DE102013221673A1

DE102013221673A1 - Bauteil, Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position des Bauteils und zur Drehzahlermittlung des Bauteils

Info

Publication number: DE102013221673A1
Application number: DE201310221673
Authority: DE
Inventors: Ingo Lippenberger; Stefan Hakspiel; Christoph Braun; Dominic Bezikofer; Frank Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US9518615B2; CN104565348B; CN104565348A; US20150114788A1

Abstract

Es wird ein Bauteil (2), insbesondere ein Schaltelement einer Getriebeeinrichtung, das um eine Mittelachse (14) drehbar und in axialer Richtung (y) verstellbar ist, mit einer das Bauteil (2) umfangsseitig umlaufenden und zum Zusammenwirken mit einer Sensorvorrichtung (4) vorgesehenen Geberkontur (5) beschrieben. Die Geberkontur (5) weist wenigstens einen ersten zur Ermittlung einer Position des Bauteils (2) in axialer Richtung (y) vorgesehenen Bereich (7) auf, wobei eine Oberfläche (11) des ersten Bereichs (7) in axialer Richtung (y) mit einer variierenden radialen Erstreckung bezüglich der Mittelachse (14) ausgeführt ist. Die Geberkontur (5) weist zur Drehzahlermittlung des Bauteils (2) mehrere zweite Bereiche (8) auf, wobei sich ein Verlauf einer radialen Erstreckung einer Oberfläche (20) der zweiten Bereiche (8) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) von einem Verlauf einer radialen Erstreckung der Oberfläche (11) der ersten Bereiche (7) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) unterscheidet. In Umfangsrichtung (n) des Bauteils (2) ist die Geberkontur abwechselnd mit ersten Bereichen (7) und zweiten Bereichen (8) ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Schaltelement einer Getriebeeinrichtung, das um eine Mittelachse drehbar und in axialer Richtung verstellbar ist und eine das Bauteil umfangsseitig umlaufende und zum Zusammenwirken mit einer Sensorvorrichtung vorgesehene Geberkontur aufweist, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art, eine Vorrichtung mit einem derartigen Bauteil und einer Sensorvorrichtung gemäß der im Patentanspruch 6 näher definierten Art und ein Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position und einer Drehzahl eines drehbar gelagerten und in axialer Richtung verstellbaren Bauteils gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 12 näher definierten Art.
Aus der Praxis ist eine als Hohlwelle ausgeführte Klaue einer Getriebeeinrichtung bekannt, die durch eine axiale Verstellbewegung zwischen einer ersten Endposition, in der die Klaue drehbar gegenüber einer Welle der Getriebeeinrichtung angeordnet ist, und einer zweiten Endposition, in der die Klaue drehfest mit der Welle der Getriebeeinrichtung verbunden ist, verlagerbar ist. Wenn von einer elektronischen Getriebesteuerung, beispielsweise aufgrund von ansteigenden Drehzahlen, ein Schaltwunsch, d. h. eine Überführungsbewegung der Klaue zwischen der ersten Endposition und der zweiten Endposition, ermittelt wird, ist es zur Durchführung der Verlagerungsbewegung der Klaue einerseits erforderlich, die aktuelle Position der Klaue in axialer Richtung und die vorliegende Differenzdrehzahl zwischen der Welle und der Klaue zu kennen.
Um die Position der Klaue in axialer Richtung zu ermitteln, ist es bekannt, die Klaue mit einer die Klaue umfangsseitig umlaufenden Geberkontur auszuführen und eine mit der Geberkontur zusammenwirkende Sensoreinrichtung vorzusehen. Eine Oberfläche der Geberkontur ist hierbei mit einem umlaufenden V-förmigen Querschnitt ausgeführt. Die Sensoreinrichtung weist zur Ermittlung der axialen Position der Klaue zwei in axialer Richtung des Bauteils zueinander beabstandete Messeinrichtungen, insbesondere so genannte Hallzellen, und einen bezüglich der Klaue auf einer den Messeinrichtungen abgewandten Seite angeordneten Permanentmagneten auf. Mittels der Messeinrichtungen ist jeweils ein Abstand zwischen einem die jeweilige Messeinrichtung aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung und der Oberfläche der Geberkontur wiedergebenden Messsignal ermittelbar. Ein durch eine Differenzbildung der beiden Messsignale gebildetes Sensorsignal wird durch eine Störeinflüsse eliminierende Filtereinrichtung in ein Nutzsignal umgewandelt, aus dem die jeweils aktuelle axiale Position der Klaue ermittelt werden kann.
Eine aktuelle Drehzahl der Klaue wird bei bekannten Getriebeeinrichtungen beispielsweise über einen an einem weiteren Bauteil der Getriebeeinrichtung angeordneten Drehzahlsensor ermittelt, wobei die Drehzahl der Klaue über bekannte feste Übersetzungsverhältnisse aus den von diesem Drehzahlsensor gemessenen Drehzahlen bestimmbar ist. Ist eine derartige Drehzahlermittlung der Klaue nicht möglich, weil beispielsweise undefinierte Übersetzungsverhältnisse vorliegen, ist die Drehzahl der Klaue direkt im Bereich der Klaue zu ermitteln. Entsprechend ist im Bereich der Klaue eine weitere Geberkontur vorgesehen, welche mit einer weiteren Sensorvorrichtung zusammenwirkt. Durch das Vorsehen der weiteren Geberkontur ist ein Bauraumbedarf der Klaue in axialer Richtung der Klaue nachteilhafterweise groß.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein drehbares und axial verstellbares Bauteil, eine Vorrichtung mit einem derartigen Bauteil und einer Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position und zur Drehzahlermittlung eines drehbaren und axial verstellbaren Bauteils mit einer Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen jeweils zur Ermittlung einer axialen Position und einer Drehzahlermittlung des Bauteil lediglich ein geringer Bauraum in axialer Richtung des Bauteils benötigt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
Das erfindungsgemäße Bauteil, insbesondere ein Schaltelement einer Getriebeeinrichtung, das um eine Mittelachse drehbar und in axialer Richtung verstellbar ist, ist mit einer das Bauteil umfangsseitig umlaufenden und zum Zusammenwirken mit einer Sensorvorrichtung vorgesehenen Geberkontur ausgeführt, die wenigstens einen zur Ermittlung einer Position des Bauteils in axialer Richtung vorgesehenen ersten Bereich aufweist, wobei eine Oberfläche des ersten Bereichs in axialer Richtung des Bauteils mit einer variierenden radialen Erstreckung bezüglich der Mittelachse ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß weist die Geberkontur zur Drehzahlermittlung des Bauteils mehrere zweite Bereiche auf, wobei sich ein Verlauf einer radialen Erstreckung einer Oberfläche der zweiten Bereiche in axialer Richtung des Bauteils von einem Verlauf einer radialen Erstreckung der Oberfläche der ersten Bereiche in axialer Richtung des Bauteils unterscheidet und die Geberkontur in Umfangsrichtung des Bauteils abwechselnd mit ersten Bereichen und zweiten Bereichen ausgeführt ist.
Zur Ermittlung einer axialen Position des Bauteils und zur Drehzahlermittlung des erfindungsgemäßen Bauteils ist vorteilhafterweise in axialer Richtung nur ein geringer Bauraum erforderlich, da sowohl die axiale Position des Bauteils als auch die Drehzahl des Bauteils durch ein Zusammenwirken einer Sensorvorrichtung mit einer einzigen gemeinsamen Geberkontur des Bauteils ermittelbar sind. Zur Drehzahlermittlung des Bauteils wird insbesondere der Effekt ausgenutzt, dass von einer Sensorvorrichtung bei einer Drehung des Bauteils der Übergang von einem ersten Bereich zu einem in Umfangsrichtung des Bauteils direkt an den ersten Bereich grenzenden zweiten Bereich der Geberkontur durch den sich voneinander unterscheidenden Verlauf in axialer Richtung des Bauteils auf einfache Weise detektierbar ist und durch eine entsprechende Auswertung eines zeitlichen Verlaufs der jeweiligen Übergänge bzw. Luftspaltsprünge zwischen den ersten und zweiten Bereichen auf einfache Weise eine Drehzahlinformation gewonnen werden kann. Die axiale Position des Bauteils ist von einer Sensorvorrichtung auf einfache Weise über ein Zusammenwirken mit den ersten Bereichen der Geberkontur möglich, wobei hierbei der in axialer Richtung variierenden Verlauf der radialen Erstreckung der Oberfläche der ersten Bereiche ausgenutzt wird.
Die Geberkontur ist vorzugsweise auf einer der Mittelachse abgewandten Seite des Bauteils angeordnet, kann aber bei einem als Hohlwelle ausgeführten Bauteil auch auf einer der Mittelachse zugewandten Seite des Bauteils angeordnet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Bauteils ist die Oberfläche der ersten Bereiche in axialer Richtung des Bauteils jeweils mit zwei aneinandergrenzenden Abschnitten ausgeführt, wobei eine radiale Erstreckung der Oberfläche der ersten Bereiche im ersten Abschnitt in einer axialen Richtung des Bauteils betrachtet einen monoton steigenden Verlauf und eine radiale Erstreckung der Oberfläche der ersten Bereiche im zweiten Abschnitt in der axialen Richtung des Bauteils betrachtet einen monoton fallenden Verlauf oder umgekehrt aufweist.
Insbesondere wenn die Geberkontur in den ersten Bereichen im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Mittelachse des Bauteils und durch den aneinander grenzenden Bereich der beiden Abschnitte verlaufenden Ebene ausgeführt ist, ist eine axiale Position des Bauteils auf besonders einfache Art und Weise von einer Sensorvorrichtung bestimmbar. Die Oberfläche der ersten Bereiche weist dabei insbesondere einen V-förmigen Querschnitt auf, wobei im aneinander grenzenden Bereich der beiden Abschnitte eine radiale Erstreckung der Oberfläche der ersten Bereiche einen maximalen oder einen minimalen Wert aufweisen kann.
Zur Ermittlung der axialen Position des Bauteils kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils in einem von einem miteinander verbundenen Bereich abweisenden Bereich eine radiale Erstreckung von der Mittelachse im Wesentlichen über eine geringe axiale Erstreckung des Bauteils konstant ist und hierdurch jeweils ein Schulterbereich der Geberkontur gebildet wird.
Zur Drehzahlermittlung des Bauteils ist es insbesondere in Kombination mit einer einen V-förmigen Querschnitt aufweisenden Oberfläche der ersten Bereiche besonders vorteilhaft, wenn die Oberfläche der zweiten Bereiche in axialer Richtung des Bauteils eine im Wesentlichen konstante radiale Erstreckung bezüglich der Mittelachse des Bauteils aufweist und vorzugsweise im Bereich des jeweiligen zweiten Bereichs in Umfangsrichtung des Bauteils gebogen oder im Wesentlichen plan ausgeführt ist. Bei einer derartigen Ausführung der Geberkontur ist sowohl die axiale Position des Bauteils als auch die Drehzahl des Bauteils auf einfache Weise über eine Sensorvorrichtung ermittelbar.
Die Oberfläche der zweiten Bereiche weist bei einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Bauteils wenigstens annähernd über eine gesamte Erstreckung der Geberkontur in axialer Richtung des Bauteils eine radiale Erstreckung bezüglich der Mittelachse auf, welche einer radialen Erstreckung der Oberfläche der ersten Bereiche im Bereich einer minimalen oder maximalen radialen Erstreckung bezüglich der Mittelachse des Bauteils entspricht. Mit einer derartigen Ausführung der Geberkontur ist sowohl die Drehzahl des Bauteils als auch die axiale Position des Bauteils sehr zuverlässig ermittelbar.
Die Geberkontur ist auf einfache Weise herstellbar, wenn die Geberkontur zunächst mit einem komplett umlaufenden ersten Bereich ausgeführt wird und die zweiten Bereiche je nach Gestaltung des ersten Bereichs als Nuten in den ersten Bereich eingebracht werden oder die zweiten Bereiche als in den ersten Bereich eingesetzte Elemente ausgebildet sind.
Die Drehzahl des Bauteils ist besonders einfach ermittelbar, wenn insbesondere sämtliche zweite Bereiche der Geberkontur im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind, wobei ein Abstand zwischen benachbarten zweiten Bereichen in Umfangsrichtung des Bauteils jeweils im Wesentlichen konstant ist.
Es wird weiterhin eine Vorrichtung mit einem drehbar gelagerten und in axialer Richtung verlagerbaren erfindungsgemäßen Bauteil und einer Sensorvorrichtung vorgeschlagen, mit der ein Abstand zwischen einer Oberfläche der Geberkontur und der Sensorvorrichtung ermittelbar ist.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sowohl eine axiale Position des Bauteils als auch eine Drehzahl des Bauteils auf besonders einfache Art und Weise ermittelbar, wobei die Sensorvorrichtung hierzu lediglich mit der einzigen umlaufenden Geberkontur zusammenwirkt, so dass zur Ermittlung der axialen Position des Bauteils und zur Drehzahlermittlung des Bauteils lediglich ein geringer in axialer Richtung verlaufender Bauraum des Bauteils erforderlich ist. Durch die in Umfangsrichtung des Bauteils abwechselnd vorgesehenen und jeweils aneinander grenzenden ersten und zweiten Bereiche der Geberkontur und den sich hinsichtlich ihrer in axialer Richtung des Bauteils voneinander unterscheidenden Verläufen der radialen Erstreckung der Oberflächen der jeweiligen Bereiche bezüglich der Mittelachse des Bauteils ändert sich bei einer Drehung des Bauteils ein Abstand zwischen der Sensorvorrichtung und der Geberkontur, wobei durch eine Abfolge der Abstandsänderungen auf einfache Weise eine Drehzahl des Bauteils ermittelt werden kann. Eine axiale Position des Bauteils ist zudem auf einfache Weise durch die in den ersten Bereichen in axialer Richtung des Bauteils variierende radiale Erstreckung der Oberfläche ermittelbar, so dass über ein Zusammenwirken der Sensorvorrichtung mit dem Bauteil sowohl die axiale Position des Bauteils als auch eine Drehzahl des Bauteils bestimmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Sensorvorrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung auf, die zur Ermittlung des Abstands zwischen der Oberfläche der Geberkontur und der Sensoreinrichtung mit einem Permanentmagneten und wenigstens einer Messeinrichtung ausgeführt ist. Über die wenigstens eine Messeinrichtung, die insbesondere als Hallzelle ausgeführt ist, ist eine Ablenkung der Magnetfeldlinien des Permanentmagneten durch den jeweils mit der Sensoreinrichtung zusammenwirkenden ersten oder zweiten Bereich der Geberkontur des Bauteils gegenüber der Sensoreinrichtung detektierbar, wobei eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, mittels der aus von den Messeinrichtungen generierten Messsignalen eine Position des Bauteils in axialer Richtung ermittelbar ist. Die Auswerteeinrichtung ist insbesondere Teil der Sensorvorrichtung, kann aber beispielsweise auch Teil eines elektronischen Getriebesteuergeräts sein.
Die Sensoreinrichtung weist bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung zwei Messeinrichtungen auf, die in axialer Richtung des Bauteils zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei mittels jeder Messeinrichtung ein Abstand zwischen eines die jeweilige Messeinrichtung aufweisenden Bereichs der Sensoreinrichtung und der Geberkontur des Bauteils ermittelbar ist. Bei einer derartigen Ausführung der Sensoreinrichtung ist sowohl eine axiale Position des Bauteils als auch eine Drehzahl des Bauteils genau und zuverlässig ermittelbar, wenn die Auswerteeinrichtung zur Bildung eines Sensorsignals aus einer Differenz oder eines Mittelwerts aus den von den Messeinrichtungen generierten Messsignalen und zur Auswertung dieses oder dieser Sensorsignale ausgeführt ist.
Eine kostengünstig herstellbare Vorrichtung ist geschaffen, wenn die Sensorvorrichtung eine einzige mit der Geberkontur zusammenwirkende Sensoreinrichtung aufweist, die zur Ermittlung einer Position des Bauteils in axialer Richtung und zur Drehzahlermittlung des Bauteils vorgesehen ist. Alternativ hierzu kann es aber auch vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung eine mit der Geberkontur zusammenwirkende Sensoreinrichtung zur Ermittlung einer Position des Bauteils in axialer Richtung und eine mit der Geberkontur zusammenwirkende Sensoreinrichtung zur Drehzahlermittlung des Bauteils aufweist, wobei die Sensoreinrichtungen insbesondere in Umfangsrichtung des Bauteils beabstandet zueinander angeordnet sind.
Die Sensorvorrichtung weist bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wenigstens eine Filtereinrichtung auf, die zur Umwandlung eines der Filtereinrichtung zugeführten Sensorsignals in ein zur Ermittlung der axialen Position des Bauteils vorgesehenes erstes Nutzsignal und/oder ein zur Drehzahlermittlung des Bauteils vorgesehenes zweites Nutzsignal ausgebildet ist. Über die Filtereinrichtung können aus dem Sensorsignal Störungen ausgeblendet bzw. eliminiert werden, die beispielsweise durch Lastwechsel des Bauteils und/oder durch mechanische Toleranzen und Vibrationen im Bereich des Bauteils entstehen. Die Filtereinrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass Bereiche des Sensorsignals herausgefiltert werden können, die durch ein Zusammenwirken der Sensoreinrichtung mit den ersten Bereichen bzw. den zweiten Bereichen generiert werden und Störeinflüsse für das zweite Nutzsignal bzw. das erste Nutzsignal darstellen.
Die Filtereinrichtung kann sowohl analog als auch digital ausgeführt sein und ist insbesondere zur Durchführung einer Hochpassfilterung, einer Tiefpassfilterung, einer Bandpassfilterung und/oder eine Bandsperrfilterung ausgebildet. Weiterhin kann die Filtereinrichtung zur passiven oder aktiven Filterung vorgesehen sein, wobei die Filtereinrichtung zur Ermittlung einer axialen Position des Bauteils insbesondere zur Durchführung einer passiven Tiefpassfilterung und/oder einer aktiv nachgeführten Bandsperre und zur Drehzahlermittlung des Bauteils insbesondere zur Durchführung einer passiven Hochpassfilterung und/oder einer aktiv nachgeführten Bandpassfilterung ausgebildet ist.
Die Sensorvorrichtung weist bei einer besonders bauraumgünstigen Ausführung der Vorrichtung wenigstens einen Mikrocontroller auf, der insbesondere mit der wenigstens einen digital ausgebildeten Filtereinrichtung und der wenigstens einen Messeinrichtung ausgeführt ist.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position und einer Drehzahl eines drehbar gelagerten und in axialer Richtung verstellbaren Bauteils, insbesondere eines Schaltelements einer Getriebeeinrichtung, vorzugsweise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, wobei aus einem Zusammenwirken einer Sensorvorrichtung mit einer das Bauteil umfangsseitig umlaufenden Geberkontur ein erstes Sensorsignal generiert wird, das durch eine Filtereinrichtung in ein erstes Nutzsignal umgewandelt wird, anhand dessen eine axiale Position des Bauteils ermittelbar ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass durch ein Zusammenwirken der Sensorvorrichtung mit der Geberkontur ein zweites Sensorsignal generiert wird, das durch eine weitere Filtereinrichtung in ein zweites Nutzsignal umgewandelt wird, anhand dessen eine Drehzahl des Bauteils bestimmbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist neben einer Ermittlung einer axialen Position des Bauteils auch eine Drehzahl des Bauteils auf einfache Weise ermittelbar, wobei hierzu lediglich eine einzige gemeinsame Geberkontur des Bauteils benötigt wird. Zur Ermittlung der axialen Position und zur Drehzahlermittlung des Bauteils ist somit ein benötigter Bauraum des Bauteils in axialer Richtung sehr gering. Das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal können dabei identisch sein, wobei durch eine erste Filterung das erste Nutzsignal und durch eine zweite Filterung das zweite Nutzsignal aus dem gemeinsamen Sensorsignal ermittelbar ist. Alternativ hierzu können auch zwei voneinander verschiedene Sensorsignale zur Ermittlung der axialen Position des Bauteils und zur Drehzahlermittlung des Bauteils verwendet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste Sensorsignal durch ein Zusammenwirken einer ersten Sensoreinrichtung der Sensorvorrichtung mit der Geberkontur und das zweite Sensorsignal durch ein Zusammenwirken einer zweiten Sensoreinrichtung der Sensorvorrichtung mit der Geberkontur generiert. Die jeweilige Sensoreinrichtung ist hierbei für die jeweilige Funktionalität spezifizierbar.
Alternativ hierzu werden das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal durch ein Zusammenwirken einer einzigen Sensoreinrichtung der Sensorvorrichtung mit der Geberkontur generiert, wobei hierbei gegenüber der Verwendung von zwei Sensoreinrichtungen Kosten und Bauraum eingespart werden können.
Wenn die Sensoreinrichtung zwei in axialer Richtung des Bauteils beabstandet zueinander angeordnete Messeinrichtungen aufweist, mit denen jeweils ein einen Abstand zwischen einem die jeweilige Messeinrichtung aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung und der Geberkontur wiedergebendes Messsignal ermittelt wird, wobei das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal zur Ermittlung der axialen Position und/oder der Drehzahl des Bauteils durch eine Differenz der Messsignale der Messeinrichtungen gebildet wird, kann auf einfache Weise die Drehzahl des Bauteils und insbesondere die axiale Position des Bauteils besonders genau bestimmt werden. Die Drehzahl des Bauteils kann insbesondere durch während einer Drehung des Bauteils auftretende zyklische, von der Sensoreinrichtung detektierbare Abstandssprünge zwischen der Sensoreinrichtung und der Geberkontur ermittelt werden.
Die Drehzahl des Bauteils ist vorteilhafterweise besonders unabhängig von äußeren Störungen und einer Position des Bauteils in axialer Richtung ermittelbar, wenn die Sensoreinrichtung zwei in axialer Richtung des Bauteils beabstandet zueinander angeordnete Messeinrichtungen aufweist, mit denen jeweils ein einen Abstand zwischen der Sensoreinrichtung und der Geberkontur wiedergebendes Messsignal ermittelt wird, wobei das zweite Sensorsignal zur Ermittlung der Drehzahl des Bauteils durch einen Mittelwert der Messsignale der Messeinrichtungen gebildet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass zur Umwandlung des ersten Sensorsignals in das erste Nutzsignal eine Filterung des ersten Sensorsignals mit einem passiven Tiefpass oder einem aktiv nachgeführten Bandstoppfilter bzw. einer Bandsperre durchgeführt wird. Hierdurch können auf einfache Weise beispielsweise durch für die Drehzahlermittlung vorgesehene Bereiche der Geberkontur oder durch während eines Betriebs einer das Bauteil aufweisenden Getriebeeinrichtung verursachte Störeinflüsse von dem ersten Sensorsignal eliminiert werden und die axiale Position des Bauteils auf einfache Weise besonders genau und zuverlässig ermittelt werden.
Die Drehzahl des Bauteils ist bei einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise sehr genau ermittelbar, wenn zur Umwandlung des zweiten Sensorsignals in das zweite Nutzsignal eine Filterung des zweiten Sensorsignals mit einem Hochpass oder einem aktiv nachgeführten Bandpass durchgeführt wird. Hierdurch können Störungen des zweiten Sensorsignals, die beispielsweise durch für die Ermittlung einer axialen Position des Bauteils vorgesehene Bereiche der Geberkontur oder durch äußere Störeinflüsse verursacht werden, auf einfache Weise aus dem zweiten Sensorsignal herausgefiltert werden, wobei hierdurch das zweite Nutzsignal ermittelbar ist.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Bauteils, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauteils, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine stark vereinfachte dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem als Hohlwelle ausgeführten Schaltelement, das mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Geberkontur ausgeführt ist, und einer eine Sensoreinrichtung aufweisenden Sensorvorrichtung, die zur Ermittlung einer axialen Position und einer Drehzahl des Schaltelements vorgesehen ist;
2 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines Ausschnitts der Geberkontur des Schaltelements der 1 in Längsrichtung des Schaltelements und der Sensoreinrichtung, wobei ein Zusammenwirken der Sensoreinrichtung mit einem ersten Bereich der Geberkontur näher ersichtlich ist;
3 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung der Geberkontur des Schaltelements der 1 in Längsrichtung des Schaltelements, wobei ein Zusammenwirken der Sensoreinrichtung mit einem zweiten Bereich der Geberkontur näher ersichtlich ist;
4 eine vereinfachte Darstellung eines Verlaufs eines von der Sensoreinrichtung während einer Drehung und Verlagerung des Schaltelements in axialer Richtung ermittelten Sensorsignals;
5 eine vereinfachte Darstellung eines ersten Nutzsignals, welches durch eine Tiefpassfilterung aus dem Sensorsignal der 4 ermittelt wird;
6 eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Nutzsignals, welches durch eine Hochpassfilterung aus dem Sensorsignal der 4 ermittelt wird;
7 eine vereinfachte Darstellung eines Verlaufs eines von der Sensoreinrichtung während einer Drehung und Verlagerung des Schaltelements in axialer Richtung ermittelten weiteren Sensorsignals;
8 eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Nutzsignals, welches durch eine Hochpassfilterung aus dem weiteren Sensorsignal der 7 ermittelt wird.
1 zeigt eine stark vereinfachte Ansicht einer Vorrichtung 1 mit einem in Umfangsrichtung n drehbaren und in axialer Richtung y verstellbaren Bauteil 2 und einer eine Sensoreinrichtung 3 aufweisenden Sensorvorrichtung 4. Das Bauteil 2 ist hier als Hohlwelle ausgeführt und stellt ein Schaltelement einer Getriebeeinrichtung dar, das in axialer Richtung y zwischen einer ersten Endposition, in der das beispielsweise eine Klaue bildende Schaltelement 2 drehbar gegenüber einer nicht näher ersichtlichen Welle der Getriebeeinrichtung gelagert ist, und einer zweiten Endposition verlagerbar ist, in der das Schaltelement 2 drehfest mit der Welle der Getriebeeinrichtung verbunden ist.
Wenn von einem elektronischen Getriebesteuergerät 21 beispielsweise aufgrund von ansteigenden Drehzahlen ein Schaltwunsch vorgegeben wird und das Schaltelement 2 zwischen der ersten Endposition und der zweiten Endposition verlagert werden soll, ist neben der Kenntnis eines Übergabedrehmoments insbesondere die Kenntnis einer Differenzdrehzahl zwischen dem Schaltelement 2 und der Welle nötig, um den Schaltvorgang erfolgreich durchführen zu können. Um feststellen zu können, ob das Schaltelement 2 nach einer angeforderten Verlagerungsbewegung die gewünschte Endposition erreicht hat oder ob eine Fehlfunktion vorliegt, ist es zudem erforderlich, jeweils eine aktuelle axiale Position des Schaltelements 2 zu ermitteln.
Um sowohl die Drehzahl des Schaltelements 2 als auch die axiale Position des Schaltelements 2 ermitteln zu können, wirkt die Sensoreinrichtung 3 mit einer das Schaltelement 2 in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden Geberkontur 5 zusammen, wobei mit der Sensoreinrichtung 3 ein Abstand zwischen der Sensoreinrichtung 3 und einer Oberfläche 6 der Geberkontur 5 ermittelbar ist.
Die Geberkontur 5 weist hierzu in Umfangsrichtung n abwechselnd erste Bereiche 7 und zweite Bereiche 8 auf, wobei vorliegend sämtliche erste Bereiche 7 baugleich ausgeführt sind und in Umfangsrichtung n des Schaltelements 2 eine im Wesentlichen identische Erstreckung aufweisen. Sämtliche zweite Bereiche 8 sind hier ebenso jeweils baugleich ausgeführt und weisen in Umfangsrichtung n des Schaltelements 2 eine im Wesentlichen identische Erstreckung auf.
Die ersten Bereiche 7 sind, wie in 2 in einer Längsschnittdarstellung ersichtlich ist, in axialer Richtung y des Schaltelements 2 betrachtet mit jeweils zwei aneinander grenzenden Abschnitten 9, 10 ausgeführt. Eine radiale Erstreckung einer der Mittelachse 14 des Schaltelement 2 abgewandten Oberfläche 11 der ersten Bereiche 7 weist in einem ersten Abschnitt 9 in axialer Richtung y des Schaltelements 2 betrachtet einen monoton fallenden Verlauf auf. Im Unterschied hierzu ist ein Verlauf einer radialen Erstreckung der Oberfläche 11 der ersten Bereiche 7 in einem zweiten Abschnitt 10 monoton steigend. Die Abschnitte 9, 10 bilden in ihren aneinander grenzenden Bereichen jeweils eine in Umfangsrichtung gebogene Fläche 12, 13, wobei die Flächen 12, 13 gegenüber einer senkrecht zu einer Mittelachse 14 des Schaltelements 2 angeordneten und durch einen Schnittpunkt 15 der Abschnitte 9, 10 laufenden Ebene 16 im Wesentlichen spiegelsymmetrisch angeordnet sind und jeweils gegenüber der Ebene 16 einen Winkel 17 von hier etwa 45° aufweisen. An einem voneinander abweisenden Endbereich weisen sowohl der erste Abschnitt 9 als auch der zweite Abschnitt 10 jeweils einen Schulterbereich 18, 19 mit einer im Wesentlichen konstanten radialen Erstreckung bezüglich der Mittelachse 14 bzw. mit einem konstanten radialen Abstand von der Mittelachse 14 des Schaltelements 2 auf.
In 3 ist eine Längsschnittdarstellung eines zweiten Bereichs 8 der Geberkontur 5 näher ersichtlich. Eine der Sensoreinrichtung 3 zugewandte, der Mittelachse 14 des Schaltelements 2 abgewandte Oberfläche 20 der zweiten Bereiche 8 weist hier über eine gesamte axiale Erstreckung der Geberkontur 5 eine radiale Erstreckung bezüglich der Mittelachse 14 des Schaltelements 2 auf, welche im Wesentlichen einer radialen Erstreckung der ersten Bereiche 7 in den jeweiligen Schulterbereichen 18, 19 gegenüber der Mittelachse 2 des Schaltelements 2 entspricht. Die Oberfläche 20 der zweiten Bereiche 8 ist hier in Umfangsrichtung n des Schaltelements 2 gebogen und im Wesentlichen konzentrisch zu der Mittelachse 14 des Schaltelements 2 angeordnet.
Die Sensoreinrichtung 3 ist vorliegend ortsfest im Bereich der Getriebeeinrichtung gelagert, wobei mit der Sensoreinrichtung 3 ein Abstand zwischen der Sensoreinrichtung 3 und der Oberfläche 6 der Geberkontur 5 ermittelbar ist. Die Sensoreinrichtung 3 weist hierzu vorliegend zwei in axialer Richtung y des Schaltelements 2 beabstandet zueinander angeordnete Messeinrichtungen 22, 23 und einen back-biased Permanentmagneten 24 auf, welcher an einer dem Schaltelement 2 abgewandten Seite der Messeinrichtungen 22, 23 angeordnet ist. Durch ein Zusammenwirken der Messeinrichtungen 22, 23, welche insbesondere als so genannte Hallzellen ausgeführt sind, mit einer Auswerteeinrichtung 25 der Sensoreinrichtung 3 ist ein Abstand zwischen einem die jeweilige Messeinrichtung 22 bzw. 23 aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung 3, insbesondere einer Oberfläche der Sensoreinrichtung 3 im Bereich der jeweiligen Messeinrichtung 22 bzw. 23, und der der Sensoreinrichtung 3 zugewandten Oberfläche 6 der Geberkontur 5 ermittelbar. Die Messeinrichtungen 22, 23 messen hierzu eine Ablenkung von Feldlinien des Permanentmagneten 24 durch den aktuell mit der Sensoreinrichtung 3 zusammenwirkenden Bereich 7 bzw. 8 der Geberkontur 5 und geben jeweils ein elektrisches Messsignal aus.
Ausgehend von den von den Messeinrichtungen 22, 23 ermittelten und Abstandsinformationen beinhaltenden Messsignalen wird vorliegend im Bereich der Auswerteeinrichtung 25 ein Sensorsignal 27 generiert, welches durch eine Differenz der von den Messeinrichtungen 22, 23 ermittelten und gegebenenfalls verstärkten Messsignale gebildet wird. In 4 ist ein exemplarischer Verlauf des Sensorsignals 27 während einer Verlagerungsbewegung des Schaltelements 2 mit konstanter Geschwindigkeit zwischen seiner ersten Endposition und seiner zweiten Endposition und gleichzeitiger Drehung des Schaltelements 2 in Umfangsrichtung n mit konstanter Geschwindigkeit gezeigt. Dabei ist der Verlauf des Sensorsignals 27 in 4 der Übersichtlichkeit halber idealisiert, d. h. ohne äußere Störeinflüsse, die beispielsweise aus Lastwechseln im Bereich der Getriebeeinrichtung aus mechanische Toleranzen im Bereich des Schaltelements 2 oder aus Vibrationen des Schaltelements 2 resultieren, dargestellt.
In der ersten Endposition des Schaltelements 2 wirkt die Sensoreinrichtung 3 im gezeigten Beispiel zunächst mit einem ersten Bereich 7 der Geberkontur 5 zusammen. Die erste Messeinrichtung 22 ist hierbei in axialer Richtung y im Schulterbereich 18 des ersten Abschnitts 9 und die zweite Messeinrichtung 23 ist im Bereich der Ebene 16 und somit im Bereich der geringsten radialen Erstreckung des ersten Bereichs 7 gegenüber der Mittelachse 14 angeordnet. Ein über die erste Messeinrichtung 22 ermittelter Abstandswert ist somit minimal und ein über die zweiten Messeinrichtung 23 ermittelter Abstandswert weist einen maximalen Wert auf. Ein durch eine Differenz des mittels der ersten Messeinrichtung 22 ermittelten Abstandswerts und des mittels der zweiten Messeinrichtung 23 ermittelten Abstandswerts gebildeter Differenzwert s des Sensorsignals 27 nimmt daher definitionsgemäß zum Zeitpunkt t0 einen negativen Maximalwert s_t0 an. Aufgrund einer Verstellbewegung des Schaltelements 2 in Richtung seiner zweiten Endposition wirkt die erste Messeinrichtung 22 zunehmend mit dem monoton fallenden Bereich des ersten Abschnitts 9 und die zweite Messeinrichtung 23 zunehmend mit dem monoton steigenden Bereich des zweiten Abschnitts 10 zusammen, weshalb ein sich aus der Differenz des über die erste Messeinrichtung 22 ermittelten Abstandswerts und des über die zweite Messeinrichtung 23 ermittelten Abstandswerts ergebender Differenzwert s_t1 bis zum Zeitpunkt t1 im Wesentlichen mit konstanter Steigung ansteigt.
Durch die Drehung des Schaltelements 2 um die Mittelachse 14 nimmt die Geberkontur 5 zum Zeitpunkt t2 gegenüber der Sensoreinrichtung 3 eine derartige Position ein, zu der die Messeinrichtungen 22, 23 nunmehr einen Abstand zu der Oberfläche 20 eines zweiten Bereichs 8 der Geberkontur 5 messen. Da der von der ersten Messeinrichtung 22 und der von der zweiten Messeinrichtung 23 gemessene Abstand hierbei im Wesentlichen identisch ist, nimmt der Differenzwert s_t2 einen Wert gleich Null ein. Bis zum Zeitpunkt t3 bleibt der Differenzwert s_t3 im Wesentlichen konstant, da die Messeinrichtungen 22, 23 bis zum Zeitpunkt t3 mit dem zweiten Bereich 8 zusammenwirken. Ab dem Zeitpunkt t4 wirken die Messeinrichtungen 22, 23 wiederum mit einem mit dem zweiten Bereich 8 benachbarten ersten Bereich 7 zusammen. Der Differenzwert s_t4 zum Zeitpunkt t4 ist gegenüber dem Differenzwert s_t1 zum Zeitpunkt t1 vergrößert, da das Schaltelement 2 zwischen dem Zeitpunkt t1 und t4 weiter in Richtung seiner zweiten Endposition bewegt wird und sich die mittels der Messeinrichtungen 22, 23 ermittelbaren Abstandswerte in analoger Weise zu dem Zeitraum t0 bis t1 ändern.
Ausgehend vom Zeitpunkt t4 steigt der Differenzwert s_t4 weiter an, bis der Differenzwert s_t5 zum Zeitpunkt t5, bei dem die erste Messeinrichtung 22 und die zweite Messeinrichtung 23 in axialer Richtung y gleich weit von der Ebene 16 entfernt sind, wiederum gleich Null ist. Vom Zeitpunkt t5 an nimmt der von der ersten Messeinrichtung 22 gemessene Abstandswert bis zum Zeitpunkt t6 weiter zu, wohingegen der von der zweiten Messeinrichtung 23 gemessene Abstandswert kleiner wird, so dass der Differenzwert s_t6 bis zum Zeitpunkt t6 weiter ansteigt.
Zum Zeitpunkt t7 nimmt wiederum ein zweiter Bereich 8 der Geberkontur 5 in Umfangsrichtung n eine mit den Messeinrichtungen 22, 23 zusammenwirkende Position ein, so dass der Differenzwert s_t7 zum Zeitpunkt t7 und der Differenzwert s_t8 zu einem Zeitpunkt t8 in oben näher beschriebener Weise konstant gleich Null sind. Nachdem dieser zweite Bereich 8 so weit in Umfangsrichtung n weitergedreht ist, dass die Messeinrichtungen 22, 23 wiederum mit einem auf den zweiten Bereich 8 folgenden ersten Bereich 7 der Geberkontur 5 zusammenwirken und ein Abstand zwischen der jeweiligen Messeinrichtung 22, 23 und der Oberfläche 11 des ersten Bereichs 7 gemessen wird, nimmt der Differenzwert s_t9 ausgehend vom Zeitpunkt t9 weiter zu, bis das Schaltelement 2 vollständig in die zweite Endposition verlagert ist.
Bei sich in seiner zweiten Endposition befindlichem Schaltelement 2 ist die erste Messeinrichtung 22 in axialer Richtung y im Bereich der Ebene 16 und die zweite Messeinrichtung 23 im Schulterbereich 19 des zweiten Abschnitts 10 angeordnet. Der Differenzwert s_t10 aus dem von der ersten Messeinrichtung 22 gemessenen Abstandswert und dem von der zweiten Messeinrichtung 23 gemessenen Abstandswert ist zum Zeitpunkt t10 maximal und entspricht vorliegend dem Betrag des Differenzwerts s_t0.
Um aus dem in 4 gezeigten Verlauf des Sensorsignals 27 eine axiale Position des Schaltelements 2 ableiten zu können, weist die Auswerteeinrichtung 25 der Sensoreinrichtung 3 eine hier als digitaler Filter ausgeführte Filtereinrichtung 28 auf, welche vorliegend ebenso wie die Messeinrichtungen 22, 23 integral mit einem Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller 29 der Sensoreinrichtung 3 ausgebildet sind. Dem Mikrocontroller 29 werden die von den Messeinrichtungen 22, 23 gemessenen Messsignale bzw. Rohsignale in Form von elektrischen Signalen über Pins zugeführt und anschließend von der Auswerteeinrichtung 25 mittels der Filtereinrichtung 28 ausgewertet.
Über die Filtereinrichtung 28 der Auswerteeinrichtung 25 wird das aus den Differenzwerten s der von den Messeinrichtungen 22, 23 ermittelten Messsignale bestehende Sensorsignal 27 vorliegend einer passiven Tiefpassfilterung unterzogen, wobei sich hieraus das in der 5 gezeigte Nutzsignal 30 ergibt, mittels dem zu jedem Zeitpunkt t eine axiale Position des Schaltelements 2 ermittelbar ist.
Neben der Ausführung als passiver Tiefpass kann es auch vorgesehen sein, dass über die Filtereinrichtung 28 eine aktiv nachgeführte Bandsperrfilterung durchführbar ist. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn beispielsweise durch äußere Belastungen verursachte Störungen das Sensorsignal 27 stark beeinflussen und mit einer passiven Tiefpassfilterung keine ausreichende Qualität des Nutzsignals 30 erreichbar ist.
Die Auswerteeinrichtung 25 bzw. Signalverarbeitungseinheit und Signalaufbereitungseinheit weist neben der Filtereinrichtung 28 vorliegend eine weitere Filtereinrichtung 31 auf, die ebenfalls integral mit dem Mikrocontroller 29 ausgeführt ist, und die zur Drehzahlermittlung des Schaltelements 2 vorgesehen ist. Hierzu werden die kurzfristigen, schlagartigen und zyklischen Abweichungen der über die Messeinrichtungen 22, 23 ermittelbaren Abstandswerte bei einem wechselnden Zusammenwirken der Messeinrichtungen 22, 23 mit einem ersten Bereich 7 und einem zweiten Bereich 8 der Geberkontur 5 ausgenutzt.
Der weiteren Filtereinrichtung 31 wird vorliegend ebenfalls das Sensorsignal 27 zugeführt, wobei die weitere Filtereinrichtung 31 dazu ausgebildet ist, aus dem Sensorsignal 27 das in der 6 gezeigte zweite Nutzsignal 32 zu generieren. Das zweite Nutzsignal 32 wird hier durch eine passive Hochpassfilterung aus dem Sensorsignal 27 erhalten und gibt während eines Zeitablaufs auftretende Impulse p des Sensorsignals 27 wieder. Durch die großen Steigungen des Sensorsignals 27 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, t3 und t4, t6 und t7 und t8 und t9 weist das zweite Nutzsignal 31, welches sich insbesondere durch eine Ableitung des Sensorsignals 27 ergibt, zwischen den jeweiligen Zeitpunkten t1 und t2, t3 und t4, t6 und t7 und t8 und t9 Spitzen bzw. Peaks mit Impulswerten p1 bzw. p2 auf. Eine Drehzahl des Schaltelements 2 wird von der Auswerteeinrichtung 25 dadurch ermittelt, dass ein Kehrwert eines zeitlichen Abstands T von einem Peak zu dem übernächsten Peak, beispielsweise von einem Peak zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 und einem Peak zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 bestimmt wird.
Die Ermittlung der Drehzahl aus dem Sensorsignal 27 hat allerdings den Nachteil, dass das Sensorsignal 27 im gezeigten Beispiel zwischen den Zeitpunkten t2 und t8 lediglich geringe Differenzwerte s aufweist, so dass auch die Peaks p2 des zweiten Nutzsignals 32 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 und t6 und t7 relativ klein sind. Äußere Störeinflüsse können insbesondere in diesem Zeitbereich einen verhältnismäßig großen Einfluss auf das zweite Nutzsignal 32 haben, so dass die Ermittlung der Drehzahl des Schaltelements 2 in diesem Zeitbereich fehleranfällig sein kann. Um diesem Problem entgegenzuwirken, kann statt der passiven Hochpassfilterung eine aktiv nachgeführte Bandpassfilterung durchgeführt werden, über welche die äußeren Störeinflüsse bei der Umwandlung des Sensorsignals 27 in das zweite Nutzsignal 32 besonders gut herausgefiltert werden können.
Eine sehr fehlerresistente Drehzahlermittlung kann erzielt werden, wenn ausgehend von den Messsignalen der Messeinrichtungen 22, 23 statt dem Sensorsignal 27 ein weiteres Sensorsignal 33 generiert wird, welches durch einen arithmetischen Mittelwert der über die Messeinrichtungen 22, 23 ermittelten Messsignale gebildet wird. In 7 ist ein exemplarischer Verlauf des weiteren Sensorsignals 33 gezeigt, wobei dem weiteren Sensorsignal 33 die gleichen Messsignale der Messeinrichtungen 22, 23 wie dem Sensorsignal 27 zugrunde liegen.
In 7 ist ersichtlich, dass das weitere Sensorsignal 33 sowohl in von den Zeitpunkten t0 und t1, t4 und t6, t9 und t10 gebildeten Zeitintervallen, in denen über die Messeinrichtungen 22, 23 ein Abstand zwischen einem die Messeinrichtungen 22, 23 aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung 3 und einer Oberfläche 11 eines ersten Bereichs 7 der Geberkontur 5 ermittelt wird, einen konstanten ersten Mittelwert m1, als auch in von den Zeitpunkten t2 und t3, t7 und t8 gebildeten Zeitintervallen, in denen über die Messeinrichtungen 22, 23 ein Abstand zwischen einem die Messeinrichtungen 22, 23 aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung 3 und einer Oberfläche 20 eines zweiten Bereichs 8 der Geberkontur 5 ermittelt wird, einen zweiten konstanten Mittelwert m2 aufweist.
Bei einem Zusammenwirken der Sensoreinrichtung 3 mit einem ersten Bereich 7 der Geberkontur 5 ist der Mittelwert m1 vorliegend deshalb konstant, da die über die erste Messeinrichtung 22 ermittelbaren Abstandswerte bei einer axialen Verlagerung des Schaltelements 2 unabhängig von der axialen Position des Schaltelements 2 durch die spiegelsymmetrische Ausführung des ersten Abschnitts 9 und des zweiten Abschnitts 10 zu der Ebene 16 in gleichem Maße zunehmen bzw. abnehmen wie die über die zweite Messeinrichtung 23 ermittelbaren Abstandswerte abnehmen bzw. zunehmen. Dagegen sind bei mit einem zweiten Bereich 8 der Geberkontur 5 zusammenwirkenden Messeinrichtungen 22, 23 die über die Messeinrichtungen 22, 23 ermittelten Abstandswerte im Wesentlichen identisch und im gezeigten Beispiel jeweils kleiner als die Abstandswerte bei mit einem ersten Bereich 7 der Geberkontur 5 zusammenwirkender Sensoreinrichtung 3, so dass sich hieraus der konstante Verlauf der Mittelwerte m2 zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 und t7 und t8 ergibt.
Durch eine Filterung des weiteren Sensorsignals 33 mit der weiteren Filtereinrichtung 31 wird aus dem weiteren Sensorsignal 33 vorliegend über eine Hochpassfilterung ein weiteres, in der 8 ersichtliches Nutzsignal 34 generiert. Eine Differenz der Mittelwerte zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, t3 und t4, t6 und t7 und t8 und t9, welche jeweils einen Übergang eines Zusammenwirkens der Sensoreinrichtung 3 von einem ersten Bereich 7 zu einem zweiten Bereich 8 oder umgekehrt darstellen, ist während einer gesamten Verstellbewegung des Schaltelements 2 zwischen der ersten Endposition und der zweiten Endposition vorliegend konstant. Diese konstante Differenz wird vorliegend aus der Hälfte einer Differenz einer maximalen radialen Erstreckung r2 bezüglich der Mittelachse 14 und einer minimalen radialen Erstreckung r1 bezüglich der Mittelachse 14 eines ersten Bereichs 7 der Geberkontur 5 bestimmt. Aufgrund der großen Differenzwerte weist das weitere Nutzsignal 34 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, t3 und t4, t6 und t7 und t8 und t9 Peaks mit den Werten p3 und p4 auf, wobei der Betrag der Werte p3 und p4 vorliegend im Wesentlichen gleich groß ist. Eine Drehzahl des Schaltelements 2 ist hierdurch auch bei größeren äußeren Störeinflüssen insgesamt sehr fehlerresistent und in analoger Weise zu dem Nutzsignal 31 aus dem weiteren Nutzsignal 34 ermittelbar.
Die Drehzahlermittlung und die Bestimmung der axialen Position des Schaltelements 2 werden mit der gezeigten Sensoreinrichtung 3 parallel zueinander durchgeführt, wobei die jeweils ermittelte Drehzahl und die axiale Position des Schaltelements 2 dem elektronischen Getriebesteuergerät 21 zugeführt werden. Das Getriebesteuergerät 21 kann dann anhand der zugeführten Informationen überprüfen, ob das Schaltelement 2 beispielsweise nach einer veranlassten Verlagerungsbewegung des Schaltelements 2 zwischen der ersten Endposition und der zweiten Endposition vollständig in die zweite Endposition überführt ist und die Verlagerungsbewegung erfolgreich war oder ob Korrekturen nötig sind.
Neben der gezeigten Ausführung mit einer Auswerteeinrichtung 25 mit zwei Filtereinrichtungen 28, 31 können bei einer alternativen Ausführung der Erfindung auch zwei Auswerteeinrichtungen mit jeweils einer Filtereinrichtung vorgesehen sein, wobei jeder Auswerteeinrichtung Messsignale der Messeinrichtungen zuführbar sind. Weiterhin kann die Auswerteeinrichtung 25 neben der Anordnung im Bereich der Sensoreinrichtung 3 auch im Bereich des elektronischen Getriebesteuergeräts 21 angeordnet sein. Die Messsignale müssen dann über lange Strecken geführt werden, können zusätzlichen Störungen unterliegen und müssen gegebenenfalls verstärkt werden. Neben der Ermittlung der Abstandswerte zwischen der Sensoreinrichtung 3 und der Geberkontur 5 des Schaltelements 2 kann die Sensoreinrichtung 3 auch zur Erfassung einer Temperatur im Bereich der Geberkontur 5 des Schaltelements 2 ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Bauteil; Schaltelement
3: Sensoreinrichtung
4: Sensorvorrichtung
5: Geberkontur des Schaltelements
6: Oberfläche der Geberkontur
7: erster Bereich der Geberkontur
8: zweiter Bereich der Geberkontur
9: erster Abschnitt
10: zweiter Abschnitt
11: Oberfläche des ersten Bereichs der Geberkontur
12: Fläche
13: Fläche
14: Mittelachse des Schaltelements
15: Schnittpunkt der Abschnitte
16: Ebene
17: Winkel
18: Schulterbereich des ersten Abschnitts
19: Schulterbereich des zweiten Abschnitts
20: Oberfläche des zweiten Bereichs der Geberkontur
21: elektronisches Getriebesteuergerät
22: erste Messeinrichtung
23: zweite Messeinrichtung
24: Permanentmagnet
25: Auswerteeinrichtung
27: Sensorsignal
28: Filtereinrichtung
29: Mikrocontroller
30: erstes Nutzsignal
31: weitere Filtereinrichtung
32: zweites Nutzsignal
33: weiteres Sensorsignal
34: Nutzsignal
m1, m2: Mittelwert
n: Umfangsrichtung des Schaltelements
p, p1–p4: Impuls
r1, r2: radiale Erstreckung des ersten Bereichs
s, s_t0–s_t10: Differenzwert
t, t0–t10: Zeitpunkt
T: zeitlicher Abstand
y: axiale Richtung des Schaltelements

Claims

Bauteil (2), insbesondere Schaltelement einer Getriebeeinrichtung, das um eine Mittelachse (14) drehbar und in axialer Richtung (y) verstellbar ist, mit einer das Bauteil (2) umfangsseitig umlaufenden und zum Zusammenwirken mit einer Sensorvorrichtung (4) vorgesehenen Geberkontur (5), die wenigstens einen ersten zur Ermittlung einer Position des Bauteils (2) in axialer Richtung (y) vorgesehenen Bereich (7) aufweist, wobei eine Oberfläche (11) des ersten Bereichs (7) in axialer Richtung (y) mit einer variierenden radialen Erstreckung bezüglich der Mittelachse (14) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberkontur (5) zur Drehzahlermittlung des Bauteils (2) mehrere zweite Bereiche (8) aufweist, wobei sich ein Verlauf einer radialen Erstreckung einer Oberfläche (20) der zweiten Bereiche (8) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) von einem Verlauf einer radialen Erstreckung der Oberfläche (11) der ersten Bereiche (7) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) unterscheidet und die Geberkontur (5) in Umfangsrichtung (n) des Bauteils (2) abwechselnd mit ersten Bereichen (7) und zweiten Bereichen (8) ausgeführt ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (11) der ersten Bereiche (7) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) mit zwei aneinandergrenzenden Abschnitten (9, 10) ausgeführt ist, wobei eine radiale Erstreckung der Oberfläche (11) der ersten Bereiche (7) im ersten Abschnitt (9) in einer axialen Richtung (y) des Bauteils (2) betrachtet einen monoton steigenden Verlauf und eine radiale Erstreckung der Oberfläche (11) der ersten Bereiche (7) im zweiten Abschnitt (10) in der axialen Richtung (y) des Bauteils (2) betrachtet einen monoton fallenden Verlauf oder umgekehrt aufweist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (20) der zweiten Bereiche (8) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) eine im Wesentlichen konstante radiale Erstreckung bezüglich der Mittelachse (14) des Bauteils (2) aufweist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (20) der zweiten Bereiche (8) wenigstens annähernd über eine gesamte Erstreckung der Geberkontur (5) in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) eine radiale Erstreckung bezüglich der Mittelachse (14) aufweist, welche einer radialen Erstreckung der Oberfläche (11) der ersten Bereiche (7) im Bereich einer minimalen oder maximalen radialen Erstreckung bezüglich der Mittelachse (14) entspricht.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bereiche (8) der Geberkontur (5) im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind, wobei ein Abstand zwischen benachbarten zweiten Bereichen (8) in Umfangsrichtung (n) des Bauteils (2) jeweils im Wesentlichen konstant ist.
Vorrichtung (1) mit einem drehbar gelagerten und in axialer Richtung verlagerbaren Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Sensorvorrichtung (4), mit der ein Abstand zwischen einer Oberfläche (6) der Geberkontur (5) und der Sensorvorrichtung (4) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) wenigstens eine Sensoreinrichtung (3) aufweist, die zur Ermittlung des Abstands zwischen der Oberfläche (6) der Geberkontur (5) und der Sensoreinrichtung (3) mit einem Permanentmagneten (24) und wenigstens einer Messeinrichtung (22, 23) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) zwei Messeinrichtungen (22, 23) aufweist, die in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei mittels jeder Messeinrichtung (22, 23) ein Abstand zwischen eines die jeweilige Messeinrichtung (22, 23) aufweisenden Bereichs der Sensoreinrichtung (3) und der Geberkontur (5) des Bauteils (2) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) eine einzige mit der Geberkontur (5) zusammenwirkende Sensoreinrichtung (3) aufweist, die zur Ermittlung einer Position des Bauteils (2) in axialer Richtung (y) und zur Drehzahlermittlung des Bauteils (2) vorgesehen ist oder eine mit der Geberkontur (5) zusammenwirkende Sensoreinrichtung zur Ermittlung einer Position des Bauteils (2) in axialer Richtung (y) und eine mit der Geberkontur (5) zusammenwirkende Sensoreinrichtung zur Drehzahlermittlung des Bauteils (2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) wenigstens eine Filtereinrichtung (28, 31) aufweist, die zur Umwandlung eines der Filtereinrichtung (28, 31) zugeführten Sensorsignals (27, 33) in ein zur Ermittlung der axialen Position des Bauteils (2) vorgesehenes erstes Nutzsignal (30) und/oder ein zur Drehzahlermittlung des Bauteils (2) vorgesehenes zweites Nutzsignal (32, 34) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) wenigstens einen Mikrocontroller (29) aufweist, der insbesondere mit der wenigstens einen Filtereinrichtung (28, 32) und der wenigstens einen Messeinrichtung (22, 23) ausgeführt ist.
Verfahren zur Ermittlung einer axialen Position und einer Drehzahl eines drehbar gelagerten und in axialer Richtung verstellbaren Bauteils (2), insbesondere eines Schaltelements einer Getriebeeinrichtung, mit einer Vorrichtung (1) insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei aus einem Zusammenwirken einer Sensorvorrichtung (4) mit einer einzigen das Bauteil (2) umfangsseitig umlaufenden Geberkontur (5) ein erstes Sensorsignal (27) generiert wird, das durch eine Filtereinrichtung (28) in ein erstes Nutzsignal (30) umgewandelt wird, anhand dessen eine axiale Position des Bauteils (2) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Zusammenwirken der Sensorvorrichtung (4) mit der Geberkontur (5) ein zweites Sensorsignal (33) generiert wird, das durch eine weitere Filtereinrichtung (31) in ein zweites Nutzsignal (32, 34) umgewandelt wird, anhand dessen eine Drehzahl des Bauteils (2) ermittelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorsignal (27) durch ein Zusammenwirken einer ersten Sensoreinrichtung der Sensorvorrichtung mit der Geberkontur (5) und das zweite Sensorsignal durch ein Zusammenwirken einer zweiten Sensoreinrichtung der Sensorvorrichtung mit der Geberkontur (5) oder das erste Sensorsignal (27) und das zweite Sensorsignal (33) durch ein Zusammenwirken einer einzigen Sensoreinrichtung (3) der Sensorvorrichtung (4) mit der Geberkontur (5) generiert wird bzw. werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) zwei in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) beabstandet zueinander angeordnete Messeinrichtungen (22, 23) aufweist, mit denen jeweils ein einen Abstand zwischen einem die jeweilige Messeinrichtung (22, 23) aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung (3) und der Geberkontur (5) wiedergebendes Messsignal ermittelt wird, wobei das erste Sensorsignal (27) und/oder das zweite Sensorsignal (33) zur Ermittlung der axialen Position und/oder der Drehzahl des Bauteils (2) durch eine Differenz der Messsignale der Messeinrichtungen (22, 23) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) zwei in axialer Richtung (y) des Bauteils (2) beabstandet zueinander angeordnete Messeinrichtungen (22, 23) aufweist, mit denen jeweils ein einen Abstand zwischen einem die jeweilige Messeinrichtung (22, 23) aufweisenden Bereich der Sensoreinrichtung (3) und der Geberkontur (5) wiedergebendes Messsignal ermittelt wird, wobei das zweite Sensorsignal (33) zur Ermittlung der Drehzahl des Bauteils (2) durch einen Mittelwert der Messsignale der Messeinrichtungen (22, 23) gebildet wird.