JP2009519855A

JP2009519855A - 車両トランスミッションをシフトするためのシフト装置

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Publication number: JP2009519855A
Application number: JP2008546118A
Authority: JP
Inventors: フュアホフアヒム; シュヴァルツクヌート; ドンブロウスキグレゴーリ; シュトラーダルトールステン
Original assignee: Lemfoerder Electronic GmbH
Current assignee: Lemfoerder Electronic GmbH
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2009-05-21
Also published as: DE102005061285A1; CN101341357B; US20090000413A1; WO2007076814A1; DE502006006288D1; EP1987271B1; US8170757B2; EP1987271A1; CN101341357A; ES2337732T3

Abstract

車両トランスミッションをシフトするためのシフト装置であって、回転軸（５）を中心に異なるシフト位置（６，７，８，９）に回転可能な操作素子（４）と、該作素子（４）と結合されており、前記回転軸（５）を中心に回転可能なシャフト（２１）と、該シャフト（２１）と結合された回転角検出装置（３２）と、アクチュエータ（２２）と、前記回転角検出装置（３２）およびアクチュエータ（２２）と接続された制御装置（３８）とを有し、前記回転角検出装置（３２）によって、前記操作素子（４）の回転軸（２１）を中心にする回転が検出され、前記アクチュエータ（２２）によって、トルクが前記シャフト（２１）に出力され、またはシャフト（２１）の回転に対抗するトルクが出力され、前記制御装置（３８）によって前記アクチュエータ（２２）から出力されたトルク、または対抗するトルクが制御され、前記車両トランスミッション（１０）はシフト位置（６，７，８，９）に割り当てられたシフト状態（Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄ）に切り替え可能であり、前記シャフト（２１）は、前記回転角検出装置（３２）と前記操作素子（４）との間で回転軸（５）に沿って伸長しており、前記操作素子は回転ヘッドまたは回転ノブとして構成されており、シャフト（２１）の第１の端部（２８）に配置されている。

Description

本発明は、車両トランスミッションをシフトするためのシフト装置に関するものであり、このシフト装置は、回転軸を中心に異なるシフト位置に回転可能な操作素子と、この操作素子に結合されており、前記回転軸を中心に回転可能なシャフトと、このシャフトに結合された回転角検出装置と、アクチュエータと、前記回転角検出装置およびアクチュエータに接続された制御装置とを有し、前記回転角検出装置によって、前記操作素子の回転軸を中心にする回転が検出され、前記アクチュエータによって、トルクが前記シャフトに出力され、またはシャフトの回転に対抗するトルクが出力され、前記制御装置によってアクチュエータから出力されたトルク、または対抗するトルクが制御され、車両トランスミッションはシフト位置に割り当てられたシフト状態に切り替え可能である。さらに本発明は、このような車両トランスミッションをシフトするためのシフト装置の使用法に関する。

US 6 295 887 B1から、自動車のトランスミッションをシフトするためのシフト装置が公知であり、この装置は回転可能に支承されたシフトエレメントを備え、このシフトエレメントは種々異なるシフト位置に回転可能である。操作素子とは、制御部と接続されたポテンシオメータが共働する。これにより車両を電子的に制御してシフトすることのできる構成が得られる。さらにこの装置は機械的係止部を有し、この機械的係止部はユーザにシフト位置間の切り替えの際にシフト感覚を通知する。付加的に機械的係合輪郭が設けられており、この係合輪郭は所定のシフト位置間の切り替えをブロックまたは解除することができる。

車両モデルが異なれば、異なる数のシフト位置が所望されることがある。したがって種々異なる係止部と係合輪郭も形成しなければならない。したがって異なる車両モデルに対しては異なるシフト装置を提供すべきであり、そのためこのシフト装置のバリエーション数が制限される。

US 6 904 823 B2は車両用の触覚シフト装置を開示しており、この装置は、２つの回転軸を中心に旋回可能に支承されたシフトレバーと、２つのアクチュエータとを備え、２つのアクチュエータはベルト駆動部を介してシフトレバーと結合されており、力をシフトレバーに及ぼすことができる。さらにアクチュエータシャフトには光学的デコーダとして構成さされたセンサが結合されており、このセンサによってシャフトの回転を検出することができる。プロセッサが、センサから出力された信号を読み出し、シフトレバーにより選択されたギヤを検出し、車両を制御システムによってこのギヤにシフトすることができる。さらにプロセッサはセンサ信号から力を検出し、この力をアクチュエータによりシフトレバーに送出することができる。とりわけこの力を介して、シフトレバーに対する係止を共感することができる。ここで力プロフィールはメモリにファイルすることができる。

シフトレバーと２つのベルト駆動部を支承することは面倒であるので、このシフト装置の機構は比較的高価であり、純粋に機械的なシフト装置と同じような大きさの構造となる。そのため、機械的に簡単に構成することができ、必要空間が小さいシフト装置が所望される。

DE 200 14 425 U1から、操作ヘッド機能のためのセンシング機構が公知である。ここでは操作ヘッドがアクチュエータの駆動シャフトに結合されており、アクチュエータの下面には整合装置が取り付けられている。ここで操作ヘッド位置は、整合装置ディスクの運動中に測定センサによって走査される。マイクロプロセッサがセンサ信号を読み出すことができ、相応の力をこの信号から計算し、相応の制御信号をアクチュエータに出力することができる。アクチュエータは力を操作ヘッドに伝達する。

このセンシング機構は本願とは技術分野を異にし、車両トランスミッションのシフトのために設けられ、設計されたものではない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式のシフト装置を改善し、このシフト装置が種々異なる数のシフト状態に対して使用可能であり、同時に必要空間が小さく、低コストで実現できるようにすることである。

この課題は本発明により、請求項１記載のシフト装置によって、また請求項１５記載のシフト装置の使用法によって解決される。有利な改善形態は従属請求項に記載されている。

本発明による車両トランスミッションをシフトするためのシフト装置は、回転軸を中心に異なるシフト位置に回転可能な操作素子と、この操作素子に結合されており、前記回転軸を中心に回転可能なシャフトと、このシャフトに結合された回転角検出装置と、アクチュエータと、前記回転角検出装置およびアクチュエータに接続された制御装置とを有し、
前記回転角検出装置によって、前記操作素子の回転軸を中心にする回転が検出され、
前記アクチュエータによって、トルクが前記シャフトに出力され、またはシャフトの回転に対抗するトルクが出力され、
前記制御装置によってアクチュエータから出力されたトルク、または対抗するトルクが制御され、
車両トランスミッションは、シフト位置に割り当てられたシフト状態に切り替え可能であり、
前記シャフトは、回転角検出装置と操作素子との間で回転軸に沿って伸長しており、
前記操作素子は回転ヘッドまたは回転ノブとして構成されており、シャフトの第１の端部に配置されている。

アクチュエータによって、シフトノブないしは回転ヘッドとして構成された操作素子の回転の際に操作者に触覚的フィードバックを提供することができ、したがって本発明のシフト装置は機械的係止部無しで使用することができる。したがって本発明のシフト装置は、シフト位置の数が種々異なっていても使用することができる。さらに本発明のシフト装置はスペースを節約して実現可能である。なぜなら、操作素子、シャフトおよび回転角検出装置が回転軸に沿って配置されており、したがいシャフトを回転角検出装置と結合するための伝動装置ないしはベルト駆動部を省略することができるからである。本発明のシフト装置では、回転角検出装置はシャフトに空間的に配置され、有利にはシャフトに固定される。シャフトと固定的に結合された操作素子は別個の部材として構成することができるか、またはシャフトの第１の端部を形成することができる。有利には操作素子は端面側でシャフトに接続される。さらに操作素子は、シャフトとは反対側に自由端面を備える回転対称体として構成することができ、この自由端面側を通って回転軸が伸長する。付加的に回転軸の周囲で隆起部および／または凹部を操作素子に設けることができ、これによりグリップを改善することができる。

アクチュエータは回転軸から離れて配置されており、伝動装置ないしはベルト駆動部を介してベルトと接続することができる。しかし有利にはアクチュエータはシャフトに座し、とりわけシャフトに固定されている。これにより回転軸はアクチュエータを貫通して伸長し、前記の伝動装置を省略することができる。これにより本発明のシフト装置に対する所要空間と必要コストが低減される。アクチュエータはステータと、これと相対的に回転可能なロータを有することができ、ロータはシャフトを包囲するか、またはシャフトを形成し、回転軸を中心に回転可能である。アクチュエータはとりわけ回転角検出装置と操作素子との間に配置されており、シャフトは有利にはアクチュエータないしはステータを通って伸長する。アクチュエータは駆動部として、とりわけ電気駆動部、例えば電気モータとして構成することができる。しかしアクチュエータをブレーキとして構成し、このブレーキの制動特性を電気的に制御することもできる。

シャフトは回転角検出装置を通って伸長することができる。しかし有利には回転角検出装置はシャフトの第２の端部に配置されるか、またはシャフトを形成する。したがってシャフトはとりわけ完全に回転角検出装置と操作素子との間に配置されている。

回転角検出装置は相対値発生器として構成することができる。しかし有利には回転角検出装置は絶対値発生器として構成され、したがって操作素子の絶対回転角を確実かつ精確に検出することができる。

回転角検出装置は、例えばポテンシオメータまたは光学的インクリメント発生器として構成することができる。しかし有利には回転角検出装置は少なくとも１つの磁界感応センサと、これに対して相対的に回転可能な少なくとも１つの磁石を有する。磁石はとりわけ永久磁石として構成されている。磁石はシャフトの第２の端部に、とりわけ端面側に固定することができ、これに対し磁界感応センサはシャフトに間隔をおいて配置されている。磁石はとりわけ回転軸に対して直角に磁化されており、および／または磁界感応センサは磁石に対し、回転軸に沿ってずらして配置されている。センサはとりわけ導体路基板に、磁石に対し間隔をおいて固定的に配置されている。

磁界感応センサは例えばホール効果センサまたは磁気抵抗センサとして構成することができる。しかし有利には磁界感応センサは少なくとも２つのホール効果素子を有し、これらの素子は相互に間隔をおいて配置されている。および／またはこれらの素子は強磁性ディスクにより、有利には磁石に向いた側で部分的に覆うことができる。２つのホール効果素子は、とりわけその感応面に関して相互に直角に配向することができる。磁界感応センサのこの構成により、回転角の絶対値を高精度で検出することができる。

回転角検出装置ないしはセンサが故障した場合、シフト位置をもはや検出することはできない。この理由から、回転角検出装置は冗長的に構成することができる。とりわけ少なくとも１つの付加的回転角検出装置ないしは少なくとも１つの付加的センサを設け、このような故障に対処することができる。２つのセンサが設けられていれば、これらを導体路基板の相互に対向する側に配置することができる。

アクチュエータは制御装置により、アクチュエータからシャフトに出力されるトルクまたはシャフトの回転に対抗するトルクが、検出された操作素子の回転に依存して変化可能であるように制御される。ここではシフト位置ではトルクがシャフトに出力されないか、またはシャフトの回転にトルクが対抗せず、これに対してシフト位置から外れている場合、アクチュエータからトルクがシャフトに出力されるか、またはシャフトの回転に対抗するトルクが出力される。有利には制御装置はアクチュエータを、操作素子の回転の際に係止が共感されるように制御することができる。機械的係止部とはここでは例えばシャフト輪郭であると理解すべきであり、このシャフト輪郭に沿ってシャフトを弾性にプリロードするスライド素子がスライドすることができる。スライド中に、このスライド素子に接触する操作者に対して発生する感覚は、有利には本発明のシフト装置により操作素子の回転時に共感することができ、その際に機械的係止部は肉体的に存在しない。それでも機械的係止部を付加的に設けることができる。同様に、制御装置によりアクチュエータを、操作素子の回転の際に押しボタンが共感されるように制御することができる。

トルクを制御して変化することにより、操作素子を回転する操作者に対して触覚的フィードバックを出力することができる。このためにトルク−回転角特性曲線を力−回転角テーブルの形態で、制御装置により読み出し可能なメモリにファイルすることができる（表現、力とトルクはここでは同義語として使用することができる）。アクチュエータからシャフトに出力されるトルク、またはシャフトの回転に対抗するトルクは特性曲線、すなわち力−回転角テーブルから、検出された操作素子の回転に依存して求めることができ、シャフトに出力されるか、またはシャフトの回転に対抗する。シフト位置には、とりわけ特性曲線のゼロ位置が割り当てられる。ここで係止をシミュレートするために特性曲線は、少なくとも領域的に周期的な経過を有することができる。シフト位置に割り当てられたゼロ位置間には、少なくとも１つの別のゼロ位置があり、このゼロ位置では２つの燐背得するシフト位置間でのトルク反転が行われる。特性曲線は有利には、シフト位置に割り当てられたゼロ位置が操作素子の安定した回転角位置を形成するような経過を有する。これに対して、トルク反転に割り当てられた少なくとも１つのゼロ位置は不安定な回転角位置を形成する。有利には特性曲線は、トルク反転の領域にヒステリシスを有し、これにより不所望な大きなトルク跳躍を回避する。さらに複数のトルク反転ヒステリシスまたはトルク反転ゼロ位置を特性曲線に設けることができ、とりわけ２つの隣接する安定した回転角位置の間に設けることができる。

アクチュエータないしは電動駆動部は、とりわけパルス幅変調信号により制御装置によって制御される。特別の触覚効果を達成するために、制御装置によりパルス幅変調信号に加えて周期的な信号を形成することができる。パルス幅変調信号はこの周期的信号により変調され、周期的信号により変調されたパルス幅変調信号がアクチュエータに供給される。この作用により、操作者に知覚可能な操作素子の振動が形成され、とりわけ操作素子の（論理的）終端位置を知らせるために使用することができる。

アクチュエータが遮断されているとき、操作素子は自由に回転することができる。しかしこの自由回転性は、アクチュエータの故障時にも発生し、このことは誤操作を引き起こし得る。なぜなら操作者にシフト感覚が通知されないからである。さらに車両の振動のため、操作素子ないしはシャフトが回転され、これによりトランスミッションが不所望にシフトされることがある。このような不所望のシフトが発生せず、アクチュエータが故障していても操作者にシフト感覚ないしは触覚的フィードバックを、シフト位置間のシフトの際に通知することができるようにするため、補助係止部を設けることができる。この補助係止部は有利はオンオフ可能であり、とりわけアクチュエータに依存せずに駆動される。例えば制御装置がアクチュエータの故障状態を検出した場合、補助係止部を制御装置によりスイッチオンすることができる。補助係止部は機械的係止部として構成することができ、例えば切り替え可能なクラッチを介してシャフトと接続することができる。有利には補助係止部を形成するために、とりわけアクチュエータに加えて、シャフトと結合された複数の第１のエレメントを回転軸の周囲に設けることができ、また複数の第２のエレメントを回転軸の周囲に設けることができ、この第２のエレメントに対して相対的に第１のエレメントは回転軸を中心に回転可能である。ここで第１と第２のエレメントは磁性材料、永久磁石および／または電磁石を有し、第１のエレメントは第２のエレメントと磁気的係止部を形成しながら磁気的に交互作用することができる。

とりわけ第１のエレメントは操作素子に対してオフセットされ、および／またはシャフトに固定的に配置されている。第２のエレメントは有利にはシャフトおよび／または第２のエレメントの周囲に配置されている。第１のエレメントが例えば磁性材料からなるか、または永久磁石により形成されており、第２のエレメントが例えば電磁石により形成されていれば、１つまたは複数の電磁石のスイッチオン時に、この電磁石と１つまたは複数の第１のエレメントとの間で磁力を作用させ、この磁力が操作素子に対して安定した回転角位置と不安定な回転角位置を形成することができる。したがって操作者は係止を共感し、安定した回転角位置は有利には操作素子のシフト位置と一致する。第１のエレメントはとりわけシャフトの回転軸の周囲に配置されている。さらに第２のエレメントも有利にはシャフトの回転軸の周囲に、しかしとりわけシャフトに対して間隔をおいて配置されている。アクチュエータが完全な場合、補助係止部はスイッチオフすることができ、位置的にアクチュエータから別個に配置されるか、またはアクチュエータに組み込むことができる。補助係止部に補完的にまたは択一的に操作素子ないしはシャフトをブロックすることも可能である。

目下のシフト状態を指示するために、シフト位置に表示素子を割り当てることができる。この表示素子は制御装置により制御可能であり、とりわけ回転軸を中心に延在する円弧上に配置されている。

制御装置は少なくとも１つのインタフェースを、例えば車両のＣＡＮバスに対して有することができ、これにより情報を車両の別の装置に出力することができる。この別の装置も同様に直接または間接的にインタフェースないしはバスと接続されている。とりわけ制御装置はトランスミッションのトランスミッション制御装置と接続されており、これによりトランスミッション制御装置を別の動作モードに切り替え、トランスミッションのシフト状態間をシフトし、および／またはトランスミッションの目下のシフト状態を読み出すことができる。この接続は直接、またはインタフェースを介して、ないしはバスを介して行うことができる。さらに、車両の駐車ブレーキを所定のシフト位置にロックすることができる。このこともインタフェースを介して、ないしはバスを介して行うことができる。

アクチュエータからシャフトの回転に対抗するトルク、またはシャフトにトルクを出力することができ、このトルクはとりわけ回転軸を中心にしてシャフトに作用する。したがってトルクベクトルは有利には回転軸上にある。さらにシャフトはアクチュエータにより、これが適切に構成されていれば（例えば駆動部）回転軸を中心に回転することができる。したがって、制御装置によりアクチュエータを、シフト装置のシフトの際に操作素子が所定の位置に回転されるように制御することができる。この位置は例えば前もって決めておくことができ、メモリから読み出されるか、または車両トランスミッションないしはそのトランスミッション制御装置により問い合わされる。所定の位置にこのように入り込むことは、操作素子に固定のマーキングが付されており、このマーキングが目下のシフト状態を指示する場合に意味がある。

本発明のシフト装置はとりわけケーシングまたはホルダを有し、このケーシングまたはホルダには操作素子および／またはシャフトが回転可能に支承される。さらにアクチュエータのステータおよび／またはアクチュエータのケーシングは、ホルダに位置固定して、とりわけホルダに固定して取り付けすることができる。操作素子またはシャフトの回転は、このホルダに対して相対的に行われる。本発明の実施形態によれば、回転軸を中心にする操作素子とシャフトの回転は、ホルダに対する操作素子とシャフトの運動に関して唯一の自由度を形成する。しかし択一的に別の自由度も可能であり、例えば操作素子および／またはシャフトは回転軸に沿って軸方向に運動することができ、さらに操作素子および／またはシャフトは回転軸に対して横方向に旋回または横方向運動することができる。

さらに本発明は、本発明のシフト装置と車両トランスミッションを備える車両、とりわけ自動車に関するものであり、車両トランスミッションは（場合によりトランスミッション制御装置を中間接続して）シフト装置ととりわけ電気的に接続されている。ここでトランスミッションはシフト装置により、操作素子の検出された回転角に依存して種々異なるシフト状態へシフトすることができる。シフト装置は前に述べたすべての構成にしたがってさらに改善することができる。

さらに本発明は、車両トランスミッション、とりわけ自動車トランスミッションをシフトするための本発明のシフト装置の使用法に関する。シフト装置はここでも前に述べたすべての構成にしたがってさらに改善することができる。

本発明を以下、有利な実施形態に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明のシフト装置の第１実施形態の斜視図である。
図２は、第１実施形態の断面図である。
図３は、第１実施形態の概略図である。
図４は、第１実施形態による回転角検出装置の概略図である。
図５は、回転角検出装置の磁界感応センサの概略図である。
図６は、第１実施形態による制御装置のブロック回路図である。
図７は、制御装置のモータインタフェースを示す図である。
図８は、モータインタフェースの信号経過を示す線図である。
図９は、操作素子と、この操作素子に割り当てられた、車両トランスミッションのシフト状態の複数の回転角位置を示す図である。
図１０は、トルク−回転角特性曲線を示す線図である。
図１１は、図１０の特性曲線にヒステリシスをプロットした線図である。
図１２は、本発明のシフト装置の例魚技術的等価回路図である。
図１３は、スイッチオン可能な磁気的補助係止部の概略図である。
図１４は、冗長的センサ装置の概略図である。
図１５は、本発明のシフト装置の第２実施形態の概略図である。

図１から３には、本発明のシフト装置１の第１実施形態が示されており、このシフト装置はケーシング２、このケーシングに取り付けられたカバー３、および回転ノブとして構成された操作素子４を有する。この操作素子４は、ケーシング２とは反対の側でカバー３から突出しており、回転軸５を中心にケーシング２およびカバー３に対して回転することができる。操作素子４は回転軸５を中心に複数のシフト位置６，７，８，９（図９参照）に回転することができ、この複数のシフト位置は、自動車１１（図６参照）のトランスミッション１０（図６参照）のシフト状態Ｐ，Ｒ，ＮおよびＤ（図９参照）に割り当てられる。さらに光学的表示素子１２，１３，１４，１５がカバー３に設けられている。これらの光学的表示素子は円弧１６の上に、回転軸５ないしは操作素子４の周囲で配置されている。表示素子１２，１３，１４，１５はトランスミッション１０のシフト状態Ｐ，Ｒ，ＮおよびＤに割り当てられる。ここで目下のシフト状態に割り当てられた表示素子は、そのシフト状態を他の表示素子に対して例えば点灯により光学的に目立つようにする。ここで表示素子１２，１３，１４，１５は、直線１７，１８，１９，２０上にあり、これらの直線は回転軸５と交差し、回転軸５に対して直角に配向されている。ここで直線１７，１８，１９，２０は、操作素子４の回転角位置を表し、この回転角位置はシフト位置６，７，８，９と一致している。

操作素子１４はシャフト２１と固定的に結合されており、シャフトは同時に駆動部２２の駆動シャフトを形成する。駆動部２２はここでは電気モータとして構成されており、シャフト２１に対する駆動部として用いられる。したがって駆動部２２はシャフト２１を回転し、トルクをシャフト２１に与える。さらに駆動部２２は、ケーシング２に固定されたステータ２３を有する。支承部２４を介してカバー３に、またはケーシング２に回転可能に支承されたシャフト２１は駆動部２２ないしはステータ２３を貫通して伸長している。

カバー３はこの実施形態では、ケーシング２と固定的に結合した別個の部材であり、永続的にまたは解離可能にケーシング２と結合されている。択一的にカバー３をケーシング２と一体的に構成することができる。さらにカバー３には２つのキースイッチ２５と２６が設けられており、これらのキースイッチによりトランスミッション１０ないしはトランスミッション１０と接続されたトランスミッション制御装置２７（図６参照）を種々異なる動作モードに切り替えることができる。

操作素子４は、ケーシング２から引き出され、カバー３を貫通して伸長するシャフト２１の第１の端部２８に固定されており、これと回動不能に結合されている。シャフト２１の第１の端部２８に対向する第２の端部２１には永久磁石３０が磁石ホルダ６７によって固定されている。この磁石ホルダ６７はシャフト２１と回動不能に結合されており、磁界感応センサ３１と共に回転角検出装置３２を形成する。磁界感応センサ３１は、導体路基板７０（図１４参照）を中間接続してケーシング２に固定されており、回転軸５に沿って磁石３０に対してずらして配置されている。

図４には、回転角検出装置３２の拡大概略図が示されており、磁石３０の磁化方向は回転軸５に対して直角に配向されていることが分かる。このことは、永久磁石３０のＮ極に対する符合Ｎと、Ｓ極に対するＳにより示されている。磁界感応センサ３１は、相互に間隔をおき、とりわけ相互に直角に配向された２つのホール効果素子３３と３４を有する。これらのホール効果素子３３と３４によって、磁界感応センサ３１に対する磁石３０の回転αを検出することができる。磁石３０はシャフト２１と回動不能であり、シャフトはさらに操作素子４と回動不能に結合しているから、角度αはケーシング２ないしはカバー３に対する操作素子４の回転も表す。したがって回転角検出装置３２により、ケーシング２に対する操作素子４の回転角を検出することができる。

図５から分かるように、ホール効果素子３３と３４は強磁性ディスク３５により部分的に覆われている。この強磁性ディスクは２つのホール効果素子３３と３４の間の間隔をバイパスしている。さらに２つのホール効果素子３３と３４は１つの共通の基板３６上に配置されており、とりわけ強磁性ディスク３５および基板３６と共に１つの共通のセンサケーシング３７内に配置されている。これによりコンパクトなセンサ構造が得られる。

図６には、シフト装置１の概略的ブロック回路図が示されており、制御装置３８はトランスミッション１０のトランスミッション制御装置２７と電気的に接続されている。さらにとりわけデジタル計算器またはマイクロコントローラ５２を有する制御装置３８は電気的にモータインタフェース３９と接続されており、モータインタフェース３９はさらにモータ２２と電気接続されている。モータインタフェース３９は別個の構成素子として図示されているが、このモータインタフェースは有利には制御装置３８に所属する。電気モータ２２はシャフト２１を介して、機械的に操作素子４および回転角検出装置３２と共働する。この回転角検出装置３２も同様に電気的に制御装置３８と接続されている。さらに制御装置３８はメモリ４０を有し、とりわけ駐車ブレーキ６９と電気的に接続されている。駐車ブレーキはトランスミッション１０のシフト状態Ｐで制御装置３８により操作することができる。制御装置３８と駐車ブレーキ６９との間の電気接続はインタフェース６８を介して、とりわけＣＡＮバスを中間接続して行われる。このＣＡＮバスを介して制御装置３８は他の装置または機器とデータを交換することができる。図６に示した装置全体は、概略的に示した自動車１１に配置されている。

図７には、モータ２２と接続されたモータインタフェース３９が詳細に示されている。このモータインタフェース３９は、４つの信号線路ＩＨ１，ＩＨ２，ＩＬ１およびＩＬ２を介して制御装置３８により制御される。図８による所属の信号経過から明らかなように、（モータ）シャフト２１の回転方向は信号線路ＩＨ１とＩＨ２を介して制御することができる。これに対して信号線路ＩＬ１またはＩＬ２にはパルス幅変調信号が供給され、この信号によってとりわけ電気モータ２２からシャフト２１へ出力されるトルクの大きさを決定ないし制御することができる。モータの制御は有利には、パルス幅変調信号のディーティ比の調整を介して行われる。

図９には、操作素子４の複数の回転角位置と、これに割り当てられた、自動車トランスミッション１０のシフト状態Ｐ，Ｒ，ＮおよびＤが概略的に示されている。ここでは１８０°の連続的角度領域が１０ビットにより離散的に分解される。したがって全部で１０２４の検出可能な回転角度値が得られ、０°の回転角には値ゼロが、１８０°の回転角には値１０２３が割り当てられる。角度領域のこの量子化は、操作素子４の回転角αを十分な精度で分解するのに十分に微細である。ここでシフト状態Ｐに割り当てられたシフト位置６は値７６５により特徴付けられる。シフト状態Ｒに割り当てられたシフト位置７は値５９５により特徴付けられる。シフト状態Ｎに割り当てられたシフト位置８は値４２５により特徴付けられる。そしてシフト状態Ｄに割り当てられたシフト位置９は値２５５により特徴付けられる。さらに括弧内に示したトランスミッション１０のシフト状態Ｍは、ギヤの手動でのシフトアップおよびシフトダウンが付加的に設けられたキースイッチにより可能であることを示す。このキースイッチは例えば自動車のステアリングに配置することができる。シフト状態Ｍが括弧内に示されているのは、これが単にオプションとして設けられているからである。

図１０には、部分的トルク−回転角特性曲線が示されている。この特性曲線はとりわけテーブルとしてメモリ４０にファイルされている。ここで電気モータ２２からシャフト２１に出力すべきトルクＭは、操作素子４ないしはシャフト２１の回転角α上にプロットされている。この部分的線図ではシフト状態Ｎ，ＲおよびＰだけが考慮されている。図１０に示したトルク経過によって、操作素子４を回転する操作者に対して係止の感覚がシミュレートされる。とりわけ特性曲線はシフト位置６，７および８にそれぞれゼロ位置４１，４２，４３を有する。したがってシフト位置６，７，８ではトルクが操作素子４に及ぼされない。とりわけシフト位置６，７，８は操作素子４の安定した回転角位置を形成する。さらに特性曲線はシフト位置７と８の間、およびシフト位置６と７の間にそれぞれゼロ位置４４、４５を有し、このゼロ位置は有利にはそれぞれのシフト位置の中央にある。例えば操作素子がシフト位置８からシフト位置７に回転されると、このゼロ位置４４までの回転運動は操作者により克服することのできるトルクに対抗する。ゼロ位置４４の領域ではトルクがほぼ跳躍的にその符合を変化する。これによりトルクはシフト位置７への回転方向で作用する。シフト位置７から出発して操作素子４がシフト位置６の方向に回転されると、ゼロ位置４２と４５との間で、この回転運動に対抗するトルクが操作素子４に作用する。ゼロ位置４５の領域ではトルクがほぼ跳躍的にその符合を変化する。したがってトルクはシフト位置６への回転方向で作用する。相応する作用が、操作素子４が比較的小さな角度αへ逆回転される際に発生する。したがって操作者に対して、操作素子４の回転の際に機械的係止部を通過したかのような印象が発生する。ここで、トルク反転点４４と４５との間のシフト位置領域４６はシフト位置７に割り当てられており、トルク反転点４５とゼロ位置４３との間のシフト位置領域４７はシフト位置６に割り当てられており、トルク反転点４４とゼロ位置４１との間のシフト位置領域４８はシフト位置８に割り当てられている。ここで考慮すべきことは、図１０は特性曲線の一部だけを示していることである。したがってシフト位置８の左方の、αに対して比較的小さい値の方向には、別のトルク反転点と別のゼロ位置を設けることができ、これらはシフト状態Ｄに対するシフト位置に相当する。この場合、領域４８はこの図示しないトルク反転点まで伸長することができる。

図１１から、シフト位置領域を変化する際のトルク反転は有利にはヒステリシス４９，５０により行われることが分かる。すなわち、センサ信号が同じ場合、モータの状態は過去の履歴に依存することができる。ヒステリシスは、隣接する２つのシフト位置領域間の境界に実現されており、これによりＡＤ変換器の量子化ノイズのために発生し得る大きなトルク跳躍が回避される。このＡＤ変換器は例えば操作素子４の実際の角度位置を離散的な１０ビット値に変換する。ヒステリシスに対する領域は力マップないしはトルクマップに、「無効な」数によりマーキングすることができる。この無効な数とは、モータ２２の制御信号のパルス幅を計算するのには使用されない数である。この方法によって、シフト位置領域４６，４７，４８が、測定信号の場合による障害に依存せず、十分な精度を以て一義的に検出される。相応のことが、シフト位置９に割り当てられた、図示しないシフト位置領域に対しても当てはまる。図１１から、シフト位置領域間を変化する際には、領域α_hystereseにおけるトルクの最後の値が維持されることが明確である。トルクが目下のシフト位置領域を去るときにその符合を変化する場合、操作素子は、符合が（再び）反転する前に区間α_hystereseを再び進まなければならない。したがってヒステリシスの領域では、トルクは先行の回転方向に応じて異なる符合を以て発生する。

図１２には、シフト装置１の制御技術的等価回路が示されている。制御装置３８により形成された制御器５１はモータインタフェース３９に作用する。モータインタフェースは駆動部ないしは電気モータ２２を制御し、電気モータ２２はセンサ３１に対して相対的に回転することのできる磁石３０と共働する。センサの出力信号は制御器５１に供給される。さらに操作素子４を介して駆動部２２のシャフト２１を操作者により回転することができる。このことは等価回路では駆動部２２に供給される障害量５３として示されている。さらに制御器５１には目標シフト位置５４が目標量５５として供給される。この目標量は例えば、検出された回転角αにより目下のシフト位置領域を検出し、所属のシフト位置に割り当てることによって求めることができる。目標量の設定は例えば操作素子４ないしはシャフト２１の回転を介して行われる。制御器５１に回転角αが測定量または実際量５６として供給されるから、目標量を制御器５１自体によって検出することができ、ないしは目標量の設定を制御器５１自体により初期化することができる。このことは破線の矢印により示されている。例えばシフト位置領域４６が検出されると、目標値５５がシフト位置７によって、ないしはシフト状態Ｒによって設定される。これに対してシフト位置領域４７が検出されると、目標値５５がシフト位置６によって、ないしはシフト状態Ｐによって示される。シフト位置領域４８が検出されると、目標値５５がシフト位置８によって、ないしはシフト状態Ｎによって示される。相応のことがシフト状態Ｄに対しても当てはまる。

操作素子４がシフト位置６ないしはシフト状態Ｐから出発して操作者により回転角αが増大する方向に回転されると、駆動部２２はこの回転運動に対して一定のトルクで対抗することができる。なぜならシフト位置６は回転角値αが増大する方向では、この実施形態の場合、別のシフト状態を取らないからである。したがって操作者には、操作素子のそれ以上の回転によって有効なシフト位置に達することができないことが通知される。とりわけ駆動部２２を制御するためのパルス幅変調信号に、周期的信号を重畳することができる。この周期的信号は作用するトルクに加えて、操作素子に操作者が感じられるような振動を引き起こす。この作用は操作者に、操作素子４を回転角値αが増大する方向にさらに回転することによって有効なシフト位置に達することができないことをさらに明確にする。図９のオプションシフト位置Ｍが設けられている場合、シフト位置９から出発して操作素子の回転角αが小さくなる方向への回転に、最大値を上回らずに特別に大きくなるトルクが対抗するようにすることができる。この場合、オプションシフト状態Ｍは、トルク反転のない不安定な状態を形成する。このことは操作者に、機械的な回転キーが操作されたかのような感覚を通知する。図１０と１１に示したトルク経過は単なる例であり、操作者の希望に適合することができる。

図１３では、スイッチオン可能な磁気的補助係止部が概略的断面図に示されている。ここではシャフト２１に、磁性材料または永久磁石により形成される、複数の第１のエレメント５７が、回転軸５の周囲で配置されている。さらにシャフト２１の周囲には電磁石として構成された第２のエレメント５８が設けられている。第２のエレメントに対して、第１のエレメント５７はシャフト２１と共に回転軸５を中心に回転可能である。電磁石５８には個別に、またはグループごとに、または全て共通に電流を流すことができ、したがってスイッチオンすることができる。これにより磁力が第１のエレメント５７と第２のエレメント５８との間で作用する。第１のエレメント５７は相互に間隔をおいて、有利には回転軸５の周囲に均等に分散して配置されているから、操作素子４が一方の方向に回転されると磁力はとりわけ周期的に変化する。これにより操作者には係止の印象が惹起される。第２のエレメント５８も相互に間隔をおいており、第２のエレメント５８は第１のエレメント５７よりも少数設けることができる。図１３によれば、電磁石５９と６１がスイッチオンされている。これに対して電磁石６０と６２はスイッチオフされている。さらに電磁石６０と６２をスイッチオンし、電磁石５９と６１をスイッチオフすることも可能である。補助係止部が必要ない場合、すべての電磁石５９，６０，６１，６２をスイッチオフすることができる。
補助係止部は制御装置３８により、これが駆動部２２の故障を検出した場合にスイッチオンすることができる。なぜならそうでないと、操作素子４は自由に回転することができることとなるからである。したがって操作者には操作素子４の回転の際に、駆動部２２が故障しても係止をシミュレートする感覚を通知することができる。この補助係止部のトルク経過を調整する可能性はとりわけ制限されている。択一的に補助係止部を永続的にスイッチオンすることもできる。

図１４は、ケーシング２に配置された導体路基板７０にある磁界感応センサ３１を概略的に示す。導体路基板７０の、センサ３１または磁石３０とは反対側には、第２の磁界感応センサ７１が配置されている。この第２の磁界感応センサは回転角αを冗長的に検出するために用いられる。２つのセンサは回転軸５ないしはその延長線にあり、とりわけ同形式に構成されている。

図１５には本発明のシフト装置の第２の実施形態が示されている。ここで第１の実施形態と同じ、または類似の構成には、第１の実施形態と同じ参照符合が付してある。第２の実施形態は第１の実施形態とは、駆動部２２がシャフト２１に固定されているのではなく、このシャフトに対して間隔をおいてケーシング２に固定されている点で異なる。駆動部２２の駆動シャフトないしロータ６３は、シャフト２１と伝動装置６４を介して接続されている。この伝動装置は、駆動シャフト６３と回動不能に結合された第１の端面ホイール６５、およびシャフト２１と回動不能に結合された第２の端面ホイール６６を有する。第２の端面ホイール６６は第１の端面ホイール６５に係合している。

図１は、本発明のシフト装置の第１実施形態の斜視図である。図２は、第１実施形態の断面図である。図３は、第１実施形態の概略図である。図４は、第１実施形態による回転角検出装置の概略図である。図５は、回転角検出装置の磁界感応センサの概略図である。図６は、第１実施形態による制御装置のブロック回路図である。図７は、制御装置のモータインタフェースを示す図である。図８は、モータインタフェースの信号経過を示す線図である。図９は、操作素子と、この操作素子に割り当てられた、車両トランスミッションのシフト状態の複数の回転角位置を示す図である。図１０は、トルク−回転角特性曲線を示す線図である。図１１は、図１０の特性曲線にヒステリシスをプロットした線図である。図１２は、本発明のシフト装置の例魚技術的等価回路図である。図１３は、スイッチオン可能な磁気的補助係止部の概略図である。図１４は、冗長的センサ装置の概略図である。図１５は、本発明のシフト装置の第２実施形態の概略図である。

符号の説明

１シフト装置
２ケーシング
３カバー
４操作素子／回転ノブ
５回転軸
６シフト位置／Ｐ
７シフト位置／Ｒ
８シフト位置／Ｎ
９シフト位置／Ｄ
１０伝動装置
１１自動車
１２表示素子／Ｐ
１３表示素子／Ｒ
１４表示素子／Ｎ
１５表示素子／Ｄ
１６円弧
１７シフト位置／Ｐに対する直線
１８シフト位置／Ｒに対する直線
１９シフト位置／Ｎに対する直線
２０シフト位置／Ｄに対する直線
２１シャフト／ロータ
２２電気モータ／駆動部
２３ステータ
２４支承部
２５キースイッチ
２６キースイッチ
２７トランスミッション制御装置
２８シャフトの第１の端部
２９シャフトの第２の端部
３０永久磁石
３１磁界感応センサ
３２回転角検出装置
３３ホール効果素子
３４ホール効果素子
３５強磁性ディスク
３６基板
３７センサケーシング
３８制御装置
３９モータインタフェース
４０メモリ
４１ゼロ位置／Ｎ
４２ゼロ位置／Ｒ
４３ゼロ位置／Ｐ
４４ＮとＲの間のゼロ位置
４５ＲとＰの間のゼロ位置
４６シフト位置領域／Ｒ
４７シフト位置領域／Ｐ
４８シフト位置領域／Ｎ
４９ヒステリシス
５０ヒステリシス
５１制御器
５２マイクロコントローラ
５３障害量
５４目標シフト位置
５５目標量
５６実際量／測定量
５７第１のエレメント
５８第２のエレメント
５９電磁石
６０電磁石
６１電磁石
６２電磁石
６３駆動シャフト／ロータ
６４伝動装置
６５第１の端面ホイール
６６第２の端面ホイール
６７磁石ホルダ
６８インタフェース
６９駐車ブレーキ
７０導体路基板
７１磁界感応センサ

Claims

車両トランスミッションをシフトするためのシフト装置であって、
回転軸（５）を中心に異なるシフト位置（６，７，８，９）に回転可能な操作素子（４）と、該作素子（４）に結合されており、前記回転軸（５）を中心に回転可能なシャフト（２１）と、該シャフト（２１）に結合された回転角検出装置（３２）と、アクチュエータ（２２）と、前記回転角検出装置（３２）およびアクチュエータ（２２）に接続された制御装置（３８）とを有し、
前記回転角検出装置（３２）によって、前記操作素子（４）の回転軸（２１）を中心にする回転が検出され、
前記アクチュエータ（２２）によって、トルクが前記シャフト（２１）に出力され、またはシャフト（２１）の回転に対抗するトルクが出力され、
前記制御装置（３８）によって前記アクチュエータ（２２）から出力されたトルク、または対抗するトルクが制御され、
前記車両トランスミッション（１０）は、シフト位置（６，７，８，９）に割り当てられたシフト状態（Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄ）に切り替え可能である形式のシフト装置において、
前記シャフト（２１）は、前記回転角検出装置（３２）と前記操作素子（４）との間で回転軸（５）に沿って伸長しており、前記操作素子は回転ヘッドまたは回転ノブとして構成されており、シャフト（２１）の第１の端部（２８）に配置されている、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１記載のシフト装置において、
前記アクチュエータ（２２）と回転角検出装置（３２）とは前記シャフト（２１）に座している、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１または２記載のシフト装置において、
前記回転角検出装置（３２）は、前記シャフト（２１）の第２の端部（２９）に配置されている、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から３までのいずれか一項記載のシフト装置において、
前記回転角検出装置（３２）により、回転軸（５）を中心にする操作素子（４）の絶対回転角（α）検出される、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から４までのいずれか一項記載のシフト装置において、
前記回転角検出装置（３２）は、少なくとも１つの磁界感応センサ（３１）と、該磁界感応センサに対して相対的に回転可能な少なくとも１つの磁石（３０）とを有する、ことを特徴とするシフト装置。
請求項５記載のシフト装置において、
前記磁石（３０）はシャフト（２１）の第２の端部（２９）に固定されており、
前記磁石（３０）の磁化方向は回転軸（５）に対して直角に配向されており、
前記磁界感応センサ（３１）は前記磁石（３０）に対し、回転軸（５）に沿ってずらして配置されている、ことを特徴とするシフト装置。
請求項５または６記載のシフト装置において、
前記磁界感応センサ（３１）は少なくとも２つのホール効果素子（３３，３４）を有し、該ホール効果素子は強磁性ディスク（３５）により部分的に覆われている、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から７までのいずれか一項記載のシフト装置において、
前記アクチュエータ（２２）は前記制御装置（３８）により、アクチュエータ（２２）からシャフト（２１）に出力されるトルクまたはシャフト（２１）の回転に対抗するトルクが、検出された操作素子（４）の回転に依存して変化可能であるように制御される、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から８までのいずれか一項記載のシフト装置において、
前記アクチュエータ（２２）は前記制御装置（３８）により、シフト位置（６，７，８，９）ではトルクがシャフト（２１）に出力されないか、またはシャフト（２１）の回転にトルクが対抗せず、これに対してシフト位置（６，７，８，９）から外れている場合、トルクがシャフト（２１）に出力されるか、またはシャフト（２１）の回転に対抗するトルクが出力されるように制御される、ことを特徴とするシフト装置。
請求項８または９記載のシフト装置において、
前記制御装置（３８）は、トルク−回転角特性曲線がファイルされたメモリ（４９）を有し、
該特性曲線に従い、アクチュエータ（２２）からシャフト（２１）に出力されるトルク、またはシャフト（２１）の回転に対抗するトルクが、検出された回転に依存して決定され、
前記特性曲線の経過はヒステリシスを有する、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から１０までのいずれか一項記載のシフト装置において、
制御装置（３８）により、パルス幅変調信号と周期的信号が形成され、
前記パルス幅変調信号は前記周期的信号により変調され、
周期的信号により変調されたパルス幅変調信号が前記アクチュエータ（２２）に供給される、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から１１までのいずれか一項記載のシフト装置において、
アクチュエータ（２２）に加えて、
シャフト（２１）と結合され、回転軸の周囲に配置された複数の第１のエレメント（５７）と、回転軸の周囲に設けられた複数の第２のエレメント（５８）とを有し、
該第２のエレメントに対して前記第１のエレメント（５７）は回転軸を中心に回転し、
第１と第２のエレメント（５７，５８）は磁性材料、永久磁石および／または電磁石を有し、
第１のエレメント（５７）は第２のエレメント（５８）と、磁気的係止部を形成しながら磁気的に交互作用する、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から１２までのいずれか一項記載のシフト装置において、
前記シフト位置（６，７，８，９）には表示素子（１２，１３，１４，１５）が割り当てられており、
該表示素子は制御装置（３８）により制御され、回転軸（５）を中心に延在する円弧（１６）上に配置されている、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から１３までのいずれか一項記載のシフト装置において、
回転角検出装置は冗長的に構成されている、ことを特徴とするシフト装置。
請求項１から１４までのいずれか一項記載のシフト装置を、車両トランスミッション（１０）のシフトに使用する使用法。
請求項１５記載の使用法において、
前記制御装置（３）はアクチュエータ（２２）を、操作素子（４）の回転の際に係止が共感されるように制御する、ことを特徴とする使用法。
請求項１５または１６記載の使用法において、
前記制御装置（３８）はアクチュエータ（２２）を、操作素子（４）の回転の際にキースイッチ（Ｍ）が共感されるように制御する、ことを特徴とする使用法。
請求項１５から１７までのいずれか一項記載の使用法において、
制御装置（３８）は、車両（１１）の駐車ブレーキ（６９）を所定のシフト位置（６）にロックする、ことを特徴とする使用法。
請求項１５から１８までのいずれか一項記載の使用法において、
前記制御装置（３８）はアクチュエータ（２２）を、シフト装置（１）のシフトオン時に操作素子（４）が、所定のシフト位置（６）、またはメモリ（４０）から読み出されたシフト位置、または車両トランスミッション（１０）により問い合わされたシフト位置（６）に回転されるよう制御する、ことを特徴とする使用法。