Signalbereichen. Die Signalbereiche können beispielsweise bei einem Getriebe mit einer so genannten H-Schaltung einen Bereich, in welchem ein gerader Gang eingelegt ist, einen Bereich, in welchem ein ungerader Gang eingelegt ist, und einen Bereich einer Neutralposition, in welcher kein Gang eingelegt ist, umfassen. Die vorbestimmten Einstellpositionen, welche den Signalbereichen zugeordnet werden, können beispielsweise wie zuvor beschrieben aus den fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs bestimmt werden. Somit kann eine genaue Kalibrierung der Signalbereiche durchgeführt werden und eine Zuverlässigkeit für eine Erkennung der Neutralposition des Getriebes erhöht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mehrere Sensorsignale zu unterschiedlichen Zeitpunkten für eine vorbestimmte Einstellposition erfasst und eine Medianwertbestimmung über die mehreren Sensorsignale für jeweils eine vorbestimmte Einstellposition durchgeführt. Bei der Medianwertbestimmung werden eine vorbestimmte Anzahl von erfassten Sensorsignalen der Größe nach sortiert und dann der Wert in der Mitte der sortierten Liste als der Medianwert herausgegriffen. Bei dieser Medianwertbestimmung oder Medianwertfilterung können so genannte Ausreißersensorsignale zuverlässig aussortiert werden. Die Medianwertbestimmung kann beispielsweise über elf erfasste Sensorsignale durchgeführt werden, wobei als Medianwert der Sensorsignale in diesem Fall der sechste Wert der größensortierten Sensorsignalliste verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Überprüfen, ob sich das von dem Sensor erzeugte Sensorsignal in einem vorbestimmten Wertebereich befindet. Auf diese Art und Weise ist eine Überprüfung der korrekten Funktionsfähigkeit des Sensors möglich. Umfasst das Sensorsignal beispielsweise einen Wertebereich von 1–4 V, für einen Abstand zwischen dem Sensor und dem Geber in einem Bereich von 0 mm bis „unendlich”, so kann durch Überprüfen, ob sich das von dem Sensor erzeugte Sensorsignal in dem Wertebereich von 1–4 V befindet, die korrekte Funktionsweise des Sensors überprüft werden. Ist in dem obigen Beispiel die gemessene Spannung des Sensorsignals kleiner als 1 V oder größer als 4 V, deutet dies auf einen Defekt des Sensors oder einen Kurzschluss oder eine Unterbrechung in den Leitungen zu dem Sensor hin.
Schließlich kann das Verfahren kontinuierlich während eines Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden. Dadurch kann der Sensor zum Erfassen der Einstellposition der Schaltwelle des Getriebes kontinuierlich nachkalibriert werden, so dass stets eine zuverlässige Erkennung einer Neutralposition des Getriebes sichergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes eines Fahrzeugs mittels eines Sensors bereit. Die Schaltwelle ist über einen vorbestimmten Einstellbereich einstellbar. Das Verfahren umfasst ein Erfassen eines Sensorsignals des Sensors und ein Bestimmen der Einstellposition der Schaltwelle in Abhängigkeit des erfassten Sensorsignals und einer vorbestimmten Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle. Der Signalverlauf des Sensorsignals ist über dem vorbestimmten Einstellbereich monoton in Abhängigkeit der Einstellung der Schaltwelle. Bezüglich der Definition der „im Wesentlichen monotonen Abhängigkeit” gilt die zuvor im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors beschriebene Definition. Die vorbestimmte Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle kann wie zuvor beschrieben mit Hilfe des Verfahrens zum Kalibrieren des Sensors zum Erfassen der Einstellposition der Schaltwelle bestimmt werden. Auf diese Art und Weise ist eine zuverlässige Bestimmung der Einstellposition der Schaltwelle unter Berücksichtigung der hohen Positionstoleranzen der mechanischen Komponenten des Getriebes sichergestellt. Dadurch ist eine zuverlässige Bestimmung insbesondere der Einstellung der Schaltwelle in eine Neutralposition des Getriebes möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes bereitgestellt. Der Sensor ist zum Erfassen eines Abstands zwischen dem Sensor und einem Geber ausgestaltet. Die Schaltwelle ist über einen vorbestimmten Einstellbereich einstellbar und der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor ist über den vorbestimmten Einstellbereich der Schaltwelle veränderbar. Ein Signalverlauf des Sensorsignals des Sensors ist im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle über den vorbestimmten Einstellbereich. Die Definition der „im Wesentlichen monotonen Abhängigkeit” wurde bereits zuvor im Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens zum Kalibrieren eines Sensors beschrieben.
Der Sensor kann z. B. ein Hall-Sensor sein. Der Geber kann mit der Schaltwelle gekoppelt sein und der Sensor kann an einem entsprechenden Halter ortsfest und beabstandet zu dem Geber angebracht sein. Der Geber kann derart ausgestaltet sein, dass sich der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor bei einem Drehen der Schaltwelle ändert. Insbesondere kann der Geber derart ausgestaltet sein, dass sich der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor bei einem Drehen der Schaltwelle über den vorbestimmten Einstellbereich der Schaltwelle von einem ersten Ende des Einstellbereichs zu einem zweiten Ende des Einstellbereichs kontinuierlich, vorzugsweise monoton, vergrößert. Dadurch kann im Fall eines Hall-Sensors auf einfache Art und Weise die monotone Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle erreicht werden. Der Geber kann beispielsweise aus einem magnetischen oder einem ferromagnetischen Material gefertigt sein. Wenn der Geber aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, umfasst der Sensor vorzugsweise einen Dauermagneten, so dass sich das Magnetfeld des Dauermagneten im Bereich des Sensors in Abhängigkeit des Abstandes zwischen dem Geber und dem Sensor an dem Sensor ändert. Dadurch ist über die Messung des Abstands zwischen dem Geber und dem Sensor eine Erfassung der Einstellposition der Schaltwelle des Getriebes möglich. Der Geber kann beispielsweise eine dem Sensor zugewandte Umfangsfläche ausweisen, welche bezogen auf die Drehachse der Schaltwelle einen veränderlichen Radius aufweist. Durch Drehen der Schaltwelle ändert sich somit der Abstand zwischen der dem Sensor gegenüberliegenden Umfangsfläche des Gebers und dem Sensor, was zu einer entsprechenden Änderungen des Sensorsignals führt.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes bereit. Die Schaltwelle des Getriebes ist über einen Einstellbereich einstellbar und ein Signalverlauf eines Sensorsignals des Sensors ist im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle über dem vorbestimmten Einstellbereich. Die Vorrichtung umfasst eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer vorbestimmten Einstellposition der Schaltwelle und eine Verarbeitungseinheit, welche mit dem Sensor und der Erfassungseinheit gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit ist derart ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, eine vorbestimmte Einstellposition der Schaltwelle mit Hilfe der Erfassungseinheit zu Erfassen, ein zugehöriges Sensorsignal des Sensors für die vorbestimmte Einstellposition zu erfassen, und eine Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf des Sensorsignals und der Einstellposition der Schaltwelle aus den erfassten Informationen zu bestimmen. Mit Hilfe einer geeigneten Ausführung der Verarbeitungseinheit, wie z. B. einem entsprechenden Programm, welches von der Verarbeitungseinheit, die beispielsweise einen Mikroprozessor umfasst, ausgeführt wird, ist die Vorrichtung zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Kalibrieren des Sensors ausgestaltet und umfasst somit die zuvor beschriebenen Ausführungsformen und der damit verbundenen Vorteile.
Die Erfindung stellt weiterhin ein System zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes eines Fahrzeugs bereit. Die Schaltwelle ist über einen vorbestimmten Einstellbereich einstellbar. Das System umfasst einen Sensor zum Erfassen eines Sensorsignals und eine Verarbeitungseinheit, welche mit dem Sensor gekoppelt ist. Ein Signalverlauf des Sensorsignals ist im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle über dem vorbestimmten Einstellbereich. Die Verarbeitungseinheit ist derart ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, die Einstellposition der Schaltwelle in Abhängigkeit einer vorbestimmten Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle aus dem erfassten Sensorsignal zu bestimmen. Die Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle kann, wie zuvor beschrieben, mit Hilfe des Verfahrens zum Kalibrieren eines Sensors bestimmt werden. Der Sensor kann der zuvor beschriebene Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes sein.
Mit Hilfe des so ausgestalteten Systems zum Bestimmen der Einstellposition der Schaltwelle des Getriebes ist eine zuverlässige Bestimmung der Einstellposition der Schaltwelle unter Berücksichtigung der hohen mechanischen Toleranzen des Getriebes sichergestellt. Insbesondere ist, wie zuvor beschrieben, eine zuverlässige Bestimmung einer Einstellung der Schaltwelle in eine Neutralposition des Getriebes möglich. Die Verarbeitungseinheit des Systems zum Bestimmen der Einstellposition der Schaltwelle und die Verarbeitungseinheit der Vorrichtung zum Kalibrieren des Sensors können durch eine gemeinsame Verarbeitungseinheit ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Kalibrieren eines Magnetfeldsensors zum Bestimmen eines veränderlichen Abstands zwischen dem Magnetfeldsensor und einem Geber bereit. Gemäß dem Verfahren werden mehrere Sensorsignale des Magnetfeldsensors bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Geber erfasst. Aus den mehreren erfassten Sensorsignalen wird ein Sensorsignalmaximum bestimmt. Aus dem Sensorsignalmaximum und einer vorgegebenen Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand, beispielsweise einer Kennlinie, wird ein adaptierter minimaler Abstandswert bestimmt. Aus einem vorgegebenen Sensorsignal bei einem Abstand von Null zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Geber und der vorgegebenen Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand wird ein Kalibrierkonstantenabstand bestimmt. Ein aktueller Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Geber wird dann folgendermaßen bestimmt. Zunächst wird ein aktuelles Sensorsignal bei dem zu bestimmenden aktuellen Abstand erfasst. Aus dem aktuellen Sensorsignal und der vorgegebenen Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand wird ein unkorrigierter Abstand bestimmt. Zu dem unkorrigierten Abstand wird der Kalibrierkonstantenabstand hinzuaddiert und dann der adaptierte minimale Abstandswert subtrahiert. Das Ergebnis ist der zu bestimmende aktuelle Abstand.
Die vorgegebene Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand kann über eine Kennlinie des Magnetfeldsensors vorgegeben werden oder als eine mathematische Funktion zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand des Magnetfeldsensors formuliert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Systems für ein Fahrzeug, welches ein System zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform umfasst.
2 zeigt einen Geber und einen Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt mehrere Kennlinien eines Signalverlaufs eines Sensorsignals in Abhängigkeit einer Einstellung einer Schaltwelle.
4 zeigt ein Diagramm einer Information, ob sich ein Getriebe in einer Neutralstellung befindet, in Abhängigkeit einer Einstellung einer Schaltwelle.
5 zeigt ein weiteres Diagramm einer Information, ob sich ein Getriebe in einer Neutralstellung befindet, in Abhängigkeit einer Einstellposition einer Schaltwelle.
6 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes und ein Verfahren zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Kennlinie, welche eine Abhängigkeit eines Abstands zwischen einem Geber und einem Sensor über einen Schaltwellendrehwinkel beschreibt.
8 zeigt eine mathematisch modellierte Kennlinie, welche eine Abhängigkeit eines Sensorsignals von einem Abstand zwischen einem Sensor und einem Geber darstellt.
9 zeigt eine Kennlinie, welche eine Abhängigkeit zwischen einer Einstellung einer Schaltwelle und einem Abstand zwischen einem Sensor und einem Geber darstellt.
10 zeigt die in 9 dargestellte Kennlinie und eine entsprechende mathematisch modellierte Kennlinie.
11 zeigt die Kennlinien der 3 und entsprechende mathematisch modellierte Kennlinien.
1 zeigt ein System 1 zum Kalibrieren eines Sensors 2 zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle 3 eines Getriebes sowie zum Bestimmen einer Einstellposition der Schaltwelle 3 des Getriebes. Das System 1 umfasst den Sensor 2, welcher mittels eines an der Schaltwelle 3 angebrachten Gebers 4 ein Sensorsignal in Abhängigkeit einer Einstellposition der Schaltwelle 3 erzeugt. Das System 1 umfasst ferner eine Verarbeitungseinheit 6 und eine Erfassungseinheit 7. Die Verarbeitungseinheit 6 ist über eine Verbindung 5 mit dem Sensor 2 gekoppelt, um das Sensorsignal des Sensors 2 zu empfangen. Darüber hinaus ist die Verarbeitungseinheit 6 über eine Verbindung 8 mit der Erfassungseinheit 7 gekoppelt. Die Erfassungseinheit 7 ist über Verbindungen 9, 11, 13 mit Vorrichtungen 10, 12, 14 des Fahrzeugs gekoppelt, um fahrdynamische Größen des Fahrzeugs zu erfassen und daraus eine Einstellposition der Schaltwelle zu bestimmen. Die Erfassungseinheit 7 ist über die Verbindung 9 mit einem Geschwindigkeitsmesser 10, über eine Verbindung 11 mit einem Drehzahlmesser 12 und über eine Verbindung 13 mit einem Sensor einer Kupplung 14 des Fahrzeugs verbunden. Über die Verbindung 13 erhält die Fassungseinheit 7 eine Information über einen Verbindungszustand der Kupplung 14, d. h., ob die Kupplung getrennt oder geschlossen ist. Das Getriebe des Fahrzeugs umfasst beispielsweise sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes in den einzelnen Gängen sind in der Erfassungseinheit 7 voreingestellt. Wenn die Erfassungseinheit 7 mit Hilfe eines Signals der Verbindung 13 feststellt, dass die Kupplung 14 geschlossen ist, ermittelt die Erfassungseinheit 7 mit Hilfe des Geschwindigkeitsmessers 10 und des Drehzahlmessers 12 ein aktuelles Verhältnis von Motordrehzahl zu Fahrzeuggeschwindigkeit und vergleicht dieses Verhältnis mit den voreingestellten Übersetzungsverhältnisse, welche mit Hilfe des Getriebes eingestellt werden können. Findet die Erfassungseinheit 7 eine Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Verhältnis und einem der vorbestimmten Verhältnisse, so überträgt die Erfassungseinheit 7 über die Verbindung 8 eine entsprechende Ganginformation an die Verarbeitungseinheit 6. Wird hingegen keine Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Verhältnis und einem der voreingestellten Verhältnisse gefunden, so wird über die Verbindung 8 von der Erfassungseinheit 7 an die Verarbeitungseinheit 6 eine Information übertragen, welche anzeigt, dass sich das Getriebe in einer Neutralposition befindet. Bestimmt die Erfassungseinheit 7 hingegen, dass sich die Kupplung 14 des Fahrzeugs in einem getrennten Zustand befindet, so überträgt sie über die Verbindung 8 eine Information an die Verarbeitungseinheit 6, dass derzeit keine Ganginformation verfügbar ist.
Darüber hinaus kann die Erfassungseinheit 7 beispielsweise auch dann über die Verbindung 8 eine Information an die Verarbeitungseinheit 6 ausgeben, dass sich das Getriebe in einer Neutralposition befindet, wenn die Erfassungseinheit 7 bestimmt, dass die Kupplung geschlossen ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorgegebene Grenze, beispielsweise 5 km/h ist, und die Motordrehzahl größer als eine vorgegebene Grenze, beispielsweise 800 Umdrehungen pro Minute, ist.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun der Aufbau und die Arbeitsweise des Sensors 2 genauer beschrieben werden. 2 zeigt den Sensor 2, welcher an einer Befestigung 15 beabstandet zu der Schaltwelle 3 befestigt ist. An der Schaltwelle 3 ist ein Geberelement oder ein Geber 4 angebracht, welcher sich zusammen mit der Schaltwelle 3 bewegt. Die Schaltwelle 3 ist in Richtung des Pfeils 20 über einen vorbestimmten Einstellbereich durch eine Betätigung des Fahrers des Fahrzeugs einstellbar. Der Sensor 2 ist beispielsweise ein Hall-Sensor und der Geber 4 ist beispielsweise aus einem magnetischen oder einem ferromagnetischen Material gefertigt. Der Hall-Sensor 2 stellt bei geeigneter Ansteuerung ein Sensorsignal bereit, welches sich in Abhängigkeit eines Abstandes 18 zwischen dem Geber 4 und dem Sensor 2 ändert. Der Abstand 18, welcher auch als Luftspalt 18 bezeichnet wird, ist als Abstand zwischen einer Oberfläche des Sensors 2 und einer Oberfläche des Gebers 4 entlang einer Sensormessachse 16 definiert. Eine Nulllagegeberachse 17 verläuft parallel zu der Sensormessachse 16 und durch den Mittelpunkt der Schaltwelle 3. Idealerweise fällt die Nulllagegeberachse 17 exakt mit der Sensormessachse 16 zusammen, sodass ein Abstand einer Absolutlage 19 zwischen der Sensormessachse 16 und der Nulllagegeberachse 17 Null ist, und der Abstand 18 weist idealerweise für jede Einstellung der Schaltwelle 3 einen vorbestimmten Wert auf. Beim Einbau des Sensorsystems entstehen jedoch fertigungsbedingte Positionstoleranzen zwischen dem Sensor 2 und dem Geber 4. Diese führen zu Toleranzen des Abstands 18 und zu Toleranzen der Absolutlage 19, wie in 2 dargestellt. Die Positionstoleranzen ergeben sich aus Einzelteiltoleranzen des Sensors 2, des Gebers 4 und des Getriebes. Die Positionstoleranzen verändern sich dabei über der Lebensdauer des Getriebes nur geringfügig, so dass eine Kalibrierung und somit eine Adaption und Kompensation der Positionstoleranzen erfolgen kann.
Eine Kalibrierung des Sensors 2 unter Berücksichtigung der Positionstoleranzen bzw. eine Adaption und Kompensation der Positionstoleranzen wird durch die Verarbeitungseinheit 6 mit Hilfe von Sensorkennlinien, welche in der Verarbeitungseinheit 6 gespeichert sind, durchgeführt. Die Sensorkennlinien, welche eine Abhängigkeit zwischen einem Sensorsignal des Sensors 2 und einer Einstellung der Schaltwelle 3, beispielsweise einen Schaltwellenwinkel, bereitstellen, besitzen folgende Eigenschaften: die Kennlinien besitzen keine lokalen Extrema, die Kennlinien besitzen im Bereich der angelegten Gänge des Handschaltgetriebes, also an den Randpunkten der Kennlinie, Extrema, und das absolute Maximum und das absolute Minimum der Kennlinie befinden sich bei definierten eingelegten Gängen. 3 zeigt sechs derartige Kennlinien 21–26 für unterschiedliche minimale Abstände 18. So beträgt beispielsweise der minimale Abstand 18 bei der Kennlinie 21 0 mm, bei der Kennlinie 22 0,2 mm, bei der Kennlinie 23 0,6 mm, bei der Kennlinie 24 1 mm, bei der Kennlinie 25 1,5 mm und bei der Kennlinie 26 2 mm. Die gezeigten Kennlinien sind über den Winkel der Schaltwelle 3 dargestellt. Bei toleranzbehafteten –20° befindet sich das Getriebe in geraden Gängen, beispielsweise im zweiten, vierten oder sechsten Gang, bei toleranzbehafteten +20° in ungeraden Gängen, beispielsweise im ersten, dritten oder fünften Gang. Die gezeigten Kennlinien 21–26 besitzen im Bereich der eingelegten Gänge, d. h. im Beispiel im Bereich von –15° bis –20° bzw. von +15° bis +20°, nahezu keine Steigung bezüglich der Schaltwellenposition. Wenn die Kupplung des Fahrzeugs nicht getreten ist, d. h., wenn die Kupplung geschlossen ist, und gleichzeitig ein Gang eingelegt ist, entspricht das Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit einer der möglichen Getriebeübersetzungen des Getriebes. Die Verarbeitungseinheit 6 bekommt den eingelegten Gang über die Verbindung 8 von der Erfassungseinheit 7 übermittelt. Wenn diese Ganginformation über eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise eine Sekunde, konstant vorliegt, wird der Messwert des Sensors 2 gespeichert. Sind sowohl Maximum als auch Minimum des Signalwerts des Sensors 2 gespeichert, kann über die Differenz von Maximum und Minimum eine der Kennlinie 21–26 ausgewählt werden, welche der aktuellen Einbausituation des Sensors 2 und des Gebers 4 entspricht. Nachfolgende Messungen des Signalwerts des Sensors 2 können dann mit Hilfe der ausgewählten Kennlinie in einen entsprechenden Schaltwellenwinkel umgerechnet werden, wodurch eine Kompensation der aktuellen Einbausituation erreicht wird.
Um die Neutralstellung des Getriebes sicher zu erfassen, ist nun der Schaltwellenwinkelbereich festzulegen, welcher der Neutralstellung des Getriebes entspricht. Die Information, ob sich das Getriebe in Neutralstellung befindet oder nicht, muss mit einer getriebespezifischen Genauigkeit zur Verfügung stehen. Dies kann beispielsweise über die Position der Schaltwelle zum Getriebegehäuse in Winkelgraden erfolgen. Entsprechende Toleranzanforderungen ergeben sich je nach Getriebe.
In 4 ist beispielhaft ein solches Toleranzschema dargestellt. Es zeigt Bereiche, in denen die Information „Getriebe befindet sich nicht in Neutralstellung” erzeugt werden muss, sowie einen Bereich, in dem die Information „Getriebe befindet sich in Neutralstellung” erzeugt werden muss. Es ergibt sich ein Schaltschema, welches über den zu erfassenden Positionsbereich zwei Schaltvorgänge besitzt. Für diese Schaltvorgänge ergibt sich gemäß den Anforderungen eine einzuhaltende Genauigkeit. In dem in 4 gezeigten Schema muss in dem Winkelbereich der Schaltwelle von näherungsweise –2° bis näherungsweise +2° das Signal „Getriebe befindet sich in Neutralstellung” erzeugt werden, wohingegen in den Bereichen, in denen der Schaltwellenwinkel kleiner als näherungsweise –6° und größer als näherungsweise +6° ist, die Information „Getriebe befindet sich nicht in Neutralstellung” erzeugt werden muss.
Aufgrund der Toleranzen der Anordnung des Sensors 2 im Getriebe und des Gebers 4 an der Schaltwelle 3 kann das in 4 gezeigte Schaltschema insgesamt und reproduzierbar um einen Wert X verschoben sein, wie in 5 gezeigt. Hierdurch verschiebt sich auch der Wert der korrekten Neutralstellung. Durch zusätzliche Randbedingungen kann, wie nachfolgend im Zusammenhang mit 5 gezeigt werden wird, eine derartige Verschiebung der Neutralstellung um den Wert X bestimmt und entsprechend adaptiert werden. Voraussetzung dafür ist, dass das Sensorausgangssignal bezüglich der Position der Neutralstellung bestimmenden Geometrie keine Extrema besitzt, so dass über eine Kennlinie ein direkter Zusammenhang zwischen Sensorsignal und Lage der Neutralstellung bestimmenden Geometrie besteht.
Die Neutralstellung des Getriebes kann mit Hilfe der Erfassungseinheit 7 aus Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und Kupplungsverbindungszustand bestimmt werden. Ist die Kupplung nicht getreten, die Motordrehzahl größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert, beispielsweise größer oder gleich der Leerlaufdrehzahl, und die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert nahe Null, d. h., dass das Fahrzeug nahezu steht, kann daraus abgeleitet werden, dass sich die Schaltwelle in einer Neutralposition des Getriebes befindet. Ein entsprechendes Sensorsignal von dem Sensor 2 wird erfasst und mit Hilfe der Kennlinie 21–26 eine entsprechende Position der Schaltwelle bestimmt. Diese Werte können dann entsprechend verwendet werden, um das Schaltschema der 4 derart zu verschieben, dass das Schaltschema der aktuellen Einbauposition des Sensors 2 und des Gebers 4 entspricht. 5 zeigt eine derartige Anpassung des Schaltschemas, in welcher das Schaltschema um näherungsweise 1° verschoben wurde, da die gemessene Neutralstellung einem Wert von +1° entspricht. Der Bereich für die Information, dass sich das Getriebe in Neutralstellung befindet, befindet sich dementsprechend inklusive der Toleranzen nun in einem Bereich von ungefähr –3° bis ungefähr +5° der Schaltwelle.
Wir zuvor beschrieben, muss bei der Auswertung des Sensorsignals von dem Sensor 2 das Sensorsignal in die zu erfassende Messgröße umgerechnet werden. Dafür wurden, wie zuvor beschrieben, Kennlinien bzw. Kennfelder verwendet. Diese werden herkömmlicherweise in der Verarbeitungseinheit 6, wie z. B. einer elektronischen Rechenanlage, beispielsweise einem Motorsteuergerät, in Tabellenform als Stützpunkte gespeichert. Bei der Umrechnung des Sensorsignals in die zu erfassende Messgröße, hier dem Schaltwellenwinkel, wird dann mit Hilfe des Verfahrens der linearen Interpolation die zum Sensorsignal zugehörige Messgröße berechnet.
Aufgrund der hohen Anzahl von Funktionen in den Verarbeitungseinheiten kann es erforderlich sein, den Speicherbedarf für derartige Kennlinien und Kennfelder zu reduzieren. Bei Kenntnis des physikalischen Effekts, welcher zur Signalwerterzeugung ausgenutzt wird, wie im vorliegenden Beispiel der Magnetfeldstärke über der Entfernung, können die Kennlinien bzw. Kennfelder durch mathematischen Gleichungen, beispielsweise gebrochen rationale Funktionen, mit entsprechenden Koeffizienten für den interessierenden Wertebereich verwendet werden. Dadurch wird einerseits der Speicherplatz für die Stützpunkte der Kennlinien bzw. Kennfelder eingespart und andererseits auch die Interpolation samt der mit ihr verbundenen Interpolationsungenauigkeiten vermieden.
Das Verfahren wird im Zusammenhang mit 6 folgendermaßen durchgeführt:

1. Der beim jeweiligen Sensorsystem auftretende physikalische Effekt der Abnahme der Feldstärke über der Entfernung, d. h. über dem Luftspalt 18, wird als mathematische Funktion formuliert. Die erhaltene Kennlinie KL1 weist eine Hyperbelcharakteristik auf.
2. Die Kennlinie, welche die Messgröße, d. h. den Schaltwellenwinkel, über dem Luftspalt 18 angibt, wird ebenfalls mathematisch formuliert und im Folgenden als KL2 bezeichnet.
3. Ein gemessenes aktuelles Sensorsignal 27 wird mit Hilfe der mathematischen Formulierung der Kennlinie KL1 in einen entsprechenden aktuellen Luftspalt 28 umgerechnet.
4. Das in dem Sensorsystem auftretende Signalmaximum 29 des Sensorsignals wird mit Hilfe der mathematischen Formulierung der Kennlinie KL1 als ein adaptierter minimaler Luftspalt 30 gespeichert.
5. Der adaptierte minimale Luftspalt 30 wird vorn jeweils aktuellen Luftspalt 28 des aktuellen Sensorsignals 27 subtrahiert.
6. Zu dem Ergebnis aus 5. (der Differenz aus Luftspalt 28 und adaptiertem minimalen Luftspalt 30) wird eine Kalibrierkonstante 31 addiert. Der Wert der Kalibrierkonstanten 31 ist der Wert des Luftspalts, welcher mit Hilfe der Kennlinie KL1 zu einem tatsächlich vorliegenden Signal 32 bei einem minimalen Luftspalt von 0 mm mit Hilfe der mathematischen Formulierung der Kennlinie KL1 ermittelt wird. Somit sind die Kalibrierkonstante 31 bzw. das Sensorsignal 32 bei dem minimalen Luftspalt von 0 mm fixe Werte, welche einzig von dem verwendeten Sensor 2 abhängen.
7. Mit dem Ergebnis aus 6. wird anhand der Kennlinie KL2 die gesuchte Messgröße, d. h. der gesuchte Schaltwellenwinkel 33 bestimmt.

Um das zuvor beschriebene Verfahren durchführen zu können, sind die beiden Kennlinien KL1 und KL2 als mathematische Funktionen zu formulieren.
Dazu wird zunächst die Kennlinie KL2 mit Hilfe der Kennlinie KL1 und einer Sensorkennlinie, die aus Messungen oder eine Finite-Elemente-Simulation (FEM) ermittelt wird, konstruiert. Dies ist in 7 dargestellt. Für die Ermittlung der mathematischen Formulierung der Kennlinie KL1 wird das Verfahren der konjugierten Gradienten eingesetzt, um eine Optimierung vorzunehmen. Im Rahmen der Optimierung wird die Fehlerquadratsumme minimiert. Der Fehler ist dabei die betragsmäßige Differenz zweier Schaltwellenwinkel und zwar desjenigen, der sich für eine Sensorsignalspannung aus dem herkömmlichen Kennfeld errechnet, und desjenigen, der sich für die gleiche Sensorsignalspannung jeweils mit der mathematisch formulierten Kennlinie ergibt. Als Ansatz wird die Kennlinie KL1 als gebrochen rationale Funktion mit den Parametern a, b und c definiert:
Wobei U die Signalspannung und x der Luftspalt ist. Die Parameter a, b und c werden im Laufe der Optimierung mit Hilfe des Verfahrens der konjugierten Gradienten so angepasst, dass sich eine minimale Abweichung vom herkömmlichen Kennfeldverhalten ergibt. Für einen verwendeten Sensor ergibt sich z. B.: a = 1,033529149635 b = 3,416960556754 c = 0,91839430242.
Das Ergebnis dieser Kennlinie KL1 ist in 8 graphisch dargestellt.
Um bei Bedarf eine besonders hohe Abbildungstreue in einem bestimmten Bereich zu erhalten, kann der Bereich, über den optimiert wird, auf diesen besonders interessierenden Bereich eingeschränkt werden, oder es kann eine stärkere Gewichtung des Bereichs mit Hilfe von Gewichtungsfaktoren vorgenommen werden. Im Beispiel des Neutralstellungssensors wurde für den Bereich von ±9° Schaltwellenwinkel optimiert, da dies aufgrund von Systemtoleranzen der plausible Bereich für die Neutralstellung ist und hier die höchste Systemgenauigkeit gefordert wird.
Wie zuvor beschrieben, kann mit Hilfe der Kennlinie KL1 und der Sensorkennlinie für einen minimalen Luftspalt von 0 mm die Kennlinien KL2 konstruiert werden. Es ergibt sich der in 9 dargestellte Verlauf.
Auch diese Kennlinie KL2 wird mathematisch formuliert. Gewählt wird folgender mathematischer Ansatz mit den Parametern d, e und f: I(phi):=d·(phi – e)2 + fwobei I der Luftspalt und phi der Schaltwellenwinkel in Iteratoren von 0-8000 für den Bereich –20 bis +20° Schaltwellenwinkel ist.
Zur Optimierung der Parameter der mathematisch formulierten Kennlinie KL2 wird erneut das Verfahren der konjugierten Gradienten zur Minimierung der Fehlerquadratsumme eingesetzt. Bei einer vorliegenden Getriebe- und Schaltwellengeometrie ergibt sich für die Parameter: d = 0,000000089061 e = 6938,81670416581 f = 0,443621802727.
Die nachmodellierte mathematische Kennlinie KL2 ist im Vergleich mit der nachzumodellierenden Kennlinie KL2 der 9 in 10 dargestellt. Auch hier wurde wieder für den Winkelbereich von –9 bis +9° optimiert. Es wird deutlich, dass als Folge besonders in diesem Bereich die nachzumodellierende und die nachmodellierte Kennlinie KL2 nahezu kongruent sind. In 10 ist die nachzumodellierende Kennlinie KL2 der 9 als gestrichelter Graph 34 dargestellt und die nachmodellierte Kennlinie KL2 als gepunkteter Graph 35 dargestellt.
Mit den auf die zuvor beschriebene Art ermittelten mathematischen Kennlinien KL1 und KL2 wird zur Ergebniskontrolle das Kennfeld nachmodelliert. In 11 sind das nachmodellierte und das ursprüngliche Kennfeld dargestellt. Die unterbrochenen Graphen 36–40 entsprechen den ursprünglichen Kennfeldlinien, wie sie beispielsweise auch in 3 als Graphen 21–26 dargestellt sind. Die durchgezogenen Graphen 41–45 stellen die mathematisch modellierten Kennlinien dar. Die Kennlinien 36 bzw. 41 stellen die Abhängigkeit zwischen dem Signalspannungsverlauf des Sensors und dem Schaltwellendrehwinkel für einen minimalen Luftspalt von 0 mm dar. Dementsprechend sind die Kennlinien 37 bzw. 42 für einen Luftspalt von 0,2 mm, die Kennlinien 38 bzw. 43 für einen Luftspalt von 0,6 mm, die Kennlinien 39 bzw. 44 für einen Luftspalt von 1 mm und die Kennlinien 40 bzw. 45 für einen Luftspalt von 1,5 mm.
Besonders im bedeutendsten Bereich zwischen –9° und +9° Schaltwellenwinkel und für minimale Luftspalte bis 1,1 mm sind die Kennlinien des mathematisch formulierten Kennfeldes nahezu kongruent mit denjenigen des herkömmlichen Kennfeldes. Dadurch konnte das herkömmliche Kennfeld mit beispielsweise 96 Stützstellen auf zwei mathematische Kennlinien reduziert werden, wodurch erheblich weniger Speicherbedarf in der Verarbeitungseinheit 6 benötigt wird, ohne die Ergebnisqualität der Umrechnung der Signalspannung zu verschlechtern.

1: Vorrichtung
2: Sensor
3: Schaltwelle
4: Geber
5: Verbindung
6: Verarbeitungseinheit
7: Erfassungseinheit
8: vorbestimmte Einstellposition
9: Verbindung
10: Geschwindigkeitsmesser
11: Verbindung
12: Drehzahlmesser
13: Verbindung
14: Kupplung
15: Befestigung des Sensors
16: Sensormessachse
17: Nulllagegeberachse
18: Luftspalt, Abstand
19: Toleranzabsolutlage
20: Einstellbereich der Schaltwelle
21–26: Kennlinie
27: aktuelles Sensorsignal
28: aktueller Luftspalt
29: Signalmaximum
30: adaptierter minimaler Luftspalt
31: Kalibrierkonstante
32: Signal bei minimalem Luftspalt
33: Schaltwellenwinkel
34: gemessene Kennlinie
35: mathematische Kennlinie
36–40: gemessene Kennlinie
41–45: mathematische Kennlinie

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes, wobei die Schaltwelle (3) über einen vorbestimmten Einstellbereich (20) einstellbar ist und wobei ein Signalverlauf (21–26) eines Sensorsignals des Sensors (2) im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle (3) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20) ist, wobei das Verfahren umfasst: – Erfassen einer vorbestimmten Einstellposition der Schaltwelle (3), – Erfassen eines zugehörigen Sensorsignals des Sensors (2), und – Bestimmen einer Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle (3) aus der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle (3) ein Auswählen einer Kennlinie (21–26) aus einem Kennfeld des Sensors (2) mit Hilfe der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (2) einen Abstand (18) zu einem Geber (4) misst, wobei der Abstand (18) zwischen dem Geber (4) und dem Sensor (2) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20) der Schaltwelle (3) veränderbar ist, wobei die vorbestimmte Einstellposition (8) der Schaltwelle (3) eine Position ist, in welcher der Abstand (18) zwischen dem Geber (4) und dem Sensor (2) minimal ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei vorbestimmte Einstellpositionen der Schaltwelle (3) und zwei zugehörige Sensorsignale erfasst werden, wobei die zwei Sensorsignale ein Signalmaximum und ein Signalminimum des Signalverlaufs (21–26) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20) umfassen, und wobei die Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle (3) durch Auswählen einer Kennlinie (21–26) aus einem Kennfeld des Sensors (2) mit Hilfe der Differenz aus Signalmaximum und Signalminimum bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle (3) ein Bestimmen von Koeffizienten einer Funktion, welche eine Abhängigkeit des Sensorsignals von der Einstellposition angibt, mit Hilfe der erfassten vorbestimmten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner umfasst: – Bestimmen von mehreren getrennten Signalbereichen des Sensorsignals aus der bestimmten Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals und der Einstellung der Schaltwelle (3), und – Zuordnen der vorbestimmten Einstellposition und/oder der weiteren vorbestimmten Einstellpositionen der Schaltwelle (3) zu den bestimmten Signalbereichen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Einstellposition und/oder die weiteren vorbestimmten Einstellpositionen der Schaltwelle (3) eine Einstellposition, in der ein bestimmter Gang des Getriebes eingelegt ist, und/oder eine Neutralposition, in der kein Gang eingelegt ist, umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei in den weiteren vorbestimmten Einstellpositionen weitere zugehörige Sensorsignale erfasst werden und die mehreren getrennten Signalbereiche zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten weiteren zugehörigen Sensorsignale bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere zugehörige Sensorsignale zu unterschiedlichen Zeitpunkten für eine vorbestimmte Einstellposition erfasst werden, und wobei das zugehörige Sensorsignal durch eine Medianwertbestimmung der mehreren zugehörigen Sensorsignale bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Einstellposition und/oder die weiteren vorbestimmten Einstellpositionen der Schaltwelle aus fahrdynamischen Größen (10, 12, 14) des Fahrzeugs ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrdynamischen Größen (10, 12, 14) eine Geschwindigkeit (10) des Fahrzeugs, eine Drehzahl (12) eines Motors des Fahrzeugs, ein effektives Motormoment des Motors und/oder einen Verbindungszustand einer Kupplung (14) des Fahrzeugs umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehender Ansprüche, umfassend ein Überprüfen, ob sich das von dem Sensor (2) erzeugte Sensorsignal in einem vorbestimmten Wertebereich befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich während eines Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) einen Hall-Sensor (2) umfasst, wobei durch Einstellen der Schaltwelle (3) ein Abstand (18) zwischen dem Hall-Sensor (2) und einem Geber (4) verändert wird.
Verfahren zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes eines Fahrzeugs mittels eines Sensors, wobei die Schaltwelle (3) über einen vorbestimmten Einstellbereich (20) einstellbar ist, wobei das Verfahren umfasst: – Erfassen eines Sensorsignals des Sensor (2), wobei ein Signalverlauf (21–26) des Sensorsignal im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle (3) über dem vorbestimmten Einstellbereich ist, und – Bestimmen der Einstellposition der Schaltwelle (3) in Abhängigkeit des erfassten Sensorsignals und einer vorbestimmten Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle (3).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle (3) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14 bestimmt wird.
Sensor zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes, wobei der Sensor (2) zum Erfassen eines Abstands (18) zwischen dem Sensor (2) und einem Geber (4) ausgestaltet ist, wobei die Schaltwelle (3) über einen vorbestimmten Einstellbereich (20) einstellbar ist und der Abstand (18) zwischen dem Geber (4) und dem Sensor (2) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20) der Schaltwelle (3) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalverlauf (21–26) eines Sensorsignals des Sensors (2) im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle (3) über den vorbestimmten Einstellbereich (20) ist.
Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) einen Hall-Sensor (2) umfasst.
Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors zum Erfassen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes, wobei die Schaltwelle (3) über einen vorbestimmten Einstellbereich (20) einstellbar ist und wobei ein Signalverlauf (21–26) eines Sensorsignals des Sensors (2) im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle (3) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20) ist, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine Erfassungseinheit (7) zum Erfassen einer vorbestimmten Einstellposition der Schaltwelle (3), und – eine Verarbeitungseinheit (6), welche mit dem Sensor (2) und der Erfassungseinheit (7) gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungseinheit (6) ausgestaltet ist, die vorbestimmte Einstellposition der Schaltwelle (3) mit Hilfe der Erfassungseinheit (7) zu erfassen, ein zugehöriges Sensorsignal des Sensors (2) für die vorbestimmte Einstellposition zu erfassen, und eine Abhängigkeit zwischen dem Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals und der Einstellposition der Schaltwelle (3) aus der erfassten Einstellposition und dem zugehörigen Sensorsignal zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–14 ausgestaltet ist.
System zum Bestimmen einer Einstellposition einer Schaltwelle eines Getriebes eines Fahrzeugs, wobei die Schaltwelle (3) über einen vorbestimmten Einstellbereich (20) einstellbar ist, wobei das System (1) umfasst: – einen Sensor (2) zum Erfassen eines Sensorsignals in Abhängigkeit einer Einstellposition der Schaltwelle (3), wobei ein Signalverlauf (21–26) des Sensorsignals im Wesentlichen monoton in Abhängigkeit einer Einstellung der Schaltwelle (3) über dem vorbestimmten Einstellbereich (20) ist, und – eine Verarbeitungseinheit (6), welche mit dem Sensor (2) gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungseinheit (6) ausgestaltet ist, die Einstellposition der Schaltwelle (3) in Abhängigkeit einer vorbestimmten Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und der Einstellung der Schaltwelle (3) und aus dem erfassten Sensorsignal zu bestimmen.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 oder 16 ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) den Sensor (2) nach einem der Ansprüche 17 oder 18 umfasst.
Verfahren zum Kalibrieren eines Magnetfeldsensors zum Bestimmen eines veränderlichen Abstands zwischen dem Magnetfeldsensor (2) und einem Geber (4), umfassend die Schritte: – Erfassen mehrere Sensorsignale des Magnetfeldsensors (2) bei unterschiedlichen Abständen (18) zwischen dem Magnetfeldsensor (2) und dem Geber (4), – Bestimmen eines Sensorsignalmaximums (29) der mehreren erfassten Sensorsignale, – Bestimmen eines adaptierten minimalen Abstandswerts (30) aus dem Sensorsignalmaximum (29) und einer vorgegeben Abhängigkeit (KL1) zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand (18), – Bestimmen eines Kalibrierkonstantenabstands (31) aus einem vorgegebenen Sensorsignal (32) bei einem Null-Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor (2) und dem Geber (4) und der vorgegeben Abhängigkeit (KL1) zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand (18), und – Bestimmen eines aktuellen Abstands (18) zwischen dem Magnetfeldsensor (2) und dem Geber (4) durch: – Erfassen eines aktuellen Sensorsignals (27) bei dem aktuellen Abstand (18), – Bestimmen eines unkorrigierten Abstands (28) aus dem aktuellen Sensorsignal (27) und der vorgegeben Abhängigkeit (KL1) zwischen dem Sensorsignal (27) und dem Abstand (18), und – Bestimmen des aktuellen Abstands (18) durch Subtrahieren des adaptierten minimalen Abstandswerts (30) von und Addieren des Kalibrierkonstantenabstands (31) zu dem unkorrigierten Abstand (28).
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Abhängigkeit (KL1) zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand (18) eine Kennlinie des Magnetfeldsensors (2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Abhängigkeit (KL1) zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand (18) eine mathematische Funktion zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen dem Sensorsignal und dem Abstand (18) des Magnetfeldsensors (2) umfasst.