DE102017109956A1

DE102017109956A1 - Magnetischer getriebe-parkpositionssensor

Info

Publication number: DE102017109956A1
Application number: DE102017109956.5A
Authority: DE
Inventors: Sean R. Wagner; Thomas A. Perry; Scott W. Piper; Cheol W. Kim
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2017-11-23
Also published as: CN107421429A; US20170336287A1; CN107421429B; US10168249B2

Abstract

Ein Getriebebereichsauswahlsensor umfasst ein Gehäuse, das eine Bohrung definiert, die sich entlang einer Mittelachse erstreckt. Ein Kolben ist verschiebbar innerhalb der Bohrung angeordnet. Ein Magnetträger ist an dem Kolben angebracht und damit bewegbar. Ein Magnet ist durch den Magnetträger getragen und damit bewegbar. Ein erster Magnetsensor und ein zweiter Magnetsensor sind durch das Gehäuse getragen und entlang der Mittelachse voneinander beabstandet. Eine Position des Magnetträgers entlang der Mittelachse ist von einem erfassten Magnetfluss von dem ersten und dem zweiten Magnetsensor bestimmbar. Der Sensor umfasst zumindest einen Magnetflusskonzentrator, der an einem von dem Magnetträger oder dem Gehäuse angebracht ist. Der Flusskonzentrator ist betreibbar, um den Magnetfluss abhängig von einer Position des Magnets entlang der Mittelachse, in Richtung zumindest eines von dem ersten Magnetsensor oder dem zweiten Magnetsensor, zu konzentrieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/337 382, eingereicht am 17. Mai 2016, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
EINLEITUNG
Die Offenbarung betrifft allgemein einen Getriebebereichsauswahlsensor.
Viele Fahrzeuge verhindern einen Betrieb bestimmter Funktionen, wenn ein Getriebe des Fahrzeuges in einer Nicht-Parken-Position positioniert ist. Es kann z. B. ein Motorzündsystem deaktiviert sein, wenn das Getriebe in der Nicht-Parken-Position positioniert ist. Um zu bestimmen, ob das Getriebe in der Nicht-Parken-Position oder in einer Parken-Position positioniert ist, kann das Getriebe mit einem Getriebepositionssensor ausgerüstet sein, der die Position einer oder mehrerer Komponenten eines Getriebesteuersystems erfasst. Die Position des Getriebes kann an einen oder mehrere Fahrzeug-Controller übermittelt werden, um, soweit erforderlich, verschiedene Fahrzeugfunktionen entweder zu ermöglichen oder zu unterbinden.
KURZDARSTELLUNG
Es ist ein Getriebebereichsauswahlsensor vorgesehen. Der Getriebebereichsauswahlsensor umfasst ein Gehäuse. Das Gehäuse definiert eine Bohrung, die sich entlang einer Mittelachse erstreckt. Ein Magnetträger ist verschiebbar innerhalb der Bohrung angeordnet. Ein Magnet ist an dem Magnetträger angebracht und damit bewegbar. Der Magnet erzeugt ein Magnetfeld. Ein erster Magnetsensor ist an dem Gehäuse angebracht. Der erste Magnetsensor ist an einer ersten axialen Position entlang der Mittelachse positioniert. Ein zweiter Magnetsensor ist an dem Gehäuse angebracht. Der zweite Magnetsensor ist an einer zweiten axialen Position entlang der Mittelachse positioniert. Die zweite axiale Position ist von der ersten axialen Position entlang der Mittelachse beabstandet. Eine Position des Magnetträgers entlang der Mittelachse ist von einem erfassten Magnetfluss von dem ersten Magnetsensor und einem erfassten Magnetfluss von dem zweiten Magnetsensor bestimmbar.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Kolben an dem Magnetträger angebracht und damit innerhalb der Bohrung bewegbar. Ein Betätigungshebel steht mit dem Kolben in Eingriff. Der Kolben umfasst eine Durchbrechung, die sich durch den Kolben hindurch quer zu der Mittelachse erstreckt, wobei der Betätigungshebel innerhalb der Durchbrechung positioniert ist. Eine axiale Bewegung des Kolbens entlang der Mittelachse bewegt den Betätigungshebel zum Steuern eines Getriebefahrbereiches. Mit dem Kolben kann ein Servomechanismus verbunden sein, wobei der Servomechanismus betreibbar ist, um den Kolben entlang der Mittelachse zu bewegen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist ein Luftspalt zwischen einer Innenfläche der Bohrung und einer Außenfläche des Magnetträgers angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform des Getriebebereichsauswahlsensors ist zumindest ein Magnetflusskonzentrator an einem von dem Magnetträger oder dem Gehäuse angebracht. Der Magnetflusskonzentrator ist ein Eisenwerkstoff. Der Magnetflusskonzentrator kann einen ersten Magnetflusskonzentrator umfassen, der an dem Magnetträger angebracht und benachbart zu dem Magneten an einer ersten axialen Seite des Magnets entlang der Mittelachse angeordnet ist. Der Magnetflusskonzentrator kann ferner einen zweiten Magnetflusskonzentrator umfassen, der an dem Magnetträger angebracht und benachbart zu dem Magneten an einer zweiten axialen Seite des Magnets entlang der Mittelachse angeordnet ist.
In einer anderen Ausführungsform kann der Magnetflusskonzentrator einen dritten Magnetflusskonzentrator umfassen, der an dem Gehäuse angebracht und zwischen dem ersten Magnetsensor und dem zweiten Magnetsensor entlang der Mittelachse positioniert ist. Der dritte Magnetflusskonzentrator ist entlang der Mittelachse näher bei dem ersten Magnetsensor positioniert als der zweite Magnetsensor.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist das Gehäuse ein nicht magnetisches Material. Der erste Magnetsensor und der zweite Magnetsensor sind innerhalb des Gehäuses eingebettet. Auch der dritte Magnetflusskonzentrator kann innerhalb des Gehäuses eingebettet sein.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die vorliegenden Lehren auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zum Erfassen einer Getriebeposition.
2 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines elektronischen Getriebebereichsauswahl(ETRS, vom engl. electronic transmission Tange selection)-Sensors.
3 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer mechanischen Getriebe-Parksperren-Blockiervorrichtung.
4 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht des ETRS-Sensors.
5 ist ein Graph, der eine magnetische Feldstärke, die von einem ersten ETRS-Sensor und einem zweiten ETRS-Sensor der in 4 gezeigten Art erfasst wurde, auf einer vertikalen Achse und einen Abstand von einer Nicht-Parken-Position auf einer horizontalen Achse zeigt.
6 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht des ETRS-Sensors mit Flusskonzentratoren.
7 ist ein Graph, der eine magnetische Feldstärke, die von einem ersten ETRS-Sensor und einem zweiten ETRS-Sensor der in 6 gezeigten Art erfasst wurde, auf einer vertikalen Achse und einen Abstand von einer Nicht-Parken-Position auf einer horizontalen Achse zeigt.
8 ist ein Schaubild einer Magnetfeld-Intensität in der Nicht-Parken-Position.
9 ist ein Schaubild einer Magnetfeld-Intensität in der Nicht-Parken-Position mit den Magnetflusskonzentratoren.
10 ist ein schematisches Vektor-Flussdiagramm des Magnetfeldes, wie in 8 gezeigt.
11 ist ein schematisches Vektor-Flussdiagramm des Magnetfeldes, wie in 9 gezeigt.
12 ist ein Magnetfeldintensitäts-Schaubild in der Parken-Position.
13 ist ein Magnetfeldintensitäts-Schaubild in der Parken-Position mit den Magnetflusskonzentratoren.
14 ist ein schematisches Vektor-Flussdiagramm des Magnetfeldes, wie in 12 gezeigt.
15 ist ein schematisches Vektor-Flussdiagramm des Magnetfeldes, wie in 13 gezeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Fachleute auf dem technischen Gebiet werden erkennen, dass Ausdrücke wie „oberhalb”, „unterhalb”, „nach oben”, „nach unten”, „obere/s/r” „untere/s/r” etc. beschreibend für die Fig. verwendet werden und keine Einschränkungen des Schutzumfanges der Offenbarung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, darstellen. Des Weiteren können die Lehren hierin im Hinblick auf funktionelle und/oder Logikblockkomponenten und/oder verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es sollte einzusehen sein, dass solche Blockkomponenten aus jeder beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten bestehen können, die ausgestaltet sind, um die angegebenen Funktionen auszuführen.
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ist rein illustrativ zum Verständnis des Gegenstandes der Ausführungsformen und soll die Anwendung und die Verwendungen solcher Ausführungsformen nicht einschränken. Jede Verwendung des Wortes „exemplarisch” ist „als ein Beispiel, Fall oder Illustration dienend” zu verstehen. Hierin beschriebene Implementierungen sind exemplarisch und sind nicht zwangsweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen auszulegen. Es besteht nicht die Absicht einer Eingrenzung der Beschreibungen hierin durch irgendeine zum Ausdruck gebrachte oder implizierte Theorie, die in dem/der oben angeführten Hintergrund, detaillierten Beschreibung oder Beschreibungen, Kurzzusammenfassung oder der nachfolgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
Das/die hierin beschriebene System und Methodik kann eingesetzt werden, um eine Bestimmung zu verbessern, wann sich ein Getriebe in einer Parkposition oder in einer Nicht-Parken-Position befindet. Während der Ansatz und die Methodik nachfolgend mit Bezug auf Fahrzeuganwendungen beschrieben sind, ist für Fachleute verständlich, dass eine Automobilanwendung rein exemplarisch ist, und dass die hierin offenbarten Ideen auch auf jegliche andere geeignete Systeme angewendet werden können, welche Getriebe verwenden.
Der Begriff „Fahrzeug”, wie hierin beschrieben, kann weit gefasst als nicht nur einen Personenkraftwagen, sondern jedes beliebige andere Fahrzeug einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Bahnsysteme, Flugzeuge, Geländesportfahrzeuge, Roboterfahrzeuge, Motorräder, Lastwagen, Geländewagen (SUVs), Wohnwagen (RVs), Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge, landwirtschaftliche Fahrzeuge und Baufahrzeuge umfassend ausgelegt werden.
1 illustriert ein Blockdiagramm eines Systems zum Erfassen einer Position eines Getriebes 14. Das Fahrzeug umfasst einen Motor 12 und das Getriebe 14. Der Motor 12 erzeugt ein Antriebsdrehmoment, das an das Getriebe 14 übertragen wird. Ein Fahrer-Gangschaltmechanismus 16 ermöglicht es einem Fahrer, verschiedene Getriebebereiche auszuwählen. Während die typischen Getriebebereiche des Fahrzeuges Parken, Retour, Neutral und Fahren für die hierin beschriebenen Zwecke umfassen, konzentrieren sich die Getriebepositionen auf den Park-Bereich (der für Parken steht) und den Nicht-Parken-Bereich (der für alle anderen Getriebebereiche steht). Der Fahrer-Gangschaltmechanismus 16 kann direkt mit dem Getriebe 14 gekoppelt sein, um das Getriebe 14 manuell zwischen der Parken-Position und der Nicht-Parken-Position umzuschalten, oder der Fahrer-Gangschaltmechanismus 16 kann eine Elektronik wie z. B. ein Fahrer-Gangschaltmodul 17, ein Getriebesteuermodul (TCM, vom engl. transmission control module) 18 und ein Motorsteuermodul (ECM, vom engl. engine control module) 21 verwenden. Die Anforderungen an den Fahrer-Gangschaltmechanismus 16 werden durch das Fahrer-Gangschaltmodul 17 beschafft, und die Anforderungen und Signale zwischen dem Fahrer-Gangschaltmodul 17, dem TCM 18 und dem ECM 21 werden über einen CAN-Bus übermittelt. Das TCM 18 empfängt die Anfrage durch das Fahrer-Gangschaltmodul 17 und befiehlt den Gangschaltungsbereich durch Betätigen von Solenoiden und Lesen des tatsächlichen Gangschaltungsbereiches unter Verwendung des elektronischen Getriebebereichsauswahl(ETRS)-Sensors 20. Das TCM 18 kann ein Signal an das ECM 21 und das Fahrer-Gangschaltmodul 17 übertragen, um eine Motorinbetriebnahme auf Grundlage dessen, dass sich das Getriebe 14 in der Nicht-Parken-Position oder der Parken-Position befindet, zu unterbinden oder zu ermöglichen.
Der ETRS-Sensor 20 bestimmt die Position eines Park-Servokolbens 22 und stellt diese Information an das TCM 18 bereit. Der ETRS-Sensor 20 detektiert die beiden möglichen Positionen dieses Servokolbens 22, die anzeigen, dass sich das Getriebe 14 entweder in der Parken-Position oder in der Nicht-Parken-Position befindet. Bestimmte Fahrzeugfunktionen sollten nur ausgeführt werden, wenn sich das Getriebe 14 in der Parken-Position befindet. Daher wird der ETRS-Sensor 20 verwendet, um die Position des Servokolbens 22 zu detektieren, die den Betriebsbereich des Getriebes 14 anzeigt, sodass einige Fahrzeugfunktionen durch die Steuerelektronik des Fahrzeuges verhindert werden können, falls sich das Getriebe in der Nicht-Parken-Position befindet.
2 illustriert den ETRS-Sensor 20. Der ETRS-Sensor 20 umfasst ein Gehäuse 30, der den Park-Servokolben 22 und einen Park-Aktuatorhebel 24 trägt. Wie in 2 gezeigt, ist ein Servomotor 19 mit dem Kolben 22 verbunden und betreibbar, um diesen entlang einer Mittelachse 23 zu bewegen. Der Aktuatorkolben 22 positioniert den Park-Aktuatorhebel 24 entlang der Mittelachse 23. Der Park-Aktuatorhebel 24 ist mit dem Getriebe 14 gekoppelt, wodurch das Getriebe 14 zwischen der Parken-Position und der Nicht-Parken-Position bewegt wird.
Der ETRS-Sensor 20 ist ein kontaktloser Sensor, der eine Hall-Effekt-Erfassungstechnologie verwendet, um eine Position des Park-Servokolbens 22 zu detektieren. Es versteht sich, dass, während der hierin beschriebene ETRS-Sensor 20 Hall-Effekt-Sensoren verwendet, andere Arten von Sensoren eingesetzt werden können, um die gleiche Erfassungstätigkeit durchzuführen. Die Hall-Sensoren innerhalb des ETRS-Sensors 20 sind voneinander beabstandet und bestimmen auf Basis des von jedem jeweiligen Sensor detektierten Magnetflusses die Position des Park-Aktuatorhebels 24, die wiederum den Bereich des Getriebes (d. h. Parken oder Nicht-Parken) kennzeichnet.
3 illustriert einen mechanischen Getriebeparkmechanismus 25, der mit dem Park-Aktuatorhebel 24 gekoppelt ist. Wie in den 2 und 3 gezeigt, bewegt der Servokolben 22 den Park-Aktuatorhebel 24, der mit dem Getriebeparkmechanismus 25 gekoppelt ist. Der Getriebeparkmechanismus 25 ist eine mechanische Koppelung, die mechanisch verhindert, dass der Startermotor den Motor anlässt. Der ETRS-Sensor 20 zeigt den Zustand des Getriebeparkmechanismus 25 als entweder Einrückung oder Ausrückung von Parken, d. h. entweder die Parken-Position oder die Nicht-Parken-Position, an. Das elektromagnetisch erfasste Signal wird über einen CAN-Bus an andere Steuermodule übertragen. Für einen Zündungsstartvorgang erzeugt der ETRS-Sensor 20 ein primäres Signal, welches es dem Fahrer gestattet, ein Motoranlassen durchzuführen, wenn sich das Getriebe 14 in der Parken-Position befindet.
4 illustriert einen teilweise aufgeschnittenen Abschnitt des ETRS-Sensors 20. Bezug nehmend auf die 2–4 trägt das Gehäuse 30 einen ersten Magnetsensor 26 und einen zweiten Magnetsensor 28. Der erste Magnetsensor 26 ist an dem Gehäuse 30 angebracht und ist in einer ersten axialen Position entlang der Mittelachse 23 positioniert. Der zweite Magnetsensor 28 ist an dem Gehäuse 30 angebracht und ist in einer zweiten axialen Position entlang der Mittelachse 23 positioniert. Die zweite axiale Position des zweiten Magnetsensors 28 ist von der ersten axialen Position des ersten Magnetsensors 26 um einen Trennungsabstand entlang der Mittelachse 23 beabstandet. Der erste Magnetsensor 26 und der zweite Magnetsensor 28 können innerhalb des Gehäuses 30 eingebettet sein. Wie oben stehend dargelegt, sind der erste Magnetsensor 26 und der zweite Magnetsensor 28 Hall-Effekt-Sensoren; die Sensoren können allerdings auch andere Arten von Sensoren sein, welche die gleiche Erfassungstätigkeit durchführen. Der erste Magnetsensor 26 und der zweite Magnetsensor 28 sind linear voneinander in derselben Ebene beabstandet; allerdings können die Sensoren in verschiedenen Ebenen relativ zueinander angeordnet sein. Der erste Magnetsensor 26 und der zweite Magnetsensor 28 sitzen in einer festen Position und eingekapselt in einem Gehäusekörper 30. Das Gehäuse 30 ist bevorzugt aus einem nicht magnetischen Material einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Kunststoff, hergestellt, um jegliche Magnetfelder zu behindern, die von einem Magnet 32 erzeugt werden, was im Detail beschrieben wird.
Das Sensorgehäuse 30 umfasst ferner eine Bohrung 34, die sich entlang der Mittelachse 23 erstreckt. Die Bohrung 34 nimmt den Aktuatorkolben 22 durch sich hindurch zum Verschieben des Park-Betätigungshebels 24 auf. Der Aktuatorkolben 22 umfasst eine Durchbrechung 38, die radial durch einen Körper des Aktuatorkolbens 22 hindurch gebildet ist. Die Durchbrechung 38 erstreckt sich durch den Körper des Kolbens 22 hindurch in eine Richtung, die allgemein quer zu der Mittelachse 23 steht. Die Durchbrechung 38 nimmt den Park-Betätigungshebel 24 auf, sodass der Betätigungshebel 24 innerhalb der Durchbrechung 38 positioniert ist. Wenn der Aktuatorkolben 22 innerhalb der Bohrung 34 des Gehäuses 30 linear verschoben wird, übt der Aktuatorkolben 22 eine Kraft aus, um den Park-Betätigungshebel 24 zu verschieben. Die Bewegung des Park-Aktuatorhebels 24 hat eine Bewegung einer Park-Aktuatorhebelstange 40 zur Folge, um Ventile innerhalb des Getriebes 14 zu schalten, die verwendet werden, um die Gänge des Getriebes 14 zu wechseln.
Der Magnet 32 ist an einem formgepressten Kunststoff-Magnetträger 39 befestigt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Der Magnetträger 39 ist verschiebbar innerhalb der Bohrung 34 angeordnet. Der formgepresste Kunststoff-Magnetträger 39 ist mit einem Endabschnitt des Aktuatorkolbens 22 gekoppelt und ist mit dem Aktuatorkolben 22 innerhalb der Bohrung 34 bewegbar. Der formgepresste Kunststoff-Magnetträger 39 ist bevorzugt aus Kunststoff, Nylon oder einem anderen nicht magnetischen Material hergestellt.
Der Magnet 32 ist an dem Magnetträger 39 angebracht und mit diesem bewegbar. Der Magnet 32 kann ein kreisringförmig geformter Magnet sein, der in Umfangsrichtung um einen Außenumfang des formgepressten Kunststoff-Magnetträgers 39 herum angeordnet ist. Es versteht sich, dass andere Arten von Formen und Ausgestaltungen des Magnets 32 verwendet werden können, ohne von dem gewünschten Schutzumfang abzuweichen. Der Kunststoff-Magnetträger 39 sollte einen im Wesentlichen gleichen AD (Außendurchmesser) aufweisen wie der Servokolben 22 und der Magnet 32 in der Region zwischen dem Magnet 32 und dem maximalen Außendurchmesser des Servokolbens 22, sodass ein im Wesentlichen gleichmäßiger Luftspalt 60 zwischen diesen Komponenten innerhalb der Bohrung 34 in dem Sensorgehäuse 30 beibehalten bleibt. Demgemäß ist der Luftspalt 60 zwischen einer Innenfläche der Bohrung 34 und einer Außenfläche des Magnetträgers 39 und des Kolbens 22 angeordnet. Der Magnet 32 ist bevorzugt nahe bei einem distalen Ende des formgepressten Kunststoff-Magnetträgers 39 befestigt, wenngleich es sich versteht, dass andere Stellen als das distale Ende verwendet werden können. Der Magnet kann z. B. halbkreisförmig geformt, bogenförmig geformt oder eben geformt sein. Die aktuelle Bauform ist allerdings rotationssymmetrisch, und falls andere Ausgestaltungen oder Formen verwendet werden, können Verkeilungsmerkmale erforderlich sein, um die Positionierung zwischen dem Magnet 32 und den Sensoren 26, 28 aufrechtzuerhalten.
Der Magnet 32 ist, während er an dem formgepressten Kunststoff-Magnetträger 39 fixiert ist, innerhalb der Bohrung 34 des ETRS-Sensors 20 bewegbar. Das heißt, während sich der Aktuatorkolben 22 verschiebbar innerhalb der Bohrung 34 bewegt, übt eine entsprechende Wand, welche die Durchbrechung 38 bildet, eine Kraft auf den Park-Betätigungshebel 24 in einer Richtung aus, in der sich der Kolben 22 zum Wechseln des Getriebezahnrads bewegt. Während sich der Aktuatorkolben 22 innerhalb der Bohrung 34 bewegt, wird der Magnet 32, der an dem formgepressten Kunststoff-Magnetträger 39 angebracht ist, welcher wiederum an dem Aktuatorkolben 22 angebracht ist, linear innerhalb der Bohrung 34 verschoben. Der Magnet 32 erzeugt ein Magnetfeld. Das durch den Magnet 32 erzeugte Magnetfeld wird von dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 erfasst. Abhängig von der Stärke des von dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 erfassten Magnetfelds kann das TCM 18 bestimmen, ob sich der Servokolben 22 in der Parken-Position oder der Nicht-Parken-Position befindet.
Eine Position des Magnetträgers entlang der Mittelachse 23 und damit eine Position des Kolbens 22 entlang der Mittelachse 23 ist aus einem erfassten Magnetfluss von dem ersten Magnetsensor 26 und einem erfassten Magnetfluss von dem zweiten Magnetsensor 28 bestimmbar. 5 illustriert einen Graph, der das von dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 erfassten Magnetfelds darstellt. Eine vertikale Achse 63 des Graphen stellt die magnetische Feldstärke an dem Sensor gemessen in Gauß dar. Eine horizontale Achse 65 stellt einen Abstand von der Nicht-Parken-Position in Millimeter dar. Die an dem ersten Magnetsensor 26 erzeugte magnetische Feldstärke ist durch die Plotlinie 41 in dem Graph dargestellt, während die an dem zweiten Magnetsensor 28 erzeugte magnetische Feldstärke durch die Plotlinie 42 in dem Graph dargestellt ist. Eine durch 44 dargestellte Referenzlinie bezeichnet die Position, in der sich der Kolben 22 in der Nicht-Parken-Position befinden sollte, während eine durch 46 dargestellte Referenzlinie die Position bezeichnet, in der sich der Kolben 22 in der Parken-Position befinden sollte. Eine magnetische Feldstärkenschwelle von 18 Gauß oder mehr zeigt an, wenn der zweite Magnetsensor 28 erfasst, dass sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Nicht-Parken-Position befindet. Eine magnetische Feldstärkenschwelle von –18 Gauß oder weniger zeigt an, wenn der erste Magnetsensor 26 erfasst, dass sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Parken-Position befindet. Das heißt, der Betrieb der beiden Sensoren 26 und 28 weist eine Schaltschwelle von +18 Gauß oder –18 Gauß in Abhängigkeit von dem Magnetfeld während des Bewegungsprofils des Magnets 32 auf. Als eine zusätzliche Redundanzschicht arbeiten die beiden Sensoren 26 und 28 in dem Sinn zusammen, dass die Nicht-Parken-Position nicht bestimmt wird, sofern nicht beide Sensoren Signale oberhalb der +18 Gauß-Schwelle zeigen, wie durch den Schnittpunkt der Plotlinien 41 und 42 mit der Referenzlinie 44 gezeigt, und die Parken-Position bestimmt wird, wenn beide Sensoren 26 und 28 Signale unter der –18 Gauß-Schwelle zeigen, wie durch den Schnittpunkt der Plotlinien 41 und 42 mit der Referenzlinie 46 gezeigt. Dies stellt auch einen Zwischenzustand bereit, um zu bestimmen, ob der ETRS-Sensor 20 zwischen Nicht-Parken 44 und Parken 46 wechselt. Wie in 5 gezeigt, liegt das Magnetfeld an dem Sensor 28 nahe der Nicht-Parken-Position sehr nahe bei der Schaltschwelle von 18 Gauß. Infolgedessen können falsche Alarme ausgelöst werden, insbesondere wenn die magnetische Feldstärke durch Rauschen beeinträchtigt wird, was eine Abweichung des Magnetfelds zur Folge hat.
Wie in 6 illustriert kann, um die Robustheit und die Zuverlässigkeit des erfassten Magnetfeldes zu erhöhen, zumindest ein Magnetflusskonzentrator in dem Sensorkörpergehäuse 30 des ETRS-Sensors 20 und/oder als Teil eines formgepressten Kunststoff-Magnetträgers 43 angeordnet sein. Die Magnetflusskonzentratoren umfassen einen Eisenwerkstoff, der in jeweiligen Teilstücken des formgepressten Kunststoff-Magnetträgers 43 und dem Sensorgehäuse 30 relativ zu dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 eingebaut ist. Ein erster Magnetflusskonzentrator 50 ist an dem Magnetträger 43 angebracht und ist benachbart zu dem Magnet 32 an einer ersten axialen Seite des Magnets 32 entlang der Mittelachse 23 gekoppelt. Ein zweiter Magnetflusskonzentrator 52 ist an dem Magnetträger 43 angebracht und ist benachbart zu dem Magnet 32 an einer zweiten axialen Seite des Magnets 32 auf der anderen Seite des Magnets 38 gegenüber dem ersten Magnetflusskonzentrator 50 gekoppelt. Der erste und der zweite Magnetflusskonzentrator 50 und 52 sind bevorzugt kreisringförmig geformte Unterlegscheiben, die um einen Außenumfang des formgepressten Kunststoff-Magnetträgers 43 herum angeordnet sind. Der erste und der zweite Magnetflusskonzentrator 50 und 52 sind an dem formgepressten Kunststoff-Magnetträger 43 fixiert und werden verschoben, wenn der Kolben 22 verschoben wird. Es versteht sich, dass andere Formen und Ausgestaltungen wie z. B. bogenförmig, rechteckig geformt, quadratisch geformt, kreisförmig geformt, kastenförmig, ein ebenes Element oder ein nicht ebenes Element verwendet werden können; allerdings kann abhängig von der verwendeten Form oder Ausgestaltung ein Verkeilungsmerkmal erforderlich sein, um die gewünschte Lage und Positionierung zwischen den Magnetflusskonzentratoren, den Sensoren und dem Magnet aufrechtzuerhalten. Überdies versteht es sich, dass die Form, die Ausgestaltung und die Größe des ersten und des zweiten Magnetflusskonzentrators 50, 52 zusammenwirkend so gestaltet sein müssen, dass der durch den Magnet 32 erzeugte Magnetfluss zusammenwirkend die magnetische Feldstärke bei einer jeweiligen Stärke und in einer jeweiligen Richtung konzentriert und erzeugt. Der erste Magnetflusskonzentrator 50 kann z. B. einen Außendurchmesser von 14,2 mm und einen Innendurchmesser von 7,0–12,4 mm zum Koppeln an den formgepressten Kunststoff-Magnetträger 43 umfassen und eine Länge von 0,1–3,0 mm aufweisen, während der zweite Magnetflusskonzentrator 52 einen Außendurchmesser von 14,2 mm, einen Innendurchmesser von 7,0–12,4 mm zum Koppeln an den formgepressten Kunststoff-Magnetträger 43 umfassen kann und eine Länge von 9,6–12,8 mm aufweisen kann. Die exemplarischen Abmessungen der jeweiligen Magnetflusskonzentratoren sind nicht fix und sind zu Illustrationszwecken dafür gezeigt, wie die Größe und die Form der jeweiligen Magnetflusskonzentratoren zusammenwirkend gestaltet sind, um den Magnetfluss in Richtung der Sensoren zu verstärken und zu konzentrieren.
Überdies ist ein dritter Magnetflusskonzentrator 54 in einer fixen Position innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet. Der dritte Magnetflusskonzentrator 54 kann z. B. innerhalb des Gehäuses 30 eingebettet sein. Der dritte Magnetflusskonzentrator 54, wie in 6 gezeigt, ist als eine ebene Platte geformt und ist bei einer jeweiligen Tiefe unter dem ersten und dem zweiten Magnetsensor 26 und 28 in einer axialen Position zwischen dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 entlang der Mittelachse 23 angeordnet. Es versteht sich, dass der dritte Magnetflusskonzentrator 54 andere Formen und Ausgestaltungen umfassen kann und nicht auf eine ebene Platte beschränkt ist. Der dritte Magnetflusskonzentrator 54 steht mit keinem Sensor in Kontakt. Allerdings ist der dritte Magnetflusskonzentrator 54 näher an dem ersten Magnetsensor 26 als an dem zweiten Magnetsensor 28 positioniert. Der dritte Magnetflusskonzentrator 54 ist an dieser Stelle angeordnet, um den Magnetfluss zu dem ersten und dem zweiten Magnetsensor 26 und 28 zu konzentrieren, um die Zuverlässigkeit der Detektion der Nicht-Parken-Position und der Parken-Position zu verbessern.
7 illustriert einen Graph, der die magnetischen Feldstärken darstellt, die von dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 erfasst wurden, wenn die Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 eingesetzt werden. Eine vertikale Achse 67 des Graphen stellt die magnetische Feldstärke an dem Sensor gemessen in Gauß dar. Eine horizontale Achse 69 stellt einen Abstand von einer Nicht-Parken-Position in Millimetern dar. Die an dem ersten Magnetsensor 26 erzeugte Feldstärke ist durch eine Plotlinie 61 in dem Graph dargestellt, während die an dem zweiten Magnetsensor 28 erzeugte Feldstärke durch eine Plotlinie 62 in dem Graph dargestellt ist. Eine durch 64 dargestellte Referenzlinie bezeichnet die Position, wenn sich der Park-Servokolben 22 in der Nicht-Parken-Position befinden sollte, während eine durch 66 dargestellte Referenzlinie kennzeichnet, wenn sich der Park-Servokolben 22 in der Parken-Position befinden sollte. Wie in 7 gezeigt, beträgt das an der Nicht-Parken-Position durch den zweiten Magnetsensor 28 erfasste Magnetfeld ungefähr das Doppelte der magnetischen Feldstärke der in dem Graph in 5 illustrierten Konstruktion. Außerdem beträgt das durch den ersten Magnetsensor 26 an der Parken-Position erfasste Magnetfeld Feldstärke ungefähr das Doppelte der Feldstärke der in dem Graph in 5 illustrierten Konstruktion. Infolgedessen sind die magnetischen Feldstärkenmessungen, wie durch die beiden Sensoren 26, 28 für die Nicht-Parken- und die Parken-Position unter Verwendung der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 erfasst, deutlich über die Schaltschwelle von ±18 Gauß hinaus erhöht. Dies beweist die verbesserte Robustheit und Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Parken- und Nicht-Parken-Positionen.
In dem Graph in 7 ist auch gezeigt, dass das Profil der magnetischen Feldstärkenmessungen zwischen der Nicht-Parken-Position und der Parken-Position gegenüber der Konstruktion, wie in 5 gezeigt, im Wesentlichen erhalten bleibt. Dies wird durch Punkte bewiesen, wo die Polarität des Magnetfeldes zwischen positiv und negativ in den beiden 5 und 7 umschaltet. Dies ist sachdienlich, da das System das Magnetfeld konstant überwacht, während der Magnet 32 zwischen der Nicht-Parken und der Parken-Position wechselt. In Hybridfahrzeugen, wo die Zündung zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, während das Fahrzeug vorübergehend angehalten wird, das Getriebe aber in dem Nicht-Parken-Bereich bleibt, können Spannungs- und Stromstöße durch das Starten dieser Hybrid-Betriebe verursacht werden, die ein Rauschen in der Form von Magnetfeldern verursachen können, das falsche Ablesungen zur Folge haben kann. Daher wird, um die Zuverlässigkeit davon zu verbessern, ob das gemessene Magnetfeld das Ergebnis des durch den Magnet erzeugten Magnetfeldes oder ein anderes Magnetfeld innerhalb des Fahrzeuges ist, ein Profil jedes jeweiligen Sensors überwacht, um zu verifizieren, ob das magnetische Feldstärkenprofil im Wesentlichen ähnlich ist wie vorhergehende Testergebnisse. Um das Profil zu verifizieren, wird die Polaritätsumschaltung des Magnetfeldes zwischen der Referenzlinie 64 (welche die Nicht-Parken-Position darstellt) und der Referenzlinie 66 (welche die Parken-Position darstellt) überwacht. Die Polaritätsumschaltung ist allgemein durch den Punkt 68 für die Messung des ersten Magnetsensors und allgemein durch den Punkt 70 für die Messung des zweiten Magnetsensors gekennzeichnet. Die Punkte 68 und 70 sind Orte, wo die Magnetflussmessungswerte den magnetischen Feldstärkewert Null schneiden. Dieser stellt den Wert dar, wenn die Polarität der magnetischen Feldstärke von positiv zu negativ oder umgekehrt umschaltet. Infolgedessen sind Polaritätsänderungen im Wesentlichen an den Punkten 68 und 70 zu erwarten. Polaritätsänderungen, die sich wesentlich von diesen Punkten unterscheiden, weisen darauf hin, dass die von dem ersten und dem zweiten Magnetsensor erfassten Magnetfelder nicht gesamtheitlich durch den Magnet erzeugt werden. Ein Vergleich zwischen 5 und 7 illustriert, dass, während die magnetische Feldstärke an der Nicht-Parken- und der Parken-Referenzlinie erhöht ist, die Polaritätsumschaltpunkte zwischen jedem Graph im Wesentlichen die gleichen bleiben, was das Aufrechterhalten der Zuverlässigkeit beim Erkennen, ob der Magnetfluss durch den Magnet oder Rauschen erzeugt wird, unterstützt.
Das Einbringen der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54, um den Magnetfluss von dem Magnet 32 in Richtung der Sensoren 26, 28 zu fokussieren, ermöglicht nicht nur einen Betrieb des Systems innerhalb der erwünschten Spezifikationen, sondern verbessert weiter die Magnetstabilität, um die Wahrscheinlichkeit einer Entmagnetisierung während Temperaturwechseln und/oder Einwirkung äußerer Magnetfelder zu verhindern.
In den 8–15 werden für jede der Zeichnungen die folgenden Komponenten in den Zeichnungen zum Illustrieren der jeweiligen Komponenten bezüglich des Magnetfeldes bezeichnet. Diese Komponenten umfassen den ersten Magnetsensor 26, den zweiten Magnetsensor 28, den Magnet 32 und die Magnetflusskonzentratoren 50, 52 und 54. Die 8, 9, 12 und 13 stellen die Magnetfeldintensität mit schattierten Regionen dar. Insbesondere stellen dunkler schattierte Regionen eine niedrigere Magnetfeldintensität dar, während die heller schattierten Regionen eine hohe Magnetfeldintensität darstellen.
8 illustriert ein Magnetfeldintensität-Schaubild, welches den Gesamt-Magnetfeldwert des ETRS-Sensors 20 ohne die Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 illustriert, wenn sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Nicht-Parken-Position befindet. Wie in 8 gezeigt, messen der erste Magnetsensor 26 und der zweite Magnetsensor 28 das durch den Magnet 32 erzeugte Magnetfeld. 9 illustriert hingegen ein Magnetfeldintensität-Schaubild, welches den durch den Magnet 32 mit den Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 erzeugten Gesamt-Magnetfeldwert des ETRS-Sensors 20 illustriert, wenn sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Nicht-Parken-Position befindet. Wie aus den jeweiligen Schaubildern ersichtlich, ist die Magnetfeldintensität an dem ersten Magnetsensor 26 erhöht, wenn man die jeweiligen Schaubilder vergleicht. Infolgedessen werden die Magnetfeldsensorablesungen bei Verwendung der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 höher sein und werden eine verbesserte Detektion in der Nicht-Parken-Position zulassen.
Die 10 und 11 illustrieren Vektor-Flussdiagramme der für den ETRS-Sensor 20 ohne die Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 bzw. mit den Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 erzeugten Magnetfelder, wenn sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Nicht-Parken-Position befindet. Wie in 11 gezeigt, wird das Vektorfeld beim Konzentrieren des Magnetfeldes in Richtung des ersten Magnetsensors 26 bei Verwendung der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 im Gegensatz zu einer Nicht-Verwendung der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 in 10 verbessert. Es wird auch angemerkt, dass 11 das verstärkte Magnetfeld infolge der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 Verwendung im Vergleich mit 10, wo die Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 nicht vorhanden sind, illustriert.
12 illustriert ein Magnetfeldintensität-Schaubild, welches den Gesamt-Magnetfeldwert des ETRS-Sensors 20 ohne die Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 illustriert, wenn sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Parken-Position befindet. 13 illustriert hingegen ein Magnetfeldintensität-Schaubild, welches den durch den Magnet 32 mit den Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 erzeugten Gesamt-Magnetfeldwert des ETRS-Sensors 20 illustriert, wenn sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Parken-Position befindet. Wie aus den jeweiligen Schaubildern ersichtlich, ist die Magnetfeldintensität an dem ersten Magnetsensor 26 und dem zweiten Magnetsensor 28 erhöht, wenn man die jeweiligen Schaubilder vergleicht. Infolgedessen werden die Magnetfeldsensorablesungen bei Verwendung der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 höher sein und werden eine verbesserte Detektion in der Nicht-Parken-Position zulassen.
Die 14 und 15 illustrieren Vektor-Flussdiagramme der für den ETRS-Sensor 20 erzeugten Magnetfelder ohne die Magnetfeldkonzentratoren 50, 52, 54 bzw. mit den Magnetfeldkonzentratoren 50, 52, 54, wenn sich der Getriebe-Servokolben 22 in der Parken-Position befindet. Wie in 15 gezeigt, wird das Vektorfeld beim Konzentrieren des Magnetfeldes in Richtung des ersten und des zweiten Magnetsensors 26 und 28 bei Verwendung der Magnetflusskonzentratoren 50, 52, 54 im Gegensatz zu einer Nicht-Verwendung der Magnefflusskonzentratoren 50, 52, 54 in 14 verbessert.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Fig. stützen und beschreiben die Offenbarung, aber der Schutzumfang der Offenbarung ist allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Arten und andere Ausführungsformen, die beanspruchten Lehren auszuführen, im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Offenbarung praktisch umzusetzen.

Claims

Getriebebereichsauswahlsensor, umfassend: ein Gehäuse, das eine Bohrung definiert, die sich entlang einer Mittelachse erstreckt; einen Magnetträger, der verschiebbar innerhalb der Bohrung angeordnet ist; einen Magnet, der an dem Magnetträger angebracht und damit bewegbar ist, wobei der Magnet ein Magnetfeld erzeugt, das einen Magnetfluss definiert; einen ersten Magnetsensor, der an dem Gehäuse angebracht und an einer ersten axialen Position entlang der Mittelachse positioniert ist; einen zweiten Magnetsensor, der an dem Gehäuse angebracht und an einer zweiten axialen Position entlang der Mittelachse positioniert ist, wobei die zweite axiale Position von der ersten axialen Position entlang der Mittelachse beabstandet ist; wobei eine Position des Magnetträgers entlang der Mittelachse von einem erfassten Magnetfluss von dem ersten Magnetsensor und einem erfassten Magnetfluss von dem zweiten Magnetsensor bestimmbar ist; und zumindest einen Magnetflusskonzentrator, der entweder an dem Magnetträger oder an dem Gehäuse angebracht und betreibbar ist, um den Magnetfluss abhängig von einer Position des Magnets entlang der Mittelachse in Richtung zumindest eines von dem ersten Magnetsensor oder dem zweiten Magnetsensor zu konzentrieren.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Kolben, der an dem Magnetträger angebracht und damit innerhalb der Bohrung bewegbar ist.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Betätigungshebel, der mit dem Kolben in Eingriff steht, wobei eine axiale Bewegung des Kolbens entlang der Mittelachse den Betätigungshebel zum Steuern eines Getriebefahrbereiches bewegt.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 3, wobei der Kolben eine Durchbrechung umfasst, die sich durch den Kolben hindurch quer zu der Mittelachse erstreckt, wobei der Betätigungshebel innerhalb der Durchbrechung positioniert ist.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Luftspalt zwischen einer Innenfläche der Bohrung und einer Außenfläche des Magnetträgers.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Magnetflusskonzentrator einen ersten Magnetflusskonzentrator umfasst, der an dem Magnetträger angebracht und benachbart zu dem Magneten an einer ersten axialen Seite des Magnets entlang der Mittelachse angeordnet ist.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 6, wobei der zumindest eine Magnetflusskonzentrator einen zweiten Magnetflusskonzentrator umfasst, der an dem Magnetträger angebracht und benachbart zu dem Magneten an einer zweiten axialen Seite des Magnets entlang der Mittelachse angeordnet ist.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine Magnetflusskonzentrator einen dritten Magnetflusskonzentrator umfasst, der an dem Gehäuse angebracht und zwischen dem ersten Magnetsensor und dem zweiten Magnetsensor entlang der Mittelachse positioniert ist.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 8, wobei der dritte Magnetflusskonzentrator entlang der Mittelachse näher bei dem ersten Magnetsensor positioniert ist als der zweite Magnetsensor.
Getriebebereichsauswahlsensor nach Anspruch 8, wobei der dritte Magnetflusskonzentrator innerhalb des Gehäuses eingebettet ist.