用於汽車的轉換裝置的製作方法

2023-05-27 02:18:21

專利名稱：用於汽車的轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車的轉換裝置，包括支架、通過活節可擺動地支承在支架上的變速杆和帶有信號發生器及兩個傳感器的角度測量設備。
變速杆的迄今通常的電子換檔位置識別藉助於例如根據霍爾原理的位置傳感器進行，鑑於目前常用的變速杆需要在多個通道以及中間位置內進行導向，這是不夠靈活的。通常對於每個變速杆位置都設置有一個傳感器，在此大量的傳感器會導致成本的增加和可靠性的降低。
由DE l97 49 330 C2公開了一種換檔探測裝置，包括換檔機構、磁性的信號發生器和信號接收設備。一個包括至少兩個電磁轉化器的傳感器陣列被設置為信號接收器，其中可以用磁阻傳感元件作為轉化器來使用。與換檔機構的移動相耦合的信號發生器是一個與磁阻傳感元件共同作用的磁體，其中傳感元件設置在不同的相互垂直的平面內。換檔機構可擺動地支承並且在支承體的兩側有兩個槓桿臂，其中磁體和傳感元件設置在槓桿臂的一個自由末端的區域內。
這種裝置的缺點在於，在操作這種換檔機構時，磁體經過了一個相對較大的行程，使得信號接收器也必須佔據相對較大的空間。
本發明的任務是，進一步改進開始所述類型的轉換裝置作，使得對於角度測量設備所需的結構空間減小。
該任務根據本發明由按照權利要求1所述的轉換裝置來完成。優選的改進方案在從屬權利要求中給出。
根據本發明的用於汽車的轉換裝置或者變速杆機構具有支架、通過活節可擺動地支承在支架上的變速杆和包括信號發生器和兩個傳感器的角度測量設備，其中角度測量設備設置在活節中，並且與連接在汽車變速器上的控制設備進行電氣連接。
通過使角度測量設備集成到活節中，信號發生器和傳感器相對接近地設置在變速杆的擺動軸上，從而非常小的行程或者行程改變必定被角度測量設備所探測。因此角度測量設備可以總共被構造得很小並很緊湊。此外，活節保護角度測量設備免受雜質影響。
以磁場測量為基礎的角度測量設備已經被證實了特別的抗幹擾，因此信號發生器可以構造為磁體，而傳感器可以構造為磁敏傳感器，例如霍爾效應傳感器。然而，優選磁敏傳感器構造為磁阻傳感器，它與霍爾傳感器區別在於，每個傳感器實現了兩點測量，使得布線費用可以被減少。此外通常通過使用磁阻傳感器，可以比使用相同數量的霍爾傳感器探測進行更大空間角度的探測。
這兩個傳感器可以設置在活節中的不同方位上。此外這兩個傳感器都可以相互包圍出適當的角度，並且例如通過交叉設置或者L形相互取向，其中兩個傳感器的敏感表面優選相互垂直地走向，從而通過兩個互相垂直的角度簡化了這種測定。
兩個傳感器可以互相分別地設置。然而優選將兩個傳感器集合到一個傳感器組件裡，由此可以減少傳感器的安裝費用。尤其這些傳感器位於共同的線路板上。控制設備也可以集成在傳感器組件中，並且如果可能也可以設置或固定在線路板上。
每個可以實現變速杆預期的擺動運動的活節，都可以作為活節來使用。然而優選活節構造為球窩關節，使得通過該活節，變速杆可能的擺動方向與其他活節相比完全不被限制或者僅僅很少被限制。其中球窩關節具有固定在變速杆上的殼體和固定在支架上的、並設置在殼體中的活節球頭，使得殼體可以與變速杆一起圍繞著活節球頭擺動。然而殼體也可以設置在支架上，在殼體中可擺動地被支承著的活節球頭設置在變速杆上。
傳感器可以設置在活節球頭中，而信號發生器可以設置在殼體中。然而優選傳感器設置在殼體中，而信號發生器設置在活節球頭中，為此它可以具有用於放置信號發生器的凹槽。此外支架可以與活節球頭構造為整體，例如鋼支架。
活節球頭可以由鐵磁材料製成。在這種情況下，將位於活節球頭的信號發生器嵌入到一種非磁性材料、例如鋁或者塑料中是有利的。由此關於信號探測，可以以一種積極的方式影響磁場特性，如果信號發生器是磁體或者永久磁體。
為了確定或者預設變速杆可能的移動，可以設置帶有一個或多個換檔通道(Schaltgasse)的變速肘杆(Schaltkulisse)，變速杆穿過這些換檔通道而延伸，並且變速杆可以沿著其移動。變速肘杆在此優選直接或間接與支架連接，或者固定在支架上。特別地，所有由變速肘杆的換檔通道所預設的變速杆位置並包括所有的中間位置都位於角度測量設備或傳感器的探測區域內，使得除了預設的變速杆位置外，所有的中間位置也都可以被角度測量設備探測。為了更簡單的操作，變速杆可以具有自由端，在該自由端上固定變速手柄。
汽車變速器可以尤其調整到不同的換檔狀態下，其中與傳感器電氣連接的控制設備對由傳感器給出的電氣信號進行分析，而且根據這種分析，變速器可以調整到不同的換檔狀態。因為傳感器與信號發生器的距離是變速杆位置在空間上的一個尺度，通過分析確定出變速杆當前的位置。特別地，這種分析連續地或者近似連續地進行。此外也可以不僅確定變速杆在空間中的絕對位置，而且確定變速杆由操作者所移動的速度。此外控制設備可以具有例如模擬的或者數字的微分電路，通過對由分析所查出的、變速杆的方位坐標或者角度坐標的時間微商，該微分電路確定變速杆的速度。
本發明作的任務進一步通過使用根據本發明的轉換裝置的汽車得到完成，其中支架固定在汽車上或者汽車車身上，特別地在汽車內部，例如在乘客空間內被固定。轉換裝置可以在此根據所有前面提到的方案進行進一步的改進。此外控制設備可以與發動機-變速器-控制器(Motor-Getriebe-Steuerung)耦合或者集成在其中。
本發明此外涉及到根據本發明的轉換裝置的應用，用於操縱設置在汽車中的、並且可以調整到不同換檔狀態的變速器，其中傳感器與信號發生器共同作用，並且將電氣信號輸送到控制設備，並且其中控制設備分析用於變速杆位置的電氣信號，在此變速器根據變速杆位置被調整到一種換檔狀態下。轉換裝置可以在此根據所有前面提到的方案被進一步改進。
此外，如上面已經闡述過的，通過由控制設備對例如連續或者近似連續獲得的變速杆方位坐標或者角度坐標按照時間進行微商，可以在操作變速杆時獲得其操縱速度。
藉助於將智能角度傳感器集成到活節、尤其是球窩關節中，變速器的換檔杆或變速杆通過該活節被支承，由此實現變速杆位置的確定，以及由此實現變速器的行駛預定。根據磁阻的測量原理，對例如構造為校準的磁體的信號發生器的磁力線方向，在由鋼支架構造的支架內相對於傳感器組件或傳感器進行測量，從而可以在大的角度範圍內高精度地對在磁體與傳感器組件或傳感器之間的相對轉動進行探測。智能的角度活節可以通過傳感器與不同類型活節的集成來形成。
可以在由兩個坐標所確定的平面內靈活地確定變速杆位置，從而傳感器可以同時探測球窩關節的兩個萬向軸角度。信號分析和換檔位置辨識由控制設備來執行，該控制設備設置在活節中或者活節外，例如作為在外部設置的電子模塊，用於以綜合特性曲線為基礎的信號場處理。
對於個別線路圖(Schaltbilder)的轉換，在該線路圖中不同穩定和不穩定的換檔杆位置(亦即中間位置)應該開始以及被辨識出，對於換檔杆位置的探測優選連續地並在相應的大角度範圍內進行。為了在從D(前進)向R(後退)換檔時避免跳過檔位P(停車)，新型的線路圖已經單獨在自動控制範圍內(至今是一個通道)設置了例如通道變換(Gassenwechsel)(＝2通道)，由此提供了使用安全性方面的優點。此外還可以有一個手動的附加通道(＝總共3個通道)，由此導致複合的變速杆導向。
此外，通過集成的數字或者模擬微分，出於對發動機-變速器-控制器或者其他傳動控制系統和行駛控制系統的自適應目的，變速杆的操縱速度可以例如由控制設備尤其作為電氣信號被輸出。
以僅僅兩個集成的傳感器或者一個集成的傳感器組件探測所有的平的變速杆位置，除了在複雜的連杆結構下有更大的靈活性以外，還具有成本以及可靠性方面的優點。對於新型的線控換檔系統可以考慮空間無導向的換檔杆移動，它以傳統的位置傳感器很難探測，但是藉助根據本發明的轉換裝置進行探測則沒有問題。位置確定可以在一個拉伸場內藉助於兩個在球體或者殼體上相互垂直安裝的傳感器連續地進行。
因此可以形成「智能」的活節，在這個活節中，角度測量設備如果可能的話與控制設備一起集成到活節中，它不僅可以獲得變速杆的方位，而且可以(例如通過數值微分)獲得變速杆的移動速度。因此描述換檔動態特性的附加信號可以用於對變速器控制，例如運動操作或者舒適操作的自適應。
接下來按照優選的實施方式根據附圖對本發明進行描述。附圖示出

圖1根據本發明的變速杆機構的一個實施方式的示意圖；圖2按照圖1的實施方式的測量區域的示意圖；圖3帶有根據本發明的變速杆機構的汽車的示意圖；圖4模擬微分電路的示意方塊圖；圖5按照圖1的傳感器組件的示意圖和圖6實施方式的部分剖視圖；由圖1示出了根據本發明的變速杆機構的實施例，該變速杆機構整體地用1來表示。在示意的汽車2上固定有構造為鋼支架的支架3，在這個支架上又固定有活節球頭4。活節球頭4如此地在殼體6的球形凹槽5中被支承，使得殼體6可以圍繞著活節球頭4擺動。殼體6上固定有變速杆7，在變速杆7的遠離殼體6的末端上固定有變速手柄8。變速杆7穿過變速肘杆10的換檔通道9而延伸，其中變速杆7可以沿著換檔通道9移動。通過虛線11表明，變速肘杆10固定在支架3上。變速肘杆10因此限制了變速杆7在換檔通道9內移動的移動空間。
如果沒有變速肘杆10，變速杆7可以自由地沿著通過x和y標識的方向移動，當然在此由活節球頭4和殼體6所形成的球窩關節12的結構，也限制了變速杆7的移動空間。
在活節球頭4中設置有永久磁體13，其磁場與兩個傳感器14和15共同作用(參見圖5)，這些傳感器被集合到傳感器組件16中，並被設置在殼體6中。這兩個傳感器14和15在這裡構造為磁阻傳感器。
由圖2示出了變速杆7的移動空間示意圖，變速杆可以沿著虛線示出的換檔通道9移動。移動空間在此完全位於角度測量設備或者傳感器14和15的測量區域17內，從而變速杆在換檔通道9中的每個位置都可以明確地由傳感器14和15探測出。在這種情況下，測量區域17已經考慮了變速肘杆10到球窩關節12的距離。傳感器14和15在不同的變速杆位置時，具有到磁體13的不同距離，並且由此位於由磁體所產生磁場的不同地點上，通過這樣的方式進行變速杆位置或者變速杆方位的探測。由此傳感器14和15對於不同的變速杆位置提供不同的電氣信號，根據這個信號，每個變速杆位置都可以明確地被確定。分析的一個可能性例如在於控制設備將由傳感器給出的信號同在存儲器中保存的樣品信號進行比較，該樣品信號是事先對於每個換檔杆位置所計算出的。
由圖3示出了汽車2的示意圖，該汽車具有通過導線18與傳感器14和15電氣連接起來的控制設備19，該控制設備在它那側通過連接機構20與在設置汽車2中的變速器21連接，該變速器可以調整到多個換擋位置上。如果變速器21具有一個可電子控制的調整設備，就可以用導線來構成連接機構20。如果變速器21僅僅是機械可調整的，連接機構20也可以通過機械調整設備來構成，該調整設備可以由尤其構造在控制設備19中的促動器來操縱。
控制設備19可以將由傳感器14和15給出的電氣信號歸入到不同的變速杆位置中，並且根據所獲得的變速杆位置，通過連接機構20將變速器21調整到一個確定換檔狀態。此外，控制設備19可以具有一個微分電路22，該電路可以將連續地或者近似連續地獲得的、代表了變速杆7位置的位置信號和角度信號導出，用於獲得操作變速杆7的速度。代表了變速杆速度的數據或者電氣信號可以通過導線23輸送到發動機-變速器-控制器24中。
由圖4示出了這種微分電路的示意方塊圖，其中輸入電壓的微商與輸出電壓成比例。特別成立的是Ua=-RCdUedt]]>對於頻率f12RC]]>在此電壓Ue代表了變速杆或變速杆位置的方位或者角度，而電壓Ua代表了變速杆的操縱速度。很顯然，也可以使用數字處理器用於數值微分。在這種情況下，微分電路22被構造為數字的並且具有例如數位訊號處理器。尤其可以對每個傳感器都設置一個獨立的微分電路。
由圖5示出了傳感器組件16的示意圖，其中兩個傳感器14和15分別具有傳感器支撐體25和帶有敏感的表面27的傳感元件26。兩個傳感器支撐體25以相互之間的距離D例如為0.3毫米進行布置，並且彼此包圍了一個90°的角度。也可能的是，距離D減少到0。此外傳感元件26的敏感表面27相互包圍有適當的角度，或者換句話說，兩個敏感表面27位於相互包圍了適當角度的平面上。
通過電氣觸點接通28，傳感元件26和相應傳感器支撐體25連接，該支撐體通過在線路板或電路板30上的電氣觸點接通29被接通，兩個傳感器支撐體25位於該電路板上。
此外電路板30上還接通有延伸到控制設備19的導線18，該控制設備同樣也可以集成到傳感器組件16中。在後一種情況中，導線18可以構造為在電路板30上或者在電路板30內的印製導線。
由圖6示出了實施例的部分剖視圖，其中磁體13(它的磁化用M來表示)嵌入到非磁性材料31中，並且位於設置在活節球頭4中的凹槽32內。此外傳感器組件16布置於設置在殼體6中的凹槽33內。由活節球頭4和支架3所形成的球形軸頸，通過殼體開口34從殼體6延伸出來，其中活節球頭4與支架3根據該實施例尤其製成整體。
附圖標記列表1 變速杆機構2 汽車3 支架4 活節球頭5 殼體內的球形凹槽6 殼體7 變速杆8 變速手柄9 換檔通道10 變速肘杆11 變速肘杆與支架之間的機械連接12 球窩關節13 永久磁體14 傳感器15 傳感器16 傳感器組件17 角度測量設備對於變速肘杆方位的測量區域18 電氣導線19 控制設備20 控制設備與變速器之間的連接21 變速器22 微分電路23 電氣導線24 發動機-變速器-控制器25 傳感器支撐體26 傳感元件27 敏感表面28 電氣觸點接通29 電氣觸點接通30 電路板31 非磁性材料
32 活節球頭內的凹槽33 殼體內的凹槽34 殼體內的開口D 傳感器支撐體之間的距離Ue 輸入電壓Ua 輸出電壓R 電阻C 電容R′ 電阻O 運算放大器M 磁體的磁化x 空間方向y 空間方向
權利要求
1.用於汽車的轉換裝置，包括支架(3)、通過活節(12)可擺動地支承在支架(3)上的變速杆(7)和帶有信號發生器(13)及兩個傳感器(14，15)的角度測量設備，其特徵在於，所述角度測量設備布置在活節(12)中，並且與連接於汽車變速器(21)的控制設備(19)電氣地連接。
2.按照權利要求1所述的轉換裝置，其特徵在於，所述信號發生器(13)是磁體，並且所述傳感器(14，15)是磁敏傳感器。
3.按照權利要求2所述的轉換裝置，其特徵在於，所述傳感器(14，15)是磁阻傳感器。
4.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述兩個傳感器(14，15)相互垂直地取向。
5.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述兩個傳感器(14，15)被集合到傳感器組件(16)中。
6.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述活節(12)是球窩關節。
7.按照權利要求6所述的轉換裝置，其特徵在於，所述球窩關節(12)具有固定在變速杆(7)上的殼體(6)和固定在支架(3)上的、並支承在殼體(6)中的活節球頭(4)，其中殼體(6)可以與變速杆(7)一起圍繞著活節球頭(4)擺動。
8.按照權利要求7所述的轉換裝置，其特徵在於，所述信號發生器(13)設置在活節球頭(4)中，並且所述傳感器(14，15)設置在殼體(6)中。
9.按照權利要求8所述的轉換裝置，其特徵在於，所述活節球頭(4)由鐵磁材料製成並具有凹槽(32)，信號發生器(13)處於該凹槽中，該信號發生器被嵌入到非磁性材料(31)中。
10.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述帶有一個或多個換檔通道(9)的變速肘杆(10)直接或間接地與支架(3)連接，所述變速杆(7)穿過該換檔通道(9)而延伸，並且變速杆(7)可以沿著該換檔通道(9)移動。
11.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述變速杆(7)具有自由端，在該自由端上固定有變速手柄(8)。
12.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述變速器(21)可以調整到不同的換檔狀態下，其中可以由與傳感器(14，15)電氣相連的控制設備(19)對從傳感器(14，15)給出的電氣信號進行分析，並且根據這種分析，變速器(21)可以調整到不同的換檔狀態。
13.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述控制設備(19)具有微分電路(22)。
14.按照前述權利要求中任一項所述的轉換裝置，其特徵在於，所述控制設備(19)設置在活節中。
15.具有按照前述權利要求中任一項所述轉換裝置的汽車，其特徵在於，所述支架(3)固定在汽車(2)上。
16.按照權利要求15所述的汽車，其特徵在於，所述變速杆(7)設置在汽車(2)的內部。
17.按照權利要求15或16所述的汽車，其特徵在於，所述控制設備(19)集成到發動機-變速器-控制器(24)中。
18.對於按照權利要求1至14中任一項所述轉換裝置的應用，用於對設置在汽車(2)中的變速器(21)進行操縱，該變速器可以調整到不同的換檔狀態，其中所述傳感器(14，15)與信號發生器(13)共同作用，並且將電氣信號輸出到控制設備(19)，通過分析電氣信號，由控制設備(19)確定變速杆位置，並且由控制設備(19)根據變速杆位置將變速器(21)調整到換檔狀態之一。
19.按照權利要求18所述的應用，其特徵在於，所述變速杆(7)被操縱，並且由控制設備(19)通過對屬於變速杆位置的信號進行模擬的或數值的微分來確定變速杆(7)的操縱速度。
全文摘要
本發明涉及一種用於汽車的轉換裝置，包括支架(3)、通過活節(12)可擺動地支承在支架(3)上的變速杆(7)和帶有信號發生器(13)及兩個傳感器(16)的角度測量設備，其中所述角度測量設備布置在活節(12)中，並且與連接在汽車變速器上的控制設備電氣地連接。
文檔編號F16H59/04GK101065903SQ200580040339
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月18日 優先權日2004年11月24日
發明者M·埃索伊, A·加特納, P·雷茨 申請人:Zf腓特烈港股份公司