DE3836145A1 - Anordnung zur erfassung der stellung eines maschinenteils, insbesondere eines gangschalthebels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung der Stellung eines in zwei Koordinatenrichtungen bewegli­ chen Maschinenteils, welches in beiden Koordinatenrich­ tungen wählbar auf mehrere vorbestimmte Positionen einstellbar ist, insbesondere zur Erfassung der Stellung eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeug-Schaltgetrie­ bes.

Das Erfassen der momentanen Stellung eines in zwei Koordinatenrichtungen bewegbaren Maschinenteils, bei­ spielsweise eines Wählhebels oder dergleichen, erfor­ dert relativ hohen Aufwand, wenn beide Koordinatenrich­ tungen überwacht werden sollen. So muß bei Kraftfahrzeu­ gen für manche Steuerungsaufgaben der an dem Schaltge­ triebe manuell eingelegte Gang erfaßt werden können, beispielsweise um abhängig von der Gangstellung die Einkuppelcharakteristik einer automatisch gesteuerten Reibungskupplung vorgeben zu können. In diesem Zusammen­ hang ist es bekannt, die Stellung des Gangschalthebels durch Endschalter im Schaltgetriebe zu erfassen. Es ist aber auch bekannt, mit Hilfe mehrerer Sensoren vorbe­ stimmte Positionen einer den Gangschalthebel mit dem Getriebe kuppelnden Schaltwelle zu überwachen. Beispiels­ weise wurden in den vorbestimmten Positionen Hallsenso­ ren angeordnet, die auf einen mit der Schaltwelle bewegten Magneten ansprechen. Es wurde ferner versucht, die Schaltwelle mit getrennten Wegsensoren und Winkel­ sensoren zu kuppeln, die unabhängig voneinander Informa­ tionen zur Positionsbestimmung liefern. Sämtliche bekannten Anordnungen zu Erfassung der Stellung des Gangschalthebels sind jedoch vergleichsweise aufwendig bzw. erfordern hohen Montageaufwand.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Erfas­ sung der Stellung eines Maschinenteils, insbesondere der Stellung eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeug- Schaltgetriebes anzugeben, welche zur exakten Erfassung der Stellung mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand für die Positionserfassung auskommt und mit geringem Montageaufwand montiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Maschinenteil mit einem Flächenpotentiometer mecha­ nisch gekuppelt ist und dessen auf einer Widerstands­ bahn aufliegenden Schleifer abhängig von Stellbewegun­ gen des Maschinenteils in zwei den Maschinenteil-Koordi­ natenrichtungen zugeordneten Widerstandsbahn-Koordina­ tenrichtungen auf den vorbestimmten Positionen des Maschinenteils zugeordnete Schleiferpositionen relativ zu der Widerstandsbahn einstellt, daß das Flächenpoten­ tiometer für beide Widerstandsbahn-Koordinatenrichtun­ gen in je einer Spannungsteilerschaltung an eine Span­ nungsquelle angeschlossen ist und daß an das Flächenpo­ tentiometer eine in beiden Widerstandsbahn-Koordinaten­ richtungen auf Spannungspotentiale am Schleifer anspre­ chende Auswerteschaltung angeschlossen ist, die die Spannungspotentiale beider Widerstandsbahn-Koordinaten­ richtungen mit in einem Speicher gespeicherten, den vorbestimmten Positionen des Maschinenteils zugeordne­ ten Soll-Potentialinformationen vergleicht.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen zur Positions­ erfassung genügt es, das Flächenpotentiometer als einzigen Sensor mit dem auf seine Stellung hin zu überwachenden Maschinenteil zu kuppeln. Für den Anschluß des Flächenpotentiometers sind nur einige wenige Signal­ leitungen zu verlegen. Es ist nahezu keine mechanische Justierung des Flächenpotentiometers erforderlich, da die zur Identifizierung der vorbestinmten Positionen des Maschinenteils erforderlichen Informationen in einem Speicher gespeichert sind, in welchem sie auf elektronischem Weg entsprechend der aktuellen Einbausi­ tuation eingelesen werden können. Die erfindungsgemäße Anordnung kann deshalb problemlos an unterschiedliche Einbausituationen und unterschiedliche Schaltwege des Maschinenteils angepaßt werden.

Die in dem Speicher gespeicherten Soll-Potentialinforma­ tionen können bereits bei der Herstellung der Schaltungs­ anordnung entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck in den Speicher eingeschrieben werden. Um jedoch auch Einbautoleranzen berücksichtigen zu können, ist zweck­ mäßigerweise der Auswerteschaltung eine Speicherpro­ grammiereinrichtung zugeordnet, die in einer Lernbe­ triebsart abhängig von den Spannungspotentialen des Schleifers Soll-Potentialinformationen in den Speicher einschreibt. Der Speicher kann damit entsprechend den in der aktuellen Einbausituation an dem Schleifer sich ergebenden Spannungspotentiale programmiert werden.

Der Speicher bildet zweckmäßigerweise einen Tabellen­ speicher, in welchem für beide Widerstandsbahn-Koordina­ tenrichtungen Potential-Grenzwertinformationen gespei­ chert sind, die jeweils Grenzpositionen zwischen benach­ barten vorbestimmten Positionen des Maschinenteils zugeordnet sind. Auf diese Weise ist der Speicherplatz­ bedarf vergleichsweise gering, und die Auswertung wird erleichtert, da die Auswerteschaltung lediglich auf die Überschreitung oder Unterschreitung der Potential- Grenzwertinformationen durch Spannungspotentialinforma­ tionen des Schleifers ansprechen muß, d. h. lediglich überwachen muß, ob die Spannungspotentialinformationen des Schleifers größer oder kleiner sind als die gespei­ cherte Potential-Grenzwertinformation.

Insbesondere bei der Erfassung der Stellung eines Gangschalthebels für die Steuerung automatisch betätig­ ter Kraftfahrzeugkupplungen ist es von Vorteil, bereits während der Bewegung des Gangschalthebels erkennen zu können, in welcher Richtung der Gangschalthebel bewegt wird, ob also beispielsweise aus der neutralen Gangstel­ lung ein Antriebsgang eingelegt wird oder ob aus dem momentan eingelegten Gang in die neutrale Stellung übergewechselt wird. Die Bewegungsrichtung läßt sich zusätzlich erfassen, wenn in dem Speicher für wenig­ stens eine der beiden Widerstandsbahn-Koordinatenrichtun­ gen Paare von Potential-Grenzwertinformationen gespei­ chert sind, die jeweils paarweise den Grenzpositionen zugeordnet sind, und wenn die Auswerteschaltung auf die zeitliche Reihenfolge anspricht, in der die Informations­ paare von den Spannungspotentialinformationen über- oder unterschritten werden.

Flächenpotentiometer sind an sich bekannt und wurden bisher in Form von Graphik-Tabletts für die Ermittlung der Aufsetzposition, mit der ein Griffel auf das Tablett aufgesetzt wird, ausgenutzt. Das Graphik-Tablett umfaßt eine im wesentlichen rechteckförmige Widerstandsbahn, an deren Ränder über längs der Ränder verteilte Anschluß­ punkte jeweils mehrere Dioden angeschlossen sind, die die Anschlußpunkte jedes Rands mit einem dem Rand zugeordneten Verbindungspunkt verbinden. Die Dioden der paarweise sich gegenüberliegenden Ränder sind jeweils gleichsinnig gepolt und über einen zweipoligen Umschal­ ter so mit einer Spannungsquelle verbunden, daß die beiden Paare der sich gegenüberliegenden Ränder abwech­ selnd mit der Spannungsquelle verbunden sind. Der Griffel hat an seiner Spitze einen Kontakt, der, auf die Widerstandsbahn aufgesetzt, eine Spannungspotential­ information liefert, die ein Maß für die momentane Position des Griffels auf der Widerstandsbahn ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich insbesondere zur Erfassung der Stellung eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes. Ein derartiges Getriebe ist vielfach über eine drehbare und axial bewegliche Schaltwelle mit dem Gangschalthebel gekuppelt. Die Drehstellung und die axiale Position der Schaltwelle ist hierbei ein Maß für den eingelegten Gang. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schlei­ fer des Flächenpotentiometers auf einer drehbaren und axial verschiebbaren Welle gehalten, die mit der Schalt­ welle des Schaltgetriebes gekuppelt ist. Die Widerstands­ bahn ist hierbei als zur Wellenachse koaxiale Zylinder­ fläche ausgebildet und kann an einer zylindersegmentför­ migen Wandinnenfläche des Potentiometergehäuses befe­ stigt, insbesondere angeklebt sein. Insbesondere für die Steuerung über Schaltkulissen sind jedoch auch Ausführungsformen des Flächenpotentiometers mit ebener Widerstandsbahn geeignet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Erfas­ sung der Stellung eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 1, welches die Lage der vorbestimmten Positionen, auf die der Gang­ schalthebel einstellbar ist, zeigt;

Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene schematische Dar­ stellung einer ersten Ausführungsform eines in der Anordnung nach Fig. 1 verwendbaren Flächen­ potentiometers und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines in der Anordnung nach Fig. 1 verwendbaren Flächenpotentiometers.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Erfassen der Stellung eines Gangschalthebels 1 eines bei 3 schema­ tisch angedeuteten Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs. Der Gangschalthebel 1 ist, wie durch Pfeile 5 darge­ stellt, in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrich­ tungen auf mehrere vorbestimmte, in üblicher Weise den einzelnen Gängen sowie der neutralen Stellung des Getriebes zugeordneten Positionen einstellbar. Mit dem Gangschalthebel 1 ist ein Schleifer 7 eines Flächenpo­ tentiometers 9 mechanisch gekuppelt, der auf einer Widerstandsbahn 11 des Flächenpotentiometers aufliegt und in zwei den Koordinatenrichtungen 5 des Gangschalt­ hebels 1 zugeordneten, durch Pfeile 13 angedeuteten Koordinatenrichtungen bewegbar ist. Die Koordinatenrich­ tungen 13 verlaufen parallel zu paarweise sich gegenüber­ liegenden Rändern 15 bzw. 17 der Widerstandsbahn 11, von denen jeder eine Vielzahl längs des Rands verteil­ ter Anschlußpunkte 19 für Dioden 21 aufweist. Die Dioden 21 jedes Rands 15 bzw. 17 sind gleichsinnig gepolt, wobei die Dioden 21 benachbarter Ränder 15, 17 gegensinnig gepolt mit einem dem Paar benachbarter Ränder 15, 17 gemeinsamen Verbindungspunkt 23 bzw. 25 verbunden sind. Es versteht sich, daß die Verbindungs­ punkte 23, 25 in der Praxis als Sammelleitungen ausgebil­ det sein können. Die Dioden 21 der paarweise sich gegenüberliegenden Ränder 15 bzw. 17 sind, bezogen auf den die Widerstandsbahn 11 einschließenden Stromweg, gleichsinnig gepolt. Die Verbindungspunkte 23, 25 sind an zwei von einer Steuerung 27 periodisch umschaltbare Umschalter 29, 31 angeschlossen, die gemeinsam eine Umpolschaltung bilden und die Verbindungspunkte 23, 25 mit periodisch wechselnder Polarität mit einer zwischen Masse 33 und einem Spannungsversorgungsanschluß 35 angeschlossenen, nicht näher dargestellten Gleichspan­ nungsquelle verbinden.

Die Dioden 21 sorgen dafür, daß zu jedem Zeitpunkt lediglich eines der Paare sich gegenüberliegender Ränder 15 oder 17 mit der Spannungsquelle verbunden ist, während das andere Paar von der Spannungsquelle abgekoppelt ist. Die Verteilung der Anschlußpunkte 17 längs der Ränder 15, 17 ist so gewählt, daß sich paral­ lel zu den Paaren sich gegenüberliegender Ränder eine kon­ stante Verteilung des Spannungspotentials ergibt. Das Spannungspotential ändert sich zwischen den sich gegen­ überliegenden Rändern linear, so daß das am Schleifer 7 anliegende Potential ein Maß für die Relativstellung zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Rändern ist. Aufgrund der periodischen Umschaltung der Umschal­ ter 29, 31 liegen am Schleifer 7 periodisch wechselnd Spannungspotentiale an, die die Position des Schleifers in den beiden Koordinatenrichtungen 13 und dementspre­ chend in den beiden Koordinatenrichtungen 5 des Gang­ schalthebels 1 repräsentieren.

Fig. 2 zeigt in einem beispielsweise auf einen Handknopf des Gangschalthebels 1 bezogenen Koordinatensystem x, y die den Gängen des Schaltgetriebes 3 zugeordneten Positionsbereiche des Gangschalthebels 1. Die Zahlen 1 bis 5 bezeichnen die Bereiche, in welchen sich der Gangschalthebel in den Vorwärtsgängen befindet. Mit R ist der Bereich des Rückwärtsgangs bezeichnet und mit N der neutrale Bereich (Leergasse). Dem in Fig. 2 darge­ stellten Bereich entspricht ein in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeuteter aktiver Bereich 37 der Widerstandsbahn 11 in einem Koordinatensystem x′, y′. Für die Erfassung der momentanen Stellung des Schleifers 7 innerhalb des aktiven Bereichs 37 ist der Schleifer 7 an einen Analog-Digital-Wandler 39 angeschlossen, welcher dem Spannungspotential an dem Schleifer 7 und damit dessen Stellung proportionale, digitale Spannungs­ potentialinformationen liefert. Eine Vergleichereinrich­ tung 41 einer allgemein mit 43 bezeichneten Auswerte­ schaltung vergleicht die Potentialinformation mit aus einem digitalen Speicher 45 zugeführten Potential- Grenzwertinformationen, die für beide Koordinatenrich­ tungen getrennt die Grenzpositionen zwischen den einzel­ nen Gängen bezeichnen. Als Beispiel sind in Fig. 2 Grenzpositionen 47, 49 eingezeichnet, die den Bereich des ersten Gangs von der neutralen Zone N und dem dritten Gang trennen. Entsprechend dem in Fig. 2 darge­ stellten Koordinatensystem x′, y′ ist der erste Gang eingelegt, wenn die Potentialinformation des Schleifers 7 den Potentialgrenzwert 49 unterschreitet und den Potentialgrenzwert 47 überschreitet. Nicht näher darge­ stellte Logikschaltungen der Vergleichseinrichtung 41 ordnen jedem der Gänge wenigstens ein vorbestimmtes Vergleichsergebnispaar zur Identifizierung zu. Die Vergleichseinrichtung 41 liefert an ihrem Ausgang ein den Gang bezeichnendes digitales Signal für die Weiter­ verarbeitung, beispielsweise in einer automatischen Kupplungssteuerung.

Zweckmäßigerweise speichert der Speicher 45 zumindest für einen Teil der Grenzpositionen nicht nur eine einzige Potential-Grenzwertinformation, sondern jeweils ein Informationspaar für zwei eng benachbarte Positions­ grenzwerte, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien 51 für den Übergang der Gänge zum neutralen Bereich N dargestellt ist. Bei einem Gangwechsel werden die Positionsgrenzen abhängig von der Bewegungsrichtung des Gangschalthebels 1 nacheinander überschritten. Die Vergleichseinrichtung 41 erfaßt die zeitliche Reihenfol­ ge, mit der die Informationspaare aufeinanderfolgen und liefert ein Informationssignal, welches anzeigt, ob der Gangschalthebel 1 in den neutralen Bereich N hineinbe­ wegt wird, der bisherige Gang also verlassen wird, oder ob der Gangschalthebel 1 aus dem neutralen Bereich herausbewegt, also ein neuer Gang eingelegt wird.

Für die Programmierung der in dem Speicher 45 gespeicher­ ten Potential-Grenzwertinformationen ist eine Program­ miereinrichtung 53 vorgesehen, die in einer Lernbetriebs­ art des Speichers aus den vom Analog-Digital-Wandler 39 in den einzelnen Gangstellungen gelieferten Potential­ informationen dazwischen liegende Potential-Grenzwert­ informationen ermittelt und in den Speicher 45 ein­ schreibt. Auf diese Weise erübrigt sich eine mechanische Justierung des Flächenpotentiometers 9 relativ zum Getriebe 3. Es versteht sich jedoch, daß die in dem Speicher 45 gespeicherten Potential-Grenzwertinformati­ onen auch bereits bei der Herstellung in nicht änderba­ rer Form in den Speicher 45 eingeschrieben werden können.

Der aktive Bereich 37 des Flächenpotentiometers 9 überdeckt nur einen Teilbereich der Widerstandsbahn 11. Den Grenzen des aktiven Bereichs 37 können damit eben­ falls in dem Speicher 45 gespeicherte Potentialgrenzwert­ informationen zugeordnet werden, innerhalb der das Schleiferpotential bei ordnungsgemäßem Betrieb des Flächenpotentiometers 9 liegen muß. Durch Überwachung der den Grenzen des aktiven Bereichs 37 zugeordneten Grenzwertinformationen mittels der Vergleichereinrich­ tung 41 kann die Funktionsfähigkeit der Anordnung überprüft werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele von Flächenpo­ tentiometern für die Verwendung in einer Anordnung nach Fig. 1 erläutert. Gleichwirkende Teile sind mit den Bezugszahlen aus Fig. 1 bezeichnet und zur Unterschei­ dung mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen. Zur näheren Erläuterung wird auf die Beschreibung der Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

Fig. 3 zeigt ein Flächenpotentiometer 9 a für die unmit­ telbare Kupplung mit einer Schaltwelle 55 des Getriebes, die von dem in einem Gelenk 57 allseitig schwenkbar gelagerten Schalthebel 1 a bei dessen Bewegung in den Koordinatenrichtungen x, y in axialer Richtung x′ verschoben und um ihre Achse in Koordinatenrichtung gedreht wird. Das Flächenpotentiometer 9 a umfaßt ein beispielsweise an dem Getriebe anzubauendes Gehäuse 59, in welchem eine mit der Schaltwelle 55 gekuppelte Welle 61 drehbar und axial verschiebbar geführt ist. Die Welle 61 tritt durch nicht näher dargestellte Dichtun­ gen abgedichtet aus dem Gehäuse 59 aus. Die Widerstands­ bahn 11 a wird durch eine Widerstandsfolie gebildet, die auf einer zur Welle 61 koaxialen, zylindersegmentförmi­ gen Innenwandfläche 63 eines Gehäuseteils 65 des Gehäu­ ses 59 befestigt, beispielsweise angeklebt, ist. Die Welle 61 trägt einen radial federnden Schleifer 7 a, der an der Widerstandsfolie anliegt.

Fig. 4 zeigt eine ebene Variante eines Flächenpotentio­ meters 9 b mit einer ebenen Widerstandsbahn 11 b, auf der der Schleifer 7 b aufliegt. Der Schleifer 7 b wird von einer aus Längsführungen 67 und Querführungen 69 gebil­ deten Kulissenführung längs der Widerstandsbahn 11 b in den Koordinatenrichtungen x′ und y′ verschiebbar geführt. Die Kulissenführung ist mit dem in den Koordinatenrich­ tungen x und y beweglichen Gangschalthebel 1 b gekuppelt und kann insbesondere durch Komponenten der Kulissenfüh­ rung des Schalthebels gebildet sein.

Claims (7)

1. Anordnung zur Erfassung der Stellung eines in zwei Koordinatenrichtungen beweglichen Maschinenteils (1), welches in beiden Koordinatenrichtungen wählbar auf mehrere vorbestimmte Positionen einstellbar ist, insbesondere zur Erfassung der Stellung eines Gang­ schalthebels eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil (1) mit einem Flächenpotentiometer (9) mechanisch gekuppelt ist und dessen auf einer Widerstandsbahn (11) aufliegenden Schleifer (7) abhängig von der Stellbewegung des Maschinenteils (1) in zwei den Maschinenteil-Koordinatenrichtungen zugeordneten Widerstandsbahn-Koordinatenrichtungen auf den vorbestimmten Positionen des Maschinenteils (1) zugeordnete Schleiferpositionen relativ zu der Widerstandsbahn (11) einstellt,
daß das Flächenpotentiometer (9) für beide Widerstands­ bahn-Koordinatenrichtungen in je einer Spannungsteiler­ schaltung an eine Spannungsquelle (33, 35) angeschlos­ sen ist
und daß an das Flächenpotentiometer (9) eine in beiden Widerstandsbahn-Koordinatenrichtungen auf Spannungspotentiale am Schleifer (7) ansprechende Auswerteschaltung (43) angeschlossen ist, die die Spannungspotentiale beider Widerstandsbahn-Koordina­ tenrichtungen mit in einem Speicher (45) gespeicher­ ten, den vorbestimmten Positionen des Maschinenteils zugeordneten Soll-Potentialinformationen vergleicht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherprogrammier-Einrichtung (53) vorge­ sehen ist, die in einer Lernbetriebsart abhängig von den Spannungspotentialen des Schleifers (7) Soll- Potentialinformationen in den Speicher (45) ein­ schreibt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Speicher (45) für beide Wider­ standsbahn-Koordinatenrichtungen Potential-Grenzwert­ informationen gespeichert sind, die jeweils Grenzpo­ sitionen zwischen benachbarten vorbestimmten Positi­ onen des Maschinenteils (1) zugeordnet sind und daß die Auswerteschaltung (43) auf die Überschrei­ tung oder Unterschreitung der Potential-Grenzwertin­ formationen durch den Spannungspotentialen an dem Schleifer (7) entsprechende Spannungspotentialinfor­ mationen anspricht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speicher (45) für wenigstens eine der beiden Widerstandsbahn-Koordinatenrichtungen Paare von Potential-Grenzwertinformationen gespeichert sind, die jeweils paarweise den Grenzpositionen zugeordnet sind, und daß die Auswerteschaltung (43) auf die zeitliche Reihenfolge anspricht, in der die Informationspaare von den Spannungspotentialinformationen über- oder unterschritten werden.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer (7 a) auf einer drehbaren und axial verschiebbaren Welle (61) gehal­ ten und die Widerstandsbahn (11 a) als zur Wellenach­ se koaxiale Zylinderfläche (63) ausgebildet ist und daß die Welle (61) mit einer Schaltwelle (55) des Schaltgetriebes gekuppelt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenpotentiometer (9 a) ein Gehäuse (59) mit einer ein Zylindersegment bildenden Wandinnenflä­ che (63) hat, an der eine Widerstandsfolie anliegt, insbesondere angeklebt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (11 b) eben ist und der Schleifer (7 b) mit einer Kulisse (67, 69) des Schaltgetriebes gekuppelt ist.