DE19919099A1

DE19919099A1 - Sensoranordnung für ein Automatgetriebe

Info

Publication number: DE19919099A1
Application number: DE1999119099
Authority: DE
Inventors: Tilo Marschall
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-02

Abstract

Die Sensoranordnung für ein Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, das mit Kupplungsbelägen versehene axial verschiebbare rotierende Teile aufweist, ist mit einem mit dem rotierenden Teil fest verbundenen Ring versehen, der aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Magnete abwechselnder Polarität besteht, wobei jeder ein Kreisringelement bildende Magnet an seinen beiden, einen Teil der Außenseite und der Innenseite des Ringes bildenden Polflächen trapezförmig ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, welches mit Kupplungsbelägen versehene rotierende Teile aufweist, wobei durch axiale Verschiebung der rotierenden Teile ein Kraftschluß mit anderen, in Axialrichtung ortsfesten rotie renden Teilen herstellbar ist und wobei die Sensoranordnung die Drehzahl mindestens eines der rotierenden Teile und die Drehrichtung feststellt.

In Automatgetrieben werden zur Realisierung von Schaltvorgängen auf rotierende Teile Kupplungsbeläge aufge bracht, wobei durch axiale Verschiebung dieser rotierenden Teile ein Kraftschluß mit einem anderen, in Axialrichtung nicht verschiebbaren rotierenden Teil hergestellt wird. Um eine Drehzahlerfassung im gesamten axialen Verschiebebe reich des kupplungstragenden Teils zu gewährleisten, wurde bereits vorgeschlagen, auf das Teil Fenster aufzubringen, die in ihrer axialen Ausdehnung den gesamten Verschiebebe reich überdecken und die Verschiebung z. B. optisch abzuta sten; eine derartige Lageerfassung des kupplungstragenden Teils ist zur Regelung von Schaltvorgängen erwünscht.

Eine Sensoreinrichtung für ein stufenloses Getriebe ist aus der DE-P 196 09 793 bekannt. Das stufenlose Getrie be ist aus jeweils einer ortsfesten und einer axial beweg lichen Primär- und Sekundärkegelscheibe sowie einem die Kegelscheiben umschlingenden Kraftübertragungselement auf gebaut, dessen Übersetzungsverhältnis von der axialen Posi tion der beweglichen Kegelscheiben, die den Eingriffsradius des Kraftsübertragungselementes festlegen, abhängig ist.

Zum Erfassen der Drehrichtung und der Drehzahl von den den Kegelscheiben zugeordneten Getriebewellen ist auf dem Um fang eines Geberrades, das mit einer beweglichen Kegel scheibe verbunden ist und zu dieser koaxial angeordnet ist oder auf der Kegelscheibe selbst eine Struktur aufgebracht, die von zwei Sensoren, die nebeneinander in einem axialen Abstand größer der axialen Verschiebbarkeit der Kegelschei ben gegenüber diesen raumfest angebracht sind, abgetastet wird. Die Struktur im Bereich des ersten Sensors besteht dabei aus axial und im Bereich des zweiten Sensors aus schraubenlinienförmig verlaufenden Linien gleichen Abstan des, wobei die Drehzahl anhand der Frequenz des Linien durchgangs und die axiale Position der Kegelscheibe und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes anhand der Phasenverschiebung zwischen den Signalen der beiden Senso ren für den Liniendurchgang und die Drehrichtung anhand des Vorzeichens der Phasenverschiebung bestimmt wird. Die Struktur kann eine magnetische Struktur sein, die von ma gnetischen Sensoren detektiert wird.

Die DE-P 196 09 792 beschreibt ebenfalls eine Sen soranordnung für ein stufenloses Getriebe, wobei auf dem Umfang eines Geberrades, das mit einer axial beweglichen Kegelscheibe verbunden und zu dieser koaxial angeordnet ist, oder auf der Kegelscheibe selbst eine Struktur aufge bracht ist, die von einem Sensor abgetastet wird, wobei diese Struktur aus einzelnen Strukturmusterelementen glei chen Abstandes besteht ein Strukturmusterelement besteht aus zwei zusammenlaufenden Linien unterschiedlicher Breite, so dass die Drehzahl anhand der Frequenz und des Durchgangs der Strukturmusterelemente bestimmt werden kann, während die Axialposition der Kegelscheibe und indirekt damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes anhand des Quotienten aus Zeitintervall zwischen dem Durchgang der breiten und der schmalen Linie und Zeitintervall des Durchgangs der einzelnen Strukturmusterelemente ermittelt werden kann, wohingegen die Drehrichtung anhand der Reihenfolge der Si gnale von der breiten und der schmalen Linie innerhalb ei nes Signals eines Strukturmusterelementes bestimmt wird. Auch hier kann eine magnetische Struktur verwendet werden, die von einem magnetischen Sensor detektiert wird.

Im ersteren Fall sind zwei getrennt voneinander ange ordnete Sensoren notwendig, während im letzteren Fall die Signalaufbereitung kompliziert ist, da neben der Breite, d. h. der Zeit der Signale im Zustand "High" auch die Zei ten zwischen den "High"-Signalen genau bestimmt und ausge wertet werden müssen, um die gewünschte Größe bestimmen zu können. Eine Verknüpfung mit der Messung der Drehzahl er folgt hierbei nicht, da diese jeweils über die Dauer von zwei Impulsen gemessen werden muß. Um eine Aussage über die unterschiedliche Signalbreite zu erhalten, müssen zunächst beide Signale vorliegen und miteinander verglichen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sen soranordnung für ein Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu schaffen, die einfach im Aufbau und zu verlässig im Einsatz ist und die eine drehzahlunabhängige Aussage über die axiale Verschiebung des kupplungstragenden Teils ermöglicht.

Ausgehend von einer Sensoranordnung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestal tungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also ein am axial verschiebbaren rotierenden Teil fest angeordneter, seine Drehachse konzen trisch umgebender Ring vorgesehen, der aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Magnete abwechselnder Polarität besteht, wobei jeder ein Kreisringsegment bildende Magnet an seinen beiden einen Teil der Außenseite und der Innen seite des Ringes bildenden Polflächen trapezförmig ausge staltet ist, und wobei je zwei benachbarte Magnete derart angeordnet sind, dass sich an eine große Basis des einen Magneten eine kleine Basis des anderen Magneten anschließt, sodass die Breite je zweier benachbarter, ein Polpaar bil dender Magnete durch zwei parallele Kanten bestimmt ist, die für alle Verschiebewege gleich ist.

Auswertebedingt ist die axiale Abmessung des Ringes größer als der maximale Verschiebeweg des rotierenden Teils.

Dieser erfindungsgemäße, aus einzelnen Magneten ab wechselnder Polarität zusammengesetzte Ring liefert bei Drehung ein zeitabhängiges magnetisches Signal B = B(t). Durch eine starke Magnetisierung des Ringes wird ein stei ler Gradient in der Nähe des Nulldurchgangs des Si gnals B(t) erreicht, wodurch Signalschwankungen bei unter schiedlichen Umgebungstemperaturen und unterschiedlichen Abständen zwischen Ring und Sensor vermieden bzw. stark verringert sind.

Die Form der Pole ist einfach herstellbar und kann durch ein spezielles Magnetisierwerkzeug bei der Herstel lung des Ring erzielt werden.

Der Sensor in Form eines magnetischen Feldaufnehmers ist an einem ortsfesten Punkt in einem festgelegten Abstand vom Magnetring befestigt und stellt einen elektromagneti schen Wandler dar, der das magnetische Signal B(t) des Rin ges in ein elektrisches Signal U = U(t), d. h. eine Spannung umwandelt. Es können sowohl Sensoren mit analoger Charakte ristik, bei denen die Signalumwandlung in ein Signal er folgt, das beliebige diskrete Werte annehmen kann, als auch Sensoren mit digitaler Charakteristik verwendet werden, bei denen die Signalumwandlung in ein Signal erfolgt, das le diglich zwei diskrete Werte annehmen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines erfin dungsgemäß ausgestalteten Ringes;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Außenseite des Rin ges, der an einem kupplungstragenden Teil befestigt ist und

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Ermittlung der Drehzahlen und der axialen Position des kupplungstragenden Teils mit dem Ring.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, besteht der erfindungsgemäße Ring 2 aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Magne te 6 abwechselnder Polarität, wobei jeder Magnet 6 ein Kreisringsegment bildet, dessen Polflächen an der Außensei te bzw. Innenseite des Ringes liegen, sodass sich sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite jeweils ein Nord pol an einen Südpol anschließt. Zwei nebeneinander liegende Magnete 6 unterschiedlicher Polarität bilden dabei ein Pol paar. Der so entstandene magnetische Ring kann sowohl aus fest miteinander verbundenen Einzelmagneten als auch aus einem durch geeignete Magnetisierung hergestellten Bauteil aufgebaut sein.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht auf die Außenseite des Rin ges 2 die besondere Ausgestaltung der einzelnen Magnete; jeder ein Kreisringsegment bildende Magnet ist an seinen beiden, einen Teil der Außenseite und der Innenseite des Ringes 2 bildenden Polflächen trapezförmig ausgestaltet, wobei je zwei benachbarte Magnete derart angeordnet sind, dass sich an eine große Basis des einen Magneten eine klei ne Basis des anderen Magneten anschließt, sodass die Breite b_GES je zweier benachbarter ein Polpaar bildende Magnete durch zwei parallele Kanten 7, 8 bestimmt ist, die für alle Verschiebewege gleich ist. Durch diese parallel verlaufenden Kanten 7a wird bei der weiter unten beschriebenen Signal auswertung gewährleistet, dass eine konstante Länge des Gesamtimpulses für eine konstante Drehzahl erhalten wird.

Der magnetisierte Ring 2 liefert bei Rotation des kupplungstragenden Teils 1, mit dem er fest verbunden ist, ein zeitabhängiges magnetisches Signal, dessen Auswertung gemäß Fig. 3 erfolgt.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, kann die Signalauswertung mit herkömmlichen bekannten Anordnungen zur Ermittlung der Drehzahl 4 des rotierenden Teils eingesetzt werden. Prinzi piell notwendig zur Bestimmung der Drehzahl n ist eine mög lichst genaue Messung der Zeit. Ausgewertet wird dabei in der Regel eine bestimmte Flanke des Signals U. Es wird so mit die Dauer t_p des Vorbeistreichens eines Polpaares des Ringes 2 am elektromagnetischen Wandler 3, d. h. dem Sen sor, gemessen.

Die Anordnung 5 zur Messung der axialen Lage des ro tierenden Teils 1 zusammen mit dem Ring 2 wird durch Aus wertung des Tastverhältnisses T von positiver zur negativer Halbwelle (bei analoger Signalumwandlung) bzw. des Impulses "High" zum Impuls "Low" (bei digitaler Signalumwandlung) durchgeführt. Das Tastverhältnis T ist als Quotient aus der Dauer der positiven Halbwelle t_H (bzw. "High"-Impuls) zur Dauer der negativen Halbwelle t_L (bzw. "Low"-Impuls) defi niert. Die Bestimmung der Zeit ist Bestandteil der Dreh zahlmessung und erfordert somit keinen zusätzlichen Auf wand; es gilt

Alternativ läßt sich T bei Kenntnis von t_p auch wie folgt bestimmen:

bei zusätzlich bestimmten t_L oder

bei zusätzlich bestimmten t_H

Für die sehr kurze Dauer der Drehzahlmessung kann da von ausgegangen werden, dass die Drehzahl konstant ist. Dynamische Änderungen werden während des Meßvorgangs in der Regel nicht erfaßt. Das hier beschriebene Tastverhältnis T ist unter diesen Voraussetzungen unabhängig von der Dreh zahl.

Die Berechnung der axialen Position X_A des kupp lungstragenden rotierenden Teils erfolgt dabei nach folgen der Formel, die neben der Größe T lediglich geometrische Beziehungen am Meßnormal, d. h. dem aus den Magneten zusam mengesetzten Ring 2 verwendet und die aus Fig. 2 hervorge hen; es gilt

wobei:
X_A axialer Verschiebeweg
a Breite des Ringes
b_NO große Basis eines trapezförmigen Magneten
b_SO kleine Basis eines trapezförmigen Magneten
b_GES Gesamtbreite eines Polpaares
T Tastverhältnis

Bezugszeichen

1

rotierendes Teil

2

Ring

3

Sensor

4

Drehzahlmeßanordnung

5

Axialpositions-Meßanordnung

6

Magnete

7

Kante

8

Kante

Claims

1. Sensoranordnung für ein Automatgetriebe, insbeson dere für Kraftfahrzeuge, das mit Kupplungsbelägen versehene rotierende Teile aufweist, wobei durch axiale Verschiebung dieser rotierenden Teile ein Kraftfluß mit anderen in Axialrichtung ortsfesten rotierenden Teilen herstellbar ist und wobei die Sensoranordnung die Drehzahl mindestens eines der rotierenden Teile sowie die Drehrichtung feststellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen soranordnung einen Sensor (3) aufweist, sowie einen am axial verschiebbaren rotierenden Teil (1) fest angeordne ten, seine Drehachse konzentrisch umgebenden Ring (2) auf weist, der aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Magnete (6) abwechselnder Polarität besteht, wobei jeder ein Kreisringsegment bildende Magnet an seinen beiden einen Teil der Außenseite und der Innenseite des Ringes bildenden Polflächen (N, S) trapezförmig ausgestaltet ist und wobei je zwei benachbarte Magnete derart angeordnet sind, dass sich an eine große Basis des einen Magneten eine kleine Basis des anderen Magneten anschließt, so dass die Breite je zweier benachbarter ein Polpaar bildende Magnete durch zwei parallele Kanten (7, 8) bestimmt ist, die für alle Verschiebewege gleich ist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die axiale Abmessung des Ringes l_a größer als der maximale Verschiebeweg a des ro tierenden Teils (1) ist.

3. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Position X_A des rotierenden Teils (1) unter Verwen dung des Pulsweitenverhältnisses T von positiver zu negati ver Halbwelle bei Vorbeilauf der Polpaare am Sensor (3) unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt ist: