DE102009049220A1

DE102009049220A1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zur Erfassung der Position eines in mindestens zwei Richtungen verschiebbaren Hebels, insbesondere Getriebewählhebels in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009049220A1
Application number: DE102009049220A
Authority: DE
Inventors: Silke Blass
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: DE102009049220B4

Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position eines in mindestens zwei Richtungen verschiebbaren Hebels, insbesondere Getriebewählhebels, mit einer ersten Messeinheit zur Erfassung der Position des Hebels bezogen auf eine erste Richtung ist die Messeinheit mit einer Auswerteeinheit verbunden, die derart ausgestaltet ist, dass einem definierten Spannungsbereich des Spannungssignals der ersten Messeinheit eine einzige erste Position zugeordnet ist und dass mindestens einem anderen Spannungsbereich dieses Spannungssignals mindestens eine andere Position zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung der Position eines in mindestens zwei Richtungen verschiebbaren Hebels, insbesondere Getriebewählhebels in einem Kraftfahrzeug, nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Beispielsweise aus der DE 42 37 983 C2 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem im Rahmen einer Kupplungssteuerung ein Schalthebelsensor zur Gangerkennung und ein Gangstellungssensor zur Erkennung der Neutralstellung N vorgesehen ist.
Es ist eine Vielzahl von Anwendungen in Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem die Position des Gangwählhebels oder eines anderen Hebels erfasst wird, um abhängig davon eine Softwarefunktion auszuführen. Beispielsweise ist bei sogenannten Motor-Start-Stopp-Funktionen (z. B. BMW Fahrzeuge der 1er Reihe ab 2007) die Erfassung der Neutralstellung N eines manuellen Handschaltgetriebes erforderlich, um im Stillstand des Fahrzeuges den Motor automatisch abzuschalten. Intern ist weiterhin erwünscht, eine derartige Motor-Start-Stopp-Funktion abhängig von der Rückwärtsgangstellung R zu steuern, um bei einem Rangiervorgang das automatische Abstellen des Motors bei nur kurzzeitiger Erkennung der Neutralstellung des Gangwählhebels zu unterbinden.
Eine derartige Motor-Start-Stopp-Funktion ist üblicherweise in einem elektronischen Steuergerät, insbesondere Brennkraftmaschinensteuergerät, integriert. Bei derartigen bereits vorhandenen elektronischen Steuergeräten ist eine Funktionserweiterung schwierig, wenn ein zusätzliches Sensorsignal eine Pin-Erweiterung am Steuergerätestecker erfordert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Funktionserweiterung eines mit einem verstellbaren Hebel zusammenhängenden Funktionsumfanges auf sichere und einfache Weise zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 vorrichtungsmäßig und des Patentanspruchs 5 verfahrensmäßig gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position eines in mindestens zwei Richtungen verschiebbaren Hebels, insbesondere Getriebewählhebels in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten Messeinheit zur Erfassung der Position des Hebels bezogen auf eine erste Richtung ist die Messeinheit mit einer Auswerteeinheit verbunden, die derart ausgestaltet ist, dass einem definierten Spannungsbereich des Spannungssignals der ersten Messeinheit eine einzige erste Position zugeordnet ist und dass mindestens einem anderen Spannungsbereich dieses Spannungssignals mindestens eine andere Position zugeordnet ist.
Somit können mit nur einer Messeinheit zumindest zwei Positionen auf unterschiedlichen Ebenen in der ersten Richtung (z. B. y-Richtung) erkannt werden, auch wenn die beiden Positionen zusätzlich auf unterschiedlichen Ebenen in der zweiten Richtung (z. B. x-Richtung) liegen, wie insbesondere üblicherweise die Neutralstellung und die Rückwärtsgangstellung bei Gangwählhebeln. Die Auswerteeinheit kann dabei mit der Messeinheit eine mechatronische Einheit in der Nähe des Gangwählhebels bilden, die ihrerseits vorzugsweise mit einem ohnehin vorhandenen elektronischen Steuergerät verbunden ist, das für den gewünschten Funktionsumfang, wie beispielsweise eine Motor-Start-Stopp-Funktion, zuständig ist. Die Auswerteeinheit ist hierbei vorzugsweise über eine einzige (analoge) Signalleitung mit dem Steuergerät verbunden.
Sind mehr als zwei Positionen zu erfassen, wobei mindestens zwei Positionen auf der gleichen Ebene in der ersten Richtung (z. B. y-Richtung) liegen, ist die Auswerteeinheit vorzugsweise weiterhin mit einer zweiten Messeinheit zur Erfassung der Position des Hebels bezogen auf die zweite Richtung verbunden. Die Auswerteeinheit ist weiterhin derart ausgestaltet, dass bei Vorliegen eines definierten Spannungsbereiches des Spannungssignals der zweiten Messeinheit nur dann eine bestimmte diesem Spannungsbereich zugeordnete Position erkannt wird, wenn das Spannungssignal der ersten Messeinheit außerhalb des definierten Spannungsbereiches für die Erkennung der ersten Position liegt.
Zusammengefasst werden in der Auswerteeinheit die zu erkennenden Positionen – bei mehr als zwei zu erkennenden Positionen – über eine Matrix aus je zwei Spannungsbereichen definiert, ein erster Spannungsbereich in der ersten Richtung und ein zweiter Spannungsbereich in der zweiten Richtung.
Beispielsweise bei der Anwendung der Erfindung zur Erfassung einer Position eines Getriebewählhebels bei Handschaltgetrieben kann eine Position, wie beispielsweise die Leerlaufposition oder Neutralstellung, einem größeren Verstellbereich zugeordnet sein. Durch die Zuordnung einer Position einem definierten (größeren) Spannungsbereich des Spannungssignals einer Messeinheit kann somit nicht nur die konkrete Position als Einzelinformation, ähnlich einer digitalen Information „liegt vor” oder „liegt nicht vor”, sondern auch die Position hinsichtlich ihrer Stellung in ihrem gesamten Verstellbereich zumindest in einer Richtung, ähnlich einem linear verlaufenden Analogsignal, erfasst werden. Dies ist bei einer Anwendung der Erfindung auf die Leelaufposition des Getriebewählhebels bei Handschaltgetrieben besonders vorteilhaft, da insbesondere diese Leerlaufposition im Unterschied zu anderen Gang-Positionen bekanntlich einen besonders großen Verstellbereich aufweist. Unter dem Begriff „Position” wird somit sowohl eine konkrete Position als auch vorzugsweise die momentane Stellung in einem einer konkreten Position zugeordneten und erfassbaren Verstellbereich verstanden.
Einerseits eine Weiterbildung der oben genannten Erfindung und andererseits auch ein eigenständiger Erfindungsgedanke ist folgende Maßnahme:
Wenn die bzw. eine Auswerteeinheit zur Erfassung der Position eines in mindestens zwei Richtungen verschiebbaren Hebels, insbesondere Getriebewählhebels in einem Kraftfahrzeug, mehrere erkennbare Positionen an ein elektronisches Steuergerät zu übermitteln hat und dabei nur eine einzige (oder zu wenige) Signalleitung(en), insbesondere für eine pulsbreitenmoduliertes Signal, zur Verfügung steht (stehen), werden erfindungsgemäß mehrere (oder alle) erkennbare Positionen und gegebenenfalls auch andere Informationen (wie z. B. Sensorfehler) über eine Signalleitung jeweils mit pulsbreitenmodulierten Signalen unterschiedlicher Tastverhältnisse oder Tastverhältnisbereiche übermittelt.
Mit dieser Erfindung werden erstens stets weniger Sensoren als zu erkennende Positionen und/oder zweitens weniger analoge Signalleitungen als zu übertragene Signale benötigt.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels genauer dargestellt. Sie zeigt schematisch die für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung erforderlichen Hauptkomponenten.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltkulisse S für einen Gangwählhebel H in einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe. Die Schaltkulisse S zeigt eine übliche H-Schaltung, in der der Gangwählhebel H beispielweise zum Einlegen der Positionen N, R, 1, 2, 3 und 4 in zwei Richtungen, nämlich einer x-Richtung und einer y-Richtung verschiebbar ist. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung besteht zumindest aus einer ersten Messeinheit SY zur Erfassung zumindest der Positionen N und R des Hebels H bezogen auf eine erste Richtung, hier die y-Richtung, sowie aus einer mit dieser Messeinheit SY verbundenen Auswerteeinheit A.
Die Auswerteeinheit A ist derart ausgestaltet, dass einem definierten Spannungsbereich BN des Spannungssignals Uy der ersten Messeinheit SY eine einzige erste Position N zugeordnet und mindestens einem anderen Spannungsbereich mindestens eine der anderen Positionen R, 1, 2, 3 oder 4 zugeordnet sind. Durch den vorzugsweise verhältnismäßig breit definierten Spannungsbereich BN in y-Richtung soll die „Position” N möglichst genau in Form einer momentanen Stellung des Getriebewählhebels H in dem der konkreten Position N zugeordneten und erfassbaren Verstellbereich in y-Richtung beobachtet werden. Beispielsweise enthält die Auswerteeinheit A hierzu einen Mikroprozessor und ein entsprechendes Softwareprogramm mit gespeicherten Datentabellen. Durch eine Datentabelle sind hier dem Spannungsbereich BO des Spannungssignals Uy die Positionen R, 1 und 3 zugeordnet. Dem Spannungsbereich BU des Spannungssignals Uy sind hier beispielweise die Positionen 2 und 4 zugeordnet. Die Anzahl der den anderen Spannungsbereichen BU und BO zugeordneten Positionen hängen von der mechanischen Ausgestaltung der Schaltkulisse S ab.
Vorzugsweise ist eine zweite Messeinheit SX zur Erfassung der Position des Hebels H bezogen auf die zweite Richtung x ebenfalls mit der Auswerteeinheit A verbunden. Die Auswerteeinheit A ist weiterhin derart ausgestaltet, dass bei Vorliegen eines definierten Spannungsbereiches BR des Spannungssignals Ux der zweiten Messeinheit SX nur dann eine bestimmte diesem Spannungsbereich zugeordnete Position, hier R, erkannt wird, wenn das Spannungssignal Uy der ersten Messeinheit SY – vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand (Übergang 1, siehe Tabelle unten) – außerhalb des definierten Spannungsbereiches BN für die Erkennung der ersten Position N, hier also vorzugsweise im Spannungsbereich BO, liegt. Sollen nur die Positionen N und R – also zwei unterschiedliche Positionen in unterschiedlichen y-Lagen – eindeutig erkannt werden, reicht das Vorliegen einer Spannung außerhalb des der einzigen ersten Position (hier N) zugeordneten Spannungsbereiches (hier BN) aus. Sollen zur einzigen ersten Position (hier N) hinzu mehr als nur eine andere Position in unterschiedlichen y-Lagen erkannt werden, z. B. zu R hinzu auch die Positionen 1, 2, 3 und 4, sind den unterschiedlichen y-Lagen zugeordnete Spannungsbereiche (hier BO und BU) erforderlich.
Vorzugsweise wird dann eine bestimmte andere Position R, 1, 2, 3 oder 4 durch eine jeder dieser Positionen eindeutig zugeordnete Kombination aus einem definierten Spannungsbereich (hier BR, B1/2 und B3/4) des Spannungssignals Ux und einem definierten Spannungsbereich (hier BO und BU) des Spannungssignals Uy. Dabei liegen die Spannungsbereiche BO und BU wieder – vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand (Übergang 1 und Übergang 2, siehe Tabelle unten) – außerhalb des definierten Spannungsbereiches BN für die Erkennung der ersten Position N.
Die Auswerteeinheit A ist über eine einzige Signalleitung mit einem elektronischen Steuergerät SG verbunden. Das Steuergerät SG erhält die jeweils von der Auswerteeinheit erkannte Position N oder R bzw. N, R, 1, 2, 3, oder 4 über ein pulsbreitenmoduliertes Signal PWM als Eingangssignal. In der Auswerteeinheit A beispielweise über weitere Datentabellen jeder bestimmten erkennbaren Position ein eigenes Tastverhältnis oder ein eigener Tastverhältnisbereich zur Ausgabe des pulsbreitenmodulierten Signals PWM zugeordnet.
1. Beispiel einer Datentabelle der Auswerteeinheit A – nur N und R müssen erkannt werden:

Uy: Ux: Position: PWM [%]

Fehler 1 95–100

Nicht BN BR R 80–95

Übergang 1 70–80

BN (unerheblich) N 30–70

Übergang 2 5–30

Fehler 2 0–5
Insbesondere durch den in diesem Beispiel verhältnismäßig großen Spannungsbereich BN und den daraus folgenden verhältnismäßig großen Tastverhältnisbereich des PWM Signals von hier 30% bis 70% kann die Position N in Form ihrer Stellung innerhalb ihres Verstellbereiches in y-Richtung gut aufgelöst beobachtet werden. Beispielsweise ein länger vorliegender Wert von 50% weist auf eine längere Anwahl der Position N hin, wogegen sich schnell ändernde Werte im Randbereich um 30% oder um 70% darauf schließen lassen, dass die Position N nur im Rahmen eines Gangwechsels kurz durchfahren wird. Im ersten Fall kann die Auswerteeinheit A beispielsweise ein automatisches Abstellen des Antriebsmotors zulassen, im zweiten Fall jedoch unterbinden.

2. Beispiel einer Datentabelle der Auswerteeinheit A – N, R, 1, 2, 3 und 4 müssen erkannt werden:

Uy:	Ux:	Position:	PWM [%]
		Fehler 2	95–100
BO	BR	R	80–95
BO	B1/2	1	65–80
BO	B3/4	3	50–65
BN	(unerheblich)	N	30–65
BU	B1/2	2	15–30
BU	B3/4	4	5–15
		Fehler 1	0–5

Durch diese matrixartigen Datentabellen werden sowohl weniger Sensoren als zu erkennende Positionen als auch weniger analoge Signalleitungen als zu übertragene Signale benötigt.
Die Erfassung einer Position in Form der momentanen Stellung des Hebels in dem einer konkreten Position zugeordneten Verstellbereich kann für jeden Verstellbereich in allen Richtungen vorgesehen werden. Hierbei spielt insbesondere die mögliche Auflösung durch das Ausmaß des einer konkreten Position zugeordneten Verstellbereiches eine Rolle. Durch die Vielzahl der zu erfassenden Positionen im 2. Beispiel ist nur eine geringe Auflösung zur Übertragung der erkannten Position über das PWM Signal möglich, so dass in diesem Fall gegebenenfalls lediglich konkrete Positionen erkannt und durch konkrete Tastverhältniswerte und nicht Tastverhältnisbereiche übertragen werden.
Die Messeinheiten SY und SX können magnetischer Art, z. B. Hallsensoren, sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4237983 C2 [0002]

Claims

Sensorvorrichtung zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) eines in mindestens zwei Richtungen (x, y) verschiebbaren Hebels (H), insbesondere Getriebewählhebels in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten Messeinheit (SY) zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) des Hebels (H) bezogen auf eine erste Richtung (y), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (SY) mit einer Auswerteeinheit (A) verbunden ist, die derart ausgestaltet ist, dass einem definierten Spannungsbereich (BN) des Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (SY) eine einzige erste Position (N) zugeordnet ist und dass mindestens einem anderen Spannungsbereich (BO; BU) dieses Spannungssignals (U_y) mindestens eine andere Position (R, 1, 3; 2, 4) zugeordnet ist.
Sensorvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Messeinheit (SX) zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) des Hebels (H) bezogen auf die zweiten Richtung (x) ebenfalls mit der Auswerteeinheit (A) verbunden ist, die weiterhin derart ausgestaltet ist, dass bei Vorliegen eines definierten Spannungsbereiches (BR) des Spannungssignals (U_x) der zweiten Messeinheit (SX) nur dann eine bestimmte diesem Spannungsbereich zugeordnete Position (R) erkannt wird, wenn das Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit außerhalb des definierten Spannungsbereiches (BN) für die Erkennung der ersten Position (N) liegt.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Messeinheit (SX) zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) des Hebels (H) bezogen auf die zweiten Richtung (x) ebenfalls mit der Auswerteeinheit (A) verbunden ist, die weiterhin derart ausgestaltet ist, dass eine bestimmte andere Position (R, 1, 2, 3, 4) durch eine jeder anderen Position (R, 1, 2, 3, 4) eindeutig zugeordnete Kombination aus einem definierten Spannungsbereich (BR, B1/2, B3/4) des Spannungssignals (U_x) der zweiten Messeinheit (SX) und einem definierten Spannungsbereich (BO, BU) des Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (SY) erkannt wird, wobei diese Spannungsbereiche (BO, BU) des Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (SY) außerhalb des definierten Spannungsbereiches (BN) für die Erkennung der ersten Position (N) liegt.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) über eine einzige Signalleitung mit einem elektronischen Steuergerät (SG) verbunden ist und dass das Steuergerät (SG) die jeweils von der Auswerteeinheit erkannte Position (N, R; N, R, 1, 2, 3, 4) über ein pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM) als Eingangssignal erhält, wobei in der Auswerteeinheit (A) jeder bestimmten erkennbaren Position ein eigenes Tastverhältnis oder ein eigener Tastverhältnisbereich zur Ausgabe des pulsbreitenmodulierten Signals (PWM) zugeordnet ist.
Verfahren zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) eines in mindestens zwei Richtungen (x, y) verschiebbaren Hebels (H), insbesondere Getriebewählhebels in einem Kraftfahrzeug, mittels einer ersten Messeinheit (SY) zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) des Hebels (H) bezogen auf eine erste Richtung (y), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auswerteeinheit (A), mit der die Messeinheit (SY) verbunden ist, einem definierten Spannungsbereich (BN) des Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (SY) eine einzige erste Position (N) zugeordnet wird und dass mindestens einem anderen Spannungsbereich (BO; BU) dieses Spannungssignals (U_y) mindestens eine andere Position (R, 1, 3; 2, 4) zugeordnet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (A), mit der eine zweite Messeinheit (SX) zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) des Hebels (H) bezogen auf die zweiten Richtung (x) ebenfalls verbunden ist, bei Vorliegen eines definierten Spannungsbereiches (BR) des Spannungssignals (Ux) der zweiten Messeinheit (SX) nur dann eine bestimmte diesem Spannungsbereich zugeordnete Position (R) erkannt wird, wenn das Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand) außerhalb des definierten Spannungsbereiches (BN) für die Erkennung der ersten Position (N) liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (A), mit der eine zweite Messeinheit (SX) zur Erfassung der Position (R, N, 1, 2, 3, 4) des Hebels (H) bezogen auf die zweiten Richtung (x) ebenfalls verbunden ist, eine bestimmte andere Position (R, 1, 2, 3, 4) durch eine jeder anderen Position (R, 1, 2, 3, 4) eindeutig zugeordnete Kombination aus einem definierten Spannungsbereich (BR, B1/2, B3/4) des Spannungssignals (U_x) der zweiten Messeinheit (SX) und einem definierten Spannungsbereich (BO, BU) des Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (SY) erkannt wird, wobei die Spannungsbereiche (BO, BU) des Spannungssignals (U_y) der ersten Messeinheit (SY) (vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand) außerhalb des definierten Spannungsbereiches (BN) für die Erkennung der ersten Position (N) liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (A) über eine einzige Signalleitung einem elektronischen Steuergerät (SG) die jeweils von der Auswerteeinheit erkannte Position (N, R; N, R, 1, 2, 3, 4) über ein pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM) übermittelt wird, wobei in der Auswerteeinheit (A) jeder bestimmten erkennbaren Position ein eigenes Tastverhältnis oder ein eigener Tastverhältnisbereich zur Ausgabe des pulsbreitenmodulierten Signals (PWM) zugeordnet wird.