JP5452479B2 - 変速機ポジションセンサ - Google Patents

Description

本発明は、自動車変速機用ポジションセンサに関する。

自動化またはロボット化された変速機用ポジションセンサは公知である。このポジションセンサは、変速機の設計に含まれており、多くの場合、変速を行うことができるように、変速機内のアクチュエータに組み込まれている。このポジションセンサには、様々な技術が採用されている。例えば、アクチュエータの位置を確認し、この位置により、変速機の位置を推測するように、すなわち、歯車が噛み合っているか否か、噛み合っている場合には、どの歯車と噛み合っているかを推測するポテンショメータを用いたポジションセンサが知られている。

近年、ホール効果磁気技術や誘導技術などの他の技術も、自動化またはロボット化された変速機のポジションセンサに利用できることが分かった。一例として、特許文献１に、複数の領域の磁石によって、特別に符号化された変速機の伝動軸の位置を検出するためにホール効果を利用する一体型ポジションセンサが開示されている。しかし、このポジションセンサは、複雑であり、非常に高価である。

近年、自動車産業では、自動化またはロボット化された変速機を備える、自動車用の「ＳＴＯＰ＆ＳＴＡＲＴ」と呼ばれるシステムが登場した。このシステムは、例えば、赤信号で所定時間、自動車が停止する際にエンジンを停止させ、かつ運転者がアクセルペダルを再び踏み込むとエンジンを自動的に始動させるシステムである。

このシステムは、特に市街地で、相当な量の燃料を節約することが可能であり、そのため、かなりの成功を収めている。

安全面から、エンジンを再始動させる前に、停止時の変速機の位置の確認が不可欠であることは知られている。

特に、容易に事故の原因となる始動時の自動車の前進を防止するために、変速機を、ニュートラル位置、すなわち歯車が噛み合っていない位置にしなければならない。

いずれの歯車も噛み合っていないか否かを検出するために、ニュートラル位置を示す出力信号を送信する変速機用ポジションセンサが設けられている。

次に、このポジションセンサが正常に作動していること、すなわち、このポジションセンサに障害がないことと、送信された信号が確かにニュートラル位置を示していることが確かであることが不可欠である。

ポジションセンサの測定の安全性を改善する装置は、既に公知である。このような装置は、出力信号と接地との間で短絡が起きた場合、またはポジションセンサの電源が開路状態になった場合に、送信された信号の誤判定を防止する。

このため、このような装置には、０ではなく、ポジションセンサの電源の値にも等しくない出力電圧の供給を可能にする抵抗回路がポジションセンサに組み込まれている。これにより出力信号は、低い短絡レベルや高い開路レベルとは異なる中間の値を有する。

しかし、このような装置は、ポジションセンサの電気回路に生じやすい全ての障害の認識を可能にするわけではない。

特に、このような装置は、電気回路のケーブルまたはコネクタに存在する不適当なインピーダンスの認識を可能にするわけではない。このようなインピーダンスは、例えば、コネクタ（接触抵抗）または電源ケーブルに異常な抵抗が起きた場合に生じることがある。この際、出力信号は、歯車の実際の位置に一致しない不適当な中間のアナログ値を有する。

国際公開第２００５／０６４２８１号パンフレット 欧州特許第０２７３８７４号明細書 米国特許第６５４５４６２号明細書 米国特許第７０３８４４８号明細書

これらの問題を解決するために、本発明の目的は、起こりがちな障害の種類に関係なく、絶えず送信される出力信号の完全性を検証することができる変速機用ポジションセンサを提供することにある。

このように、本発明の目的は、自動車変速機用ポジションセンサを提供することにある。このポジションセンサは、変速機のニュートラル位置を表す少なくとも１つのアナログ信号を供給するために、変速機の歯車比を変更するための要素に結合された移動標的と相互作用できるプローブを備え、さらに、移動標的がニュートラル位置にあり、かつポジションセンサが正常に作動している状態にある場合にのみ、ニュートラル位置に一致する所定周期の情報を供給するために、アナログ信号をデジタル出力信号に変換できるアナログデジタル変換器を備えた信号処理ユニットも備えていることを特徴とする。

本発明のさらなる目的は、上記のポジションセンサを備えた変速機を提供することにある。

本発明はまた、上記のポジションセンサを備えており、標的がニュートラル位置にあり、かつポジションセンサが正常に作動している状態にある場合にのみ、ニュートラル位置と一致する所定周期の情報を提供するために、アナログ信号をデジタル出力信号に変換することを特徴とする自動車変速機のニュートラル位置を検出する方法を提案するものである。

本発明の他の利点および特徴は、以下の本発明の説明を読めば、明らかになると思う。

本発明によるポジションセンサの模式図である。 図１のポジションセンサの出力信号を表すグラフである。 図１のポジションセンサの出力信号を表すグラフである。 図１のポジションセンサの出力信号を表すグラフである。

図において、同一の要素には、同じ符号を付してある。

図１は、自動車のマニュアル、または自動変速機ハウジング（不図示）に取り付けることができる本発明によるポジションセンサ１の模式図である。

この変速機は、リンク装置を介してのシフトレバーによる指令に従って、様々な歯車比に変更するための要素を備えている（例えば、特許文献２に開示されている変速機を参照されたい。）。

変更要素は、例えば、変速機の作動ロッド、ジョークラッチ、またはカムである。

ポジションセンサ１は、標的５と相互作用できるプローブ３を備えている。

標的５は、変速機の歯車比を変更するための要素と共に移動して、噛合している歯車またはニュートラルを表すことができるようにするために、この要素に結合されている。

したがって、動作中、プローブ３と標的５が相互作用して、変速機のニュートラル位置、または噛合した歯車を表す少なくとも１つのアナログ信号を供給する。

プローブ３は、例えば、磁気効果プローブ、光学効果プローブ、または誘導効果プローブである。

好ましいのは、標的５の空間の位置を決定し、この位置から変速機の噛合した歯車、またはニュートラル位置を推定するために磁場を測定できるホール効果プローブ３である。

ホール効果プローブ３は、磁場を測定するために、集積回路に組み込まれたホールセルおよび磁束集中器を備えると有利である（例えば、特許文献３および４を参照）。

標的５は、磁化されていて、すなわち非ゼロの透磁率を有するように設計されている。

金属製標的５の場合は、図１から分かるように、磁石７と標的５との間に生成される磁力線８が、ホール効果プローブ３を横断するように、プローブ３に近接して磁石７が設けられている。

したがって、動作中、標的５がプローブ３に実質的に対向している場合、プローブ３は、磁場の変化を測定し、ニュートラルまたは噛合した歯車の位置を検出する。

ポジションセンサ１が光学効果プローブ３を備えている場合には、標的５は、プローブ３と光学的に相互作用するように設計されている。

したがって、光学プローブ３は、標的５に実質的に対向している場合、光学信号の変化を検出する。

アナログ信号は、例えば、電流または電圧である。

本発明によると、ポジションセンサ１は、標的５がニュートラル位置にあり、かつポジションセンサ１が正常に作動している状態にある場合にのみ、ニュートラル位置に一致する所定周期の情報を供給するために、アナログ信号をデジタル出力信号１７に変換できるアナログデジタル変換器を有する信号処理ユニット９も備えている。

これにより、図２に示すように、時間間隔Ｔにおける高い振幅Ｖ１、低い振幅Ｖ２、および少なくとも２つの連続した遷移振幅１９および２０を有する実質的にスロットの形態である、ニュートラル位置または噛合した歯車の位置に一致するデジタル出力信号１７が得られる。

例えば、第１の遷移振幅１９は、プラス、すなわち好ましくはゼロ傾斜で値Ｖ１から低い値Ｖ２に移動する信号の振幅であり、第２の遷移振幅２０は、信号が値Ｖ２とＶ１との間で移動するマイナスである。

ゼロ傾斜により、変速機の歯車の不確定の位置を防止することができる。

ゼロ傾斜の場合には、信号処理ユニット９が、デジタル信号１７の遷移の値を適宜、高い振幅Ｖ１または低い振幅Ｖ２のいずれかに等しい値とすることもできる。

したがって、ポジションセンサ１の出力信号１７の完全性を検証するためには、デジタル信号１７に２つの連続する遷移振幅１９および２０が存在するかを検証すれば十分である。

デジタル信号１７の第１の遷移振幅１９の後、デジタル信号１７の時間間隔Ｔの間に第２の遷移振幅２０が検出されない場合には、ポジションセンサ１が故障である。

逆に、第２の遷移振幅２０が検出されると、歯車が噛合しているか、または噛合していないことと、この情報が完全に信頼できることが使用者に伝えられる。

したがって、例えば、異なる電圧レベルでの符号化などの出力情報のアナログ符号化において、従来のセンサよりも信頼性が改善されたポジションセンサ１が得られる。

このため、ポジションセンサ１は、デジタル出力信号１７の送信を可能にするＬＩＮやＣＡＮなどのデジタルバス（不図示）を信号処理ユニット９の出力に採用すると有利である。

アナログデジタル変換器は、パルス幅変調（ＰＷＭ）変換器にすると有利である。

したがって、ニュートラル位置と一致する第１のデジタル出力信号１７と、噛合した歯車の位置と一致する第２のデジタル出力信号１７とが異なるように、符号化できると有利である。

例えば、第１のデジタル出力信号１７は、時間間隔Ｔの約８０％に及ぶ高い振幅Ｖ１と、時間間隔Ｔの残りの時間に亘る低い振幅Ｖ２を有する。

逆に、第２のデジタル出力信号は、時間間隔Ｔの約２０％にしか及ばない高い振幅Ｖ１と、時間間隔Ｔの残りの時間に亘る低い振幅Ｖ２を有することができる。

図１に示すポジションセンサ１のプローブ３、および任意選択の磁石７を含むアセンブリ２２は、信号処理ユニット９および主電源１５を含むアセンブリ２３とは別個にすることができる。

信号処理ユニット９は、デジタル出力信号１７の少なくとも１つの追加の周期的な情報を符号化することもできる。

したがって、ポジションセンサ１は、ニュートラル位置などの歯車位置の信号と動作状態に一致する診断信号を、同時に送信することができる。

信号処理ユニット９は、デジタル出力信号１７の振幅を所定の閾値と比較できる診断手段も備えていると、有利である。

例えば、信号処理ユニット９は、デジタル出力信号１７の高い振幅Ｖ１および低い振幅Ｖ２を測定し、ポジションセンサ１の電気回路のケーブルに存在する抵抗または不適当な接触抵抗の存在を明らかにするために、これらの測定値を所定の値と比較する。

したがって、信号処理ユニット９は、いくつかのレベルの動作閾値を有することができる。

例示的な一実施形態によると、４つの閾値Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを予め設定し、信号処理ユニット９に格納する。

図３および図４は、ポジションセンサ１が正常に動作している、すなわち故障していない状態と、送信された信号が噛合した歯車またはニュートラルの位置を正確に示している状態の２つの状態を示しているが、これらの状態では、障害が生じうる。

したがって、図２に示すポジションセンサ１の障害のない正常な動作のためには、出力信号１７の高い振幅Ｖ１は、第１の閾値Ａよりも高くなければならず、低い振幅Ｖ２は、第４の閾値Ｄよりも低くなければならない。

出力信号１７の振幅Ｖ１が閾値Ａよりも低いが第２の閾値Ｂよりは高い場合、または振幅Ｖ２が閾値Ｄよりも高いが、第３の閾値Ｃよりは低い場合には、ポジションセンサ１は、正常に動作しているが、メンテナンスが必要となる可能性がある。

図３では、出力信号１７の振幅Ｖ１が、閾値Ａよりも低くて、噛合した歯車またはニュートラルの位置についての情報が、現在は正しいが、ポジションセンサ１のメンテナンスが必要であること意味している。

図４では、出力信号１７の振幅Ｖ２が閾値Ｄよりも高くて、噛合した歯車またはニュートラルの位置についての情報が、現在は正しいが、ポジションセンサ１のメンテナンスが必要であること意味している。

また、出力信号１７の高い振幅Ｖ１が閾値Ｂよりも低い場合、または低い振幅Ｖ２が閾値Ｃよりも高い場合に、信号処理ユニット９が、所定周期の情報の送信を停止するようにもできる。

このために、診断手段の比較の結果に従って、例えば、ポジションセンサ１の主電源１５のプローブ３の電源のスイッチを切るなどして、所定周期の情報の送信を停止できる信号処理ユニット９を提供することができる。

したがって、ポジションセンサ１は、振幅Ｖ１およびＶ２が、それぞれ、所定の閾値ＢおよびＣの外側にくると、出力信号１７を送信するのを停止するため、送信された情報の正確性が保障される。

この追加情報を符号化して、デジタル出力信号１７に含めた場合、使用者にこの追加情報が伝えられ、使用者が、メンテナンスの計画を立てることができる。

したがって、出力信号１７は、噛合した歯車またはニュートラルの位置と一致する情報と、ポジションセンサ１のメンテナンスのために、程度の差はあるが、長期間必要であることを知らせる追加情報を含んでいる。

このようなポジションセンサ１は、標的５がニュートラル位置にあり、かつポジションセンサ１が正常に動作している場合にのみ、ニュートラル位置に一致する所定周期の情報を供給できるアランログ・デジタル変換器を有する信号処理ユニット９を備えているため、安全で信頼性が高く、堅牢で、生産コストが低く、振動または接点の腐食が起きて予期せずに電気接触が妨げられることがある電気機械法などの他の方法よりも、診断レベルが格段に高いポジションセンサ１の提供が可能であることを理解しうると思う。

１ ポジションセンサ
３ プローブ
５ 標的
７ 磁石
８ 磁力線
９ 信号処理ユニット
１５ 主電源
１７ デジタル出力信号
１９、２０ 遷移振幅
２２ アセンブリ
２３ アセンブリ
Ａ 第１の閾値
Ｂ 第２の閾値
Ｃ 第３の閾値
Ｄ 第４の閾値
Ｔ 時間間隔
Ｖ１ 高い振幅
Ｖ２ 低い振幅

Claims (11)

1. 自動車変速機用ポジションセンサにおいて、
   変速機のニュートラル位置を表す少なくとも１つのアナログ信号を供給するために、前記変速機の歯車比を変更するための要素に結合された移動標的（５）と相互作用できるプローブ（３）を備えており、
   さらに、アナログデジタル変換器を有する信号処理ユニット（９）を備え、前記アナログデジタル変換器は、パルス幅変調（ＰＷＭ）変換器であり、
   前記パルス幅変調（ＰＷＭ）変換器は、ニュートラル位置に対応する第１のデジタル出力信号（１７）と、噛合した歯車の位置に対応する第２のデジタル出力信号（１７）とを異なって符号化し、さらに、前記標的（５）がニュートラル位置にあり、かつポジションセンサ（１）が正常に作動している状態にある場合にのみ、前記ニュートラル位置に対応する所定の周期的な情報を供給するように、アナログ信号を前記第１のデジタル出力信号（１７）に変換できるようになっていることを特徴とするポジションセンサ。
2. 信号処理ユニット（９）は、デジタル出力信号（１７）の少なくとも１つの追加の周期的な情報を符号化することもできることを特徴とする、請求項１に記載のポジションセンサ。
3. 信号処理ユニット（９）は、デジタル出力信号（１７）の振幅を所定の閾値（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）と比較できる診断手段も備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のポジションセンサ。
4. 信号処理ユニット（９）は、診断手段の比較の結果に従って周期的な情報の送信を停止できることを特徴とする、請求項３に記載のポジションセンサ。
5. デジタル出力信号（１７）の送信を可能にするＬＩＮやＣＡＮなどのデジタルバスを信号処理ユニット（９）の出力に採用していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
6. アナログ信号は、電流または電圧であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
7. プローブ（３）は、磁気効果プローブ、光学効果プローブ、または誘導効果プローブであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポジションセンサ。
8. プローブ（３）は、ホール効果プローブであることを特徴とする、請求項７に記載のポジションセンサ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のポジションセンサ（１）を備えている変速機。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のポジションセンサ（１）を備える自動車変速機のニュートラル位置を検出するための方法であって、
    標的（５）が、ニュートラル位置にあり、かつポジションセンサ（１）が正常に動作している場合にのみ、前記ニュートラル位置と一致する所定周期の情報を供給するために、アナログ信号をデジタル出力信号（１７）に変換することを特徴とする方法。
11. 少なくとも１つの追加の周期的な情報を符号化して、デジタル出力信号（１７）に含めることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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