DE102013205071A1 - Switching device for a change-speed gearbox of a motor vehicle - Google Patents
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- F16H—GEARING
- F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
- F16H59/68—Inputs being a function of gearing status
- F16H59/70—Inputs being a function of gearing status dependent on the ratio established
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein in einem Gehäuseelement (2) axial verschiebbares Schaltelement (3), wobei das Schaltelement (3) mit einer Sensorik (4, 5, 6) zur Erfassung der axialen Position (x) des Schaltelements (3) im Gehäuseelement (2) versehen ist. Um in die axiale Position des Schaltelements mit einem hohen Grad an Linearität erfassen zu können, umfasst die Sensorik erfindungsgemäß ein erstes Magnetelement (4), das an einer ersten axialen Position (x1) des Gehäuseelements (2) ortsfest angeordnet ist, ein zweite Magnetelement (5), das an einer zweiten axialen Position (x2) des Gehäuseelements (2) ortsfest angeordnet ist, und ein Sensorelement (6), das an dem Schaltelement (3) befestigt ist und zur Detektion der Richtung (T) eines Magnetfeldes ausgebildet ist.The invention relates to a switching device (1) for a gear change transmission of a motor vehicle, comprising a switching element (3) which can be axially displaced in a housing element (2), the switching element (3) having a sensor system (4, 5, 6) for detecting the axial position (x) of the switching element (3) is provided in the housing element (2). In order to be able to detect the axial position of the switching element with a high degree of linearity, the sensor system according to the invention comprises a first magnetic element (4), which is arranged in a fixed position at a first axial position (x1) of the housing element (2), a second magnetic element ( 5), which is arranged in a fixed position at a second axial position (x2) of the housing element (2), and a sensor element (6) which is fastened to the switching element (3) and is designed to detect the direction (T) of a magnetic field.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein in einem Gehäuseelement axial verschiebbares Schaltelement, wobei das Schaltelement mit einer Sensorik zur Erfassung der axialen Position des Schaltelements im Gehäuseelement versehen ist.The invention relates to a switching device for a change-speed gearbox of a motor vehicle, comprising a switching element axially displaceable in a housing element, wherein the switching element is provided with a sensor for detecting the axial position of the switching element in the housing element.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Eine Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art kommt insbesondere bei Handschaltgetrieben aber auch in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Dabei ist es vorteilhaft bzw. notwendig, die genaue axiale Position der Schaltelemente, insbesondere einer Schaltwelle, bestimmen zu können. A switching device of the generic type is used in particular in manual transmissions but also in automatic transmissions of motor vehicles. It is advantageous or necessary to be able to determine the exact axial position of the switching elements, in particular a switching shaft.
Gemäß einer vorbekannten Lösung basiert die Lageerkennung eines Schaltelements – insbesondere einer Schaltwelle – auf dem Prinzip eines geänderten Magnetfelds unter Nutzung des Hall-Effekts. Hiermit kann die Lage des Schaltelements detektiert werden. So offenbart die
Mit den vorbekannten Lösungen wird meist nur ein im wesentlichen schaltender Hallsensor verwendet. Ansätze für lineare Wegmessungen basieren auf einfachen Magneten, deren Flussdichte oder Winkelverlauf gemessen wird. With the previously known solutions usually only a substantially switching Hall sensor is used. Approaches for linear displacement measurements are based on simple magnets whose flux density or angle is measured.
Im Falle des Einsatzes von Hall-Schaltern erhält man nur binäre Zustandsinformation, keine exakte Position eines Schaltelements. Die Signale von Magneten, die für die lineare Wegmessung verwendet werden, weisen hohe Temperaturabhängigkeiten (Flussdichtemessung) oder eine hohe Nichtlinearität (Winkelverlaufmessung) auf, was nachteilig einen hohen Aufwand bezüglich der Kompensation, Linearisierung oder Einlernen in der konkreten Anwendung nach sich zieht. In the case of the use of Hall switches, one obtains only binary state information, no exact position of a switching element. The signals from magnets used for the linear displacement measurement have high temperature dependencies (flux density measurement) or high non-linearity (angle measurement), which disadvantageously entails a high outlay in terms of compensation, linearization or teach-in in the specific application.
Nachteilig ist weiterhin, dass insbesondere in der Anwendung als integrierte Sensorik in einem Linearlager die genannten magnetisch basierten Sensorsysteme nicht gut geeignet sind, da die ferromagnetischen Eigenschaften der Wälzkörper hier eine zu große und nicht herausrechenbare Störung des Signalverlaufs bewirken.A further disadvantage is that, especially in the application as integrated sensors in a linear bearing, the said magnetically based sensor systems are not well suited, since the ferromagnetic properties of the rolling elements cause a too large and not herausrechenbare disturbance of the waveform.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung mit einem Magnetsystem zur axialen Positionserfassung zur Verfügung zu stellen, welches sich durch einen hohen Grad an Linearität auszeichnet. Hiermit soll erreicht werden, dass die genaue axiale Positionserfassung abgesehen von einem Offsetabgleich ohne oder nur mit geringen Korrekturmaßnahmen möglich wird. Des weiteren soll das System in einem Linearlager robust gegenüber unvorhersehbaren Relativbewegungen von Wälzkörpern sein.The present invention has for its object to provide a generic switching device with a magnetic system for axial position detection available, which is characterized by a high degree of linearity. This is to ensure that the exact axial position detection is possible without offset correction or only with little corrective measures. Furthermore, the system should be robust in a linear bearing against unpredictable relative movements of rolling elements.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik zur Bestimmung der axialen Lage des Schaltelements umfasst:
ein erstes Magnetelement, das an einer ersten axialen Position des Gehäuseelements ortsfest angeordnet ist,
ein zweite Magnetelement, das an einer zweiten axialen Position des Gehäuseelements ortsfest angeordnet ist, und
ein Sensorelement, das an dem Schaltelement befestigt ist und zur Detektion der Richtung eines Magnetfeldes ausgebildet ist.The solution of this problem by the invention is characterized in that the sensor system for determining the axial position of the switching element comprises:
a first magnetic element, which is fixedly arranged at a first axial position of the housing element,
a second magnetic member which is fixedly arranged at a second axial position of the housing member, and
a sensor element fixed to the switching element and configured to detect the direction of a magnetic field.
Die beiden Magnetelemente sind dabei bevorzugt Permanentmagneten. Sie können als rechteckförmige oder zylindrisch ausgebildete Stabmagneten ausgebildet sein.The two magnetic elements are preferably permanent magnets. They can be designed as rectangular or cylindrically shaped bar magnet.
Die beiden Magnetelemente sind vorzugsweise hinsichtlich des von ihnen erzeugten Magnetfeldes gegensinnig zueinander angeordnet.The two magnetic elements are preferably arranged in opposite directions with respect to the magnetic field generated by them.
Die beiden Magnetelemente sind weiter bevorzugt so angeordnet sind, dass die aus der Mitte der Magnetelemente austretenden Magnetfeldlinien senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung des Schaltelements stehen. Sie sind dabei vorzugsweise in gleichem Abstand von einer Achse des Schaltelements entfernt angeordnet.The two magnetic elements are further preferably arranged so that the magnetic field lines emerging from the center of the magnetic elements are perpendicular to the axial direction of movement of the switching element. They are preferably arranged at the same distance away from an axis of the switching element.
Das Sensorelement wird bevorzugt relativ zu den beiden Magnetelementen in einem gleichbleibenden Abstand unter Bildung eines Luftspalts geführt. Es steht vorzugsweise mit einer Auswerteeinrichtung in Verbindung, die zur Umrechnung der gemessenen Magnetfeldrichtung in eine axiale Position ausgebildet ist. Das Sensorelement kann generell nach Art einer Kompassnadel arbeiten, die die Richtung des Magnetfeldes anzeigt.The sensor element is preferably guided relative to the two magnetic elements at a constant distance to form an air gap. It is preferably connected to an evaluation device, which is designed to convert the measured magnetic field direction into an axial position. The sensor element may generally operate in the manner of a compass needle indicating the direction of the magnetic field.
Das Schaltelement ist insbesondere eine axial verschiebliche und verdrehbare Schaltwelle zum Wählen und Schalten von Gangstellungen. Die Schaltvorrichtung kann Bestandteil eines Handschaltgetriebes oder eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs sein. The switching element is in particular an axially displaceable and rotatable switching shaft for selecting and switching gear positions. The switching device may be part of a manual transmission or an automatic transmission of a motor vehicle.
Gemäß dem vorgeschlagenen Konzept wird also ein lineares Wegsignal bereitgestellt, das eine genaue axiale Positionsbestimmung eines Schaltelements (Schaltwelle oder Schaltstange) in einem Getriebe zulässt. Hierzu wird das von zwei Magneten erzeugte Magnetfeld hinsichtlich der Richtung von einem Sensorelement erfasst und hieraus die axiale Lage bestimmt. Die beiden Magneten sind in Messrichtung hintereinander angeordnet. Die Magnetfeldrichtung ist dann proportional zur axialen Position und unempfindlich gegen Störgrößen. According to the proposed concept, therefore, a linear displacement signal is provided which allows a precise axial position determination of a switching element (shift shaft or shift rod) in a transmission. For this purpose, the magnetic field generated by two magnets is detected with respect to the direction of a sensor element and from this determines the axial position. The two magnets are arranged one behind the other in the measuring direction. The magnetic field direction is then proportional to the axial position and insensitive to disturbances.
Ermöglicht wird dies durch die Verwendung zweier Magneten, die entgegengesetzt zueinander magnetisiert und in Messrichtung nebeneinander angeordnet sind. Bei geeignetem Abstand zwischen den Magneten ergibt sich für einen bestimmen Luftspalt über dem Messweg vorteilhaft ein minimaler Linearitätsfehler der Messgröße. Ferner ist der ideale Luftspalt in dieser Konfiguration kleiner als die typischen Luftspalte mit einfachen Magneten, was zusätzlich positiv auf die Integrierbarkeit der Lösung wirkt. This is made possible by the use of two magnets, which are magnetized opposite to each other and arranged side by side in the measuring direction. With a suitable distance between the magnets, a minimum linearity error of the measured variable advantageously results for a specific air gap over the measuring path. Furthermore, the ideal air gap in this configuration is smaller than the typical air gaps with simple magnets, which additionally has a positive effect on the integrability of the solution.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Änderung der erfassten Magnetfeldrichtung in dem vorgeschlagenen System um ein Vielfaches größer ist als bei einfachen Magneten. Das bedeutet, dass sich gleich starke Störungen, z. B. durch Relativbewegungen ferromagnetischer Wälzkörper, deutlich geringer auf die Signalqualität auswirken. A further advantage is that the change in the detected magnetic field direction in the proposed system is many times greater than with simple magnets. This means that equally strong disturbances, eg. B. by relative movements of ferromagnetic rolling elements, significantly lower impact on the signal quality.
Die beiden Magneten fungieren also als Geber für den Sensor zur Ermittlung der Magnetfeldrichtung.The two magnets thus act as encoders for the sensor for determining the magnetic field direction.
Für einen optimalen Kennlinienverlauf kann fachmännisch ein Anpassen der Abstände der Magneten voneinander und der Größe des Luftspalts erfolgen.For an optimal characteristic curve can be expertly adjusted the distances of the magnets from each other and the size of the air gap.
Besonders eignet sich die vorgeschlagene Lösung für die lineare Lageermittlung eines Schaltelements in einem Linearlager in einem Getriebe wegen des nur kleinen notwendigen Luftspalts und der Robustheit gegenüber Störungen. Weiterhin wird nur ein geringer Bauraum benötigt, was gleichermaßen vorteilhaft ist. Particularly, the proposed solution for the linear position detection of a switching element in a linear bearing in a transmission because of the only small necessary air gap and the robustness against interference. Furthermore, only a small space is needed, which is equally advantageous.
Vorteilhaft ist auch, dass eine Integration der vorgeschlagenen Lösung in bestehende Getriebesysteme möglich ist, ohne deren Konzepte zu ändern; die äußeren Abmessungen und somit die mechanischen Schnittstellen bleiben unverändert. It is also advantageous that an integration of the proposed solution in existing transmission systems is possible without changing their concepts; the outer dimensions and thus the mechanical interfaces remain unchanged.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the figures, an embodiment of the invention is shown. Show it:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
In
Die Ermittlung der axialen Position x der Schaltwelle
Die Sensorik umfasst ein erstes Magnetelement
Zur Sensorik gehört des weiteren ein Sensorelement
Aufgrund des von den beiden Magnetelementen
Dies ist in
Die Ermittlung der axialen Position x aus dem Winkel α erfolgt in einer Auswerteeinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaltvorrichtung switching device
- 22
- Gehäuseelement housing element
- 33
- Schaltelement (Schaltwelle) Switching element (switching shaft)
- 4, 5, 64, 5, 6
- Sensorik sensors
- 44
- erstes Magnetelement first magnetic element
- 55
- zweites Magnetelement second magnetic element
- 66
- Sensorelement sensor element
- 77
- Luftspalt air gap
- 88th
- Auswerteeinrichtung evaluation
- 99
- Schaltgabel shift fork
- xx
- axiale Position axial position
- x1 x 1
- erste axiale Position first axial position
- x2 x 2
- zweite axiale Position second axial position
- ss
- Abstand distance
- AA
- Achse des Schaltelements Axis of the switching element
- TT
- lokale Richtung des Magnetfeldes local direction of the magnetic field
- αα
- lokaler Winkel des Magnetfeldes local angle of the magnetic field
- SS
- Südpol South Pole
- NN
- Nordpol North Pole
- MM
- Messbereich measuring range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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