用於汽車變速器換擋的選擇裝置的製作方法
2023-05-26 23:21:51 3
專利名稱：用於汽車變速器換擋的選擇裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車變速器換擋的選擇裝置，帶有一個可圍繞 著旋轉軸線旋轉到不同的檔位的操縱元件， 一個與操縱元件相連接、並 且可圍繞著旋轉軸線旋轉的軸， 一個與軸相連接的轉角檢測裝置，藉助 於轉角檢測裝置可檢觀'j操縱元件圍繞著旋轉軸線的旋轉， 一 個驅動裝 置，藉助於驅動裝置轉矩可以傳遞到軸上，或者轉矩可反抗軸的旋轉， 和一個與轉角檢測裝置和驅動裝置相連接的控制裝置，藉助於控制裝置
可控制由驅動裝置傳遞的、或者帶來的反抗轉矩，並且汽車變速器可換 擋到分配的檔位的換檔狀態。此外本發明涉及一種用於汽車變速器換擋 的這樣的選擇裝置的應用。
背景技術：
由US6295887B1已知一種用於汽車變速器換擋的選擇裝置，帶有 一個可旋轉支承的操縱元件，該操縱元件可旋轉到不同的檔位。 一個與 控制裝置相連接的電位計與操縱元件共同起作用，因此提供了一種布 置，藉助於該布置汽車可以電子控制換擋。此外該裝置具有一個機械定 位，機械定位使應用者在檔位之間變檔時獲得一種換擋感覺。另外-沒有 一種枳4成嚙合輪廓，它可以卡住或者釋放在確定的檔位之間的變檔。
在不同的汽車型號時可能要求不同數量的檔位，因此也必須提供不 同的定位和嚙合輪廓。所以對於不同的汽車型號也必須提供不同的選擇 裝置，因此限制了這種選擇裝置的變型多樣性。
US6904823B2公開了 一種用於汽車的觸覺選擇裝置，帶有一個圍繞 著兩個旋轉軸線可旋轉支承的變速杆和兩個驅動裝置，所示驅動裝置通 過帶式傳動與變速杆相連接，並且可以對變速杆施加力。此外構成光學 解碼器的傳感器與驅動軸相連接，藉助於傳感器可以檢測軸的旋轉。一 個處理器可以閱讀由傳感器輸出的信號，確定由變速杆選出的排檔，並 且使汽車通過控制系統換入該檔。此外處理器可從傳感器信號確定力， 並且將該力通過驅動裝置傳遞給變速杆。尤其是通過該力可以感覺到對 變速杆的定位，其中力的特徵可以儲存在存儲器中。
由於變速杆和兩個帶式傳動的昂貴的支承，該選擇裝置的機械裝置 相對昂貴，並且結構上幾乎像一個純粹的機械選擇裝置一樣大，因此存 在對於機械結構更簡單並且佔用空間更小的選擇裝置的要求。
由不屬於同 一類的DE20014425U1公開了 一個才喿縱旋鈕—才幾構的々3描 機構，其中操縱旋鈕連接在驅動裝置的驅動軸上，編碼器盤被裝配在它 的底面上，並且其中操縱旋鈕位置在編碼器盤工作移動期間;故一個4僉測 器掃描。 一個微處理器可以閱讀傳感器信號，從該信號計算相應的力， 並且輸出相應的控制信號給驅動裝置。驅動裝置將力傳遞給操縱旋4醜。
該掃描機構不屬於同一類別，並且不是為汽車變速器的換擋-沒計的。
發明內容
本發明的任務是改進開頭時所提到的類型的選擇裝置，以使該選擇 裝置可用於不同數量的換擋狀態，並且同時可以實現節省空間並且費用低廉。
根據本發明該任務以根據權利要求1所述的選擇裝置和以根據權利 要求15所述的選擇裝置的應用獲得解決。優選的替代方案在從屬權利 要求中得出。
用於汽車變速器換擋的根據本發明的選擇裝置具有一個圍繞著旋 轉軸線可以在不同的檔位旋轉的操縱元件， 一個與操縱元件相連接的、 並且可圍繞著旋轉軸線旋轉的軸， 一個與軸相連接的轉角檢測裝置，借 助於轉角檢測裝置可以檢測操縱元件圍繞著旋轉軸線的旋轉， 一個驅動
裝置，藉助於驅動裝置轉矩可以被傳遞到軸上，或者轉矩可以反抗軸的 旋轉，和一個與轉角檢測裝置並且與驅動裝置相連接的控制裝置，藉助 於控制裝置可以控制由驅動裝置傳遞的、或者帶來的反抗轉矩，並且可 以將汽車變速器換檔到分配的檔位的換擋狀態，其中該軸在轉角檢測裝 置和操縱元件之間沿著旋轉軸線延伸，構成旋鈕或者旋轉球形手柄的操 縱元件布置在該軸的第 一 軸端。
藉助於驅動裝置可以在構成換檔球形手柄或者旋鈕的操縱元件旋 轉時給操作人員一個觸覺的回答，因此根據本發明的選擇裝置可以在沒 有機械定位時使用。所以根據本發明的選擇裝置可用於不同數量的檔 位。此外根據本發明的選擇裝置可以實現節省空間，因為尤其是操縱元件、軸和轉角檢測裝置沿著旋轉軸線布置，因此為了軸與轉角檢測裝置 的連接可以放棄齒輪傳動或者帶傳動。在根據本發明的選擇裝置中，尤 其是由於它的空間布置，轉角檢測裝置裝在軸上，並且優選的是固定在 該軸上。尤其是牢固的與軸相連接的操縱元件可以構成單獨的部分，或 者構成該軸的第一軸端。優選的是操縱元件端面連接在軸上。此外操縱 元件可以構成或者基本上構成帶有一個背向軸的自由端面的迴轉對稱 體，旋轉軸線穿過該端面延伸。此外可以環繞著旋轉軸線在操縱元件上 設有凸起和/或者凹槽，它們使得更好的抓握成為可能。
驅動裝置可以布置在旋轉軸線的旁邊，並且通過齒輪傳動或者帶傳 動與軸相連接。但是優選的是驅動裝置安裝在軸上，並且尤其是固定在 軸上，以使旋轉軸線穿過驅動裝置延伸，並且可以取消前面提到的齒輪 傳動。因此也減少了對於根據本發明的選擇裝置的空間需求和費用需 求。驅動裝置可以具有一個定子和一個可相對於定子旋轉的轉子，轉子 包括軸或者構成軸，並且可圍繞著旋轉軸線旋轉。尤其是驅動裝置布置 在轉角檢測裝置和操縱元件之間，其中優選的是軸穿過驅動裝置或者穿 過定子延伸。驅動裝置可以構成這樣的驅動裝置，尤其是構成電氣驅動 裝置，例如電動機。但是也可以讓驅動裝置構成制動器，制動器的制動 狀況尤其是可以電氣控制。
軸可以穿過轉角檢測裝置延伸。但是優選的是轉角檢測裝置布置在 該軸的第二軸端上，或者構成該軸的第二軸端，以-使軸尤其是完全地布 置在轉角檢測裝置和操縱元件之間。
轉角檢測裝置可以構成相對值傳感器。但是優選的是轉角檢測裝置 構成絕對值傳感器，以使操縱元件的絕對轉角可以可靠地和精確地-故確 定。
例如轉角檢測裝置可以構成電位計或者構成光學增量傳感器。但是
優選的是轉角檢測裝置至少具有 一個對磁場敏感的傳感器和至少 一個 相對於它可旋轉的磁鐵，磁鐵尤其是被構成永久磁鐵。磁鐵可以固定在 軸的第二軸端，尤其是端面上，而對磁場敏感的傳感器與軸以一定間隔 布置。尤其是磁鐵的磁化垂直於旋轉軸線排列和/或者對磁場敏感的傳感 器面對磁鐵沿著旋轉軸線安裝布置。尤其是傳感器與磁鐵以 一定間距牢 固地裝在印製電路板上。
對場每文感的傳感器例如可以構成霍爾應傳感器或者石茲阻步丈應
傳感器。但是優選的是對磁場敏感的傳感器至少具有兩個霍爾效應元 件，尤其是霍爾效應元件相互以 一定間距布置和/或者可以被一個鐵^茲性 圓盤，優選的是在朝向磁鐵的一側，部分地遮蓋。兩個霍爾效應元件， 尤其是鑑於它們的過度敏感的表面，可以相互垂直排列。對磁場敏感的 傳感器的構成使得以高精度檢測轉角的絕對值成為可能。
當轉角檢測裝置或者傳感器失靈時，那麼就檢測不到檔位了。由於 這一原因轉角檢測裝置可以構成冗餘地。尤其是至少設有一個附加的轉 角檢測裝置或者至少一個附加的傳感器，為了能夠攔截這種失效。當設 有兩個傳感器時，那麼它們例如可以布置在印製電路板的相互處於面對 面的側面上。
尤其是驅動裝置可如此被控制裝置控制，以致從驅動裝置傳遞到軸 上或者反抗軸的旋轉的轉矩是可依賴於檢測到的操縱元件的旋轉變化 的。此外尤其是在檔位上沒有轉矩傳遞到軸上或者反抗軸的旋轉，而在 檔位之外一個轉矩被從驅動裝置傳遞到軸上或者反抗軸的旋轉。優選的 是控制裝置可以如此控制驅動裝置，以致在操縱元件旋轉時可模仿定
位。在機械定位下這兒例如應理解為軸的4侖廓， 一個相對於軸的4侖廓彈 簧預張緊的滑動元件可以沿著軸的輪廓滑動。在滑動期間對引導滑動元 件的操縱人員產生的感覺，優選的是可以被根據本發明的選擇裝置在操
縱元件旋轉時才莫仿，才幾械定位不必存在實體。儘管如此附加地可以:沒有 一個機械的定位。同樣驅動裝置可以如此被控制裝置控制，以致在操縱 元件》走轉時糹皮一莫仿成 一 個糹姿4醜。
通過轉矩的控制變化可以給旋轉才喿縱元件的操作人員 一個觸覺回 答，為此 一 個轉矩-轉角特性曲線例如可以力-轉角表格的形式存儲在一 個可以被控制裝置讀出的存儲器中(力和轉矩的表達方式這兒尤其是可 以同義的使用)。然後從驅動裝置傳遞到軸上或者反抗軸的旋轉的轉矩 可以由特性曲線/力-轉角表格中依賴於檢測的操縱元件的旋轉確定，並 且可傳遞到軸上或者可反抗軸的旋轉。尤其是特性曲線的零位被分配給 檔位，其中為了^^莫仿定位，特性曲線至少可以區域地具有一個周期性的 變化。至少一個另外的零位可以處在分配給檔位的零位之間，在該零位 上，在兩個相鄰的檔位之間實現轉矩反向。此外優選的是特性曲線具有 一個這樣的變化，以使分配給檔位的零位構成操縱元件穩定的轉角位 置，而分配給轉矩反向的至少一個零位構成不穩定的轉角位置。有利的
是特性曲線在轉矩反向的區域中具有 一 個滯後，為了避免不希望的大的 轉矩突變。此外可以在特性曲線中設有幾個轉矩反向滯後或者轉矩反向 零位，尤其是在兩個相鄰的穩定的轉角位置之間。
尤其是驅動裝置或者電氣驅動裝置被控制裝置用一個脈衝寬度調 制信號控制。為了獲得一個尤其是觸覺的效應，可以由控制裝置附加地 對於脈衝寬度調製信號產生 一個周期性的信號，脈沖寬度調製信號用周 期性的信號進行調製，並且用周期性的信號調製的脈沖寬度調製信號被 供給驅動裝置。該效應導致 一 個對於操縱人員可察覺的操縱元件的振 動，並且尤其是可用於操縱元件(邏輯上的)終端位置的標明。
尤其是在關斷驅動裝置時，操縱元件是可以自由旋轉的。但是這種 自由可旋轉性在損壞的驅動裝置中也可能產生，這可能導致誤操作，因 為操作人員沒有獲得換擋感覺。此外在汽車中由于振動可能發生操縱元 件或者軸的旋轉，並且因此發生變速器的無意的變檔。為了不產生這種 無意的變檔，並且儘管驅動裝置損壞，操作人員在檔位之間變檔時能夠 獲得 一種換擋感覺或者確切的說一種觸覺回答，可以設有 一種輔助定 位，該輔助定位優選的是可以關斷並且可以^妄通，尤其是可以不依賴於 驅動裝置運行。例如當驅動裝置的 一個損壞狀態被控制裝置檢測到時， 輔助定位可以一皮控制裝置4妻通。輔助定位可以構成枳4成定位，並且例如 通過一個可接通的連接與軸相連接。但是優選的是為了構成輔助定位，
尤其是附加的對於驅動裝置，可以設有多個與軸相連接、並且環繞著旋 轉軸線的第一元件，設有多個環繞著旋轉軸線的第二元件，第一元件可 圍繞著旋轉軸線相對於第二元件旋轉，其中第一元件和第二元件具有磁 性材料、永久磁鐵和/或者電磁鐵，並且其中第一元件與第二元件在構成 磁性定位下，磁性可能在交替作用下出現。尤其是第一元件對於操縱元 件位置固定地和/或者牢固地布置在軸上，其中第二元件優選的是環繞著 軸和/或者第 一元件布置。當第 一元件例如由^H失材料或者有永》茲《失構成 時，並且當第二元件例如由電磁鐵構成時，那麼在一個或者多個電磁鐵 接通時，磁力可以在這個電磁鐵或者這些電；茲4失和一個或者多個第一元 件之間起作用，磁力為操縱元件提供穩定的和不穩定的轉角位置。因此 為操作人員模仿了 一個定位，其中優選的是穩定的轉角位置與操縱元件 的檔位疊合。尤其是第一元件環繞著軸的旋轉軸線布置。此外第二元件 優選的是也環繞著軸的旋轉軸線、但是尤其是對軸以 一定的間距布置。
在正常的驅動裝置中輔助定位可以被關斷，輔助定位在本機上與驅動裝 置分開布置或者也可以集成在上面。對於輔助定位的補充或者可選方 案，操縱元件或者軸的卡住也是可行的。
顯示元件可以分配給檔位用於當前4灸擋狀態的顯示，顯示元件可由 控制裝置控制，並且尤其是位於一個圍繞著旋轉軸線走向的圓弧上。
控制裝置可以至少具有一個接口 ，例如對汽車的CAN-總線，為了 將信息傳遞到在汽車中的其它裝置上，裝置同樣直接地或者間接地與接 口或者確切的說與總線相連接。尤其是控制裝置與變速器的變速控制裝 置相連接，為了將變速控制裝置換擋到另一個工作狀態，在變速器的換 擋狀態之間變檔和/或者讀出變速器的當前換擋狀態。這種連接可以直接 地或者通過接口或者確切的說通過總線實現。此外可以在一個確定的檔 位鎖住汽車的停車制動器。這也可以通過接口或者確切的說通過總線實 現。
由驅動裝置一個轉矩可以反抗軸的旋轉或者一個轉矩可以傳遞給 軸，該轉矩尤其是圍繞著旋轉軸線的周圍作用在軸上。因此轉矩矢量優 選的是位於旋轉軸線上。此外，軸可以由驅動裝置圍繞著旋轉軸線旋轉， 在驅動裝置適當布置時。因此可以通過控制裝置控制驅動裝置，以使在 選擇裝置接通時，操縱元件被旋轉到一個確定的位置。該位置例如可以
裝置中檢索。那麼這樣的確定的位置的起動尤其有意義，當操縱元件配 備有顯示當前換擋狀態的固定的標記時。
根據本發明的選擇裝置尤其是具有一個殼體或者一個支架，操縱元 件和/或者軸可旋轉的支承在上面。此外驅動裝置的定子和/或者驅動裝 置的殼體可以對支架被位置固定地確定，尤其是被固定在上面。操縱元 件或者軸的旋轉那麼相對於該支架進行。根據本發明的一種結構形式， 鑑於操縱元件和軸相對於支架的移動，操縱元件和軸圍繞著旋轉軸線的 旋轉構成唯一的自由度。但是可選擇的方案另外的自由度也是可能的， 例如操縱元件和/或者軸沿著旋轉軸線的軸向移動和/或者操縱元件和/或 者軸與旋轉軸線交叉的擺動或者橫向移動。
此外本發明涉及一種車輛，尤其是汽車，帶有一種根據本發明的選 擇裝置和一個汽車變速器，汽車變速器(可能地在變速控制裝置的中間 連接下)與選擇裝置相連接，尤其是電氣相連接，其中變速器可以被選
擇裝置依賴於檢測到的操縱元件的轉角換擋到不同的換擋狀態。此外選 擇裝置可以根據所有前面所提到的布置被改進。
此外本發明涉及用於車輛變速器、尤其是汽車變速器換擋的根據本 發明的選擇裝置的應用。選擇裝置在這兒也可以根據所有前面提到的布 置^皮改進。
本發明接下來藉助於優選的結構形式參照
。其中
圖1表示的是根據本發明的選擇裝置的第 一種結構形式的透視圖，
圖2表示的是第一種結構形式的剖視圖， 圖3表示的是第一種結構形式的示意圖，
圖4表示的是根據第 一 種結構形式的轉角檢測裝置的示意圖， 圖5表示的是轉角檢測裝置的對磁場敏感的傳感器的示意圖， 圖6表示的是根據第 一 種結構形式的控制裝置的框圖， 圖7表示的是控制裝置的電動機接口， 圖8表示的是電動機接口的信號變化圖，
圖9表示的是操縱元件的幾個轉角位置和分配給這些轉角位置的、 汽車變速器的換擋狀態，
圖10表示的是轉矩-轉角特性曲線圖，
圖11表示的是帶有繪入的滯後的根據圖IO所示的特性曲線圖，
圖12表示的是根據本發明的選擇裝置的技術調節等效電路圖，
圖13表示的是可4妻通的》茲性輔助定位示意圖，
圖14表示的是冗餘的傳感器布置的示意圖，並且
圖15表示的是根據本發明的選擇裝置的第二種結構形式的示意圖。
具體實施例方式
由圖1至圖3中根據本發明的選擇裝置1的第一種結構形式的不同 的圖示可以看出，選擇裝置具有一個殼體2， 一個在殼體上固定的護板 3和一個構成旋轉球形把手的操縱元件4,該操縱元件在護板3背向殼 體2的一側/人護板上凸出來，並且可圍繞著旋轉軸線5相對於殼體2和 護板3旋轉。操縱元件4可以圍繞著旋轉軸線5被旋轉到多種不同的檔 位6、 7、 8和9 (參見圖9),檔位被分配給汽車11 (參見圖6)的變
速器10 (參見圖6 )的換擋狀態P、 R、 N和D (參見圖9 )。此外在護 板3上設有光學顯示元件12、 13、 14和15,這些顯示元件圍繞著旋轉 軸線5或者說的更確切些圍繞著操縱元件4布置在一個圓弧16上。顯 示元件12、 13、 14和15被分配給變速器IO的換擋狀態P、 R、 N和D， 其中分配給當前換擋狀態的顯示元件相對於其它顯示元件的換擋狀態， 例如通過發光體，從光學上突出出來。與此同時顯示元件12、 13、 14 和15處在直線17、 18、 19和20上，直線與旋轉軸線5相交並且垂至 於旋轉軸線排列。此外直線17、 18、 19和20代表或者標明了操縱元件 4的轉角位置，轉角位置與檔位6、 7、 8和9疊合。
操縱元件4與軸21抗扭地連接，該軸同時構成驅動裝置22的主動 軸，驅動裝置這時構成電動機，並且用作軸21的驅動裝置。因此驅動 裝置22可以旋轉軸21或者說的更確切些可以傳遞一個轉矩到軸21上。 此外驅動裝置22具有一個固定在殼體2上的定子23,其中通過軸承24 可旋轉地支承在護板3上或者說的更確切些在殼體2上的軸21穿過驅 動裝置22或者說的更確切些穿過定子23延伸。
根據該結構形式，護板3是一個與殼體2牢固連接的單獨部分，它 要麼經久不變地要麼可拆卸地與殼體2相連接。可選擇的方案是，護板 3可與殼體2構成整體。此外在護板3上設有兩個按鈕25和26,藉助 於它變速器IO或者說的更確切些一個與變速器IO相連接的變速控制器 27 (參見圖6)可以轉換到不同的工作狀態。
操縱元件4固定在一個由殼體2中伸出並且穿過護板3延伸的、軸 21的第一軸端28上，並且與該軸抗4醜地連接。在軸21的處於第一軸端 28對面的第二軸端29上， 一個永久磁鐵30藉助於磁性支架67固定， 該永久;茲4失抗4醜地與軸21相連接，並且與 一個對;茲場壽l感的傳感器31 共同構成一個轉角檢測裝置32。對磁場敏感的傳感器31在印製電路板 70的中間連接下(參見圖14)固定在殼體2上，並且沿著旋轉軸線5 面對磁鐵30錯開布置。
由圖4所示的一個轉角檢測裝置32的放大的示意圖可以看出，其 中磁鐵30的磁化垂直於旋轉軸線5排列，這從永久磁鐵30的磁性北極 N和磁性南極S的標誌變得很清楚。對磁場敏感的傳感器31具有兩個 相互以一定間3巨布置的、並且尤其是相互垂直排列的霍爾步支應元件33 和34,藉助於霍爾效應元件可以檢測相對磁場敏感的傳感器31的磁鐵
30的轉角a 。因為磁鐵30與軸21抗扭地相連接，並且軸又抗扭地與操 縱元件4相連接，所以角度a同樣描述了操縱元件4相對殼體2或者說 的更確切些相對護板3的旋轉，因此操縱元件4相對殼體2的轉角可以 被轉角檢測裝置32檢測。
如由圖5可以看出，霍爾效應元件33、 34被鐵磁性圓盤35部分遮 蓋，鐵磁性圓盤消除了在兩個霍爾效應元件33和34之間的間距。此外 兩個霍爾效應元件33和34布置在一個共同的基片36上，並且尤其是 與鐵磁性圓盤35和基片36 —起布置在一個共同的傳感器殼體37中， 因此獲得一個緊湊的傳感器結構。
由圖6選擇裝置1的示意框圖可以看出，其中一個控制裝置38與 變速器10的變速控制器27電氣相連接。此外尤其是具有一個數字計算 機或者微型控制器52的控制裝置38與電動機接口 39電氣相連接，電 動機接口又與電動機22電氣相連接。雖然電動機接口 39一皮作為單獨的 部件表示，優選的是把它列入控制裝置38。電動機22通過軸21機械的 與操縱元件4並且與同樣與控制裝置38電氣相連接的轉角檢測裝置32 共同起作用。此外控制裝置38具有一個存儲器40,並且尤其是與停車 制動器69電氣相連接，停車制動器在變速器10的換擋狀態P可被控制 裝置38操縱。在控制裝置38和停車制動器69之間的電氣連接通過接 口 68,並且尤其是在CAN-總線的中間連接下實現，通過總線控制裝置 38也可以與其它的裝置或者設備交換數據。所有從圖6中清楚可見的裝 置布置在示意表示的汽車11中。
從圖7所示的一個與電動機22相連接的電動機接口 39的詳細圖示 可以看出，電動機接口通過4個信號線路IH1、 IH2、 IL1和IL2^皮控制 裝置38控制。如根據圖8從附屬的信號變化可以看出，與此同時(電 動機)軸21的旋轉方向可以通過信號線路IH1和IH2控制，而一個脈 衝寬度調製信號被供給信號線路IL1和IL2，藉助於脈衝寬度調製信號 尤其是由電動機22傳遞給或者可傳遞給軸21的轉矩數值,皮確定或者說 的更確切些被控制。與此同時電動機的控制優選的是通過脈衝寬度調製 信號佔空因數的調節來實現。
由圖9示意表示了操縱元件4的幾種轉角位置和分配給它們的汽車 變速器10的換擋狀態P、 R、 N、 D,其中一個180°的連續的角度範圍 用10比特離散地分解開。因此總共獲得1024個可檢測的轉角值，其中
一個值零淨皮分配給一個0°轉角，並且一個值1023 ^皮分配給一個180°的 轉角。角度範圍的量子化足夠精確，為了以足夠的精度分辨操縱元件4 的轉角a。與此同時分配給換擋狀態P的檔位6通過值765描述，分配 給換擋狀態R的檔位7通過值595描述，分配給換擋狀態N的檔位8 通過值425描述，並且分配給換擋狀態D的檔位9通過值255描述。此 外描述了一個在括號中表示的變速器10的換擋狀態M,該換擋狀態借 助於可附加設有的按鈕使得檔位的手工向上和向下換擋成為可能，按鈕 例如可以布置在汽車的方向盤上。換擋狀態M表示在括號中，因為它被 規定只是任選的。
在圖10中表示了部分的轉矩-轉角特性曲線，特性曲線尤其是作為 表招4皮4諸存在存儲器40中。與此同時由電動機22傳遞到軸21上的轉 矩M通過才喿縱元件4或者"i兌的更確切些軸21的轉角ot描繪。在該部分 圖示中僅^又考慮到換擋狀態N、R和P。通過在圖10中表示的轉矩變化， 對於旋轉操縱元件4的操作人員模仿了定位的感覺。尤其是特性曲線在 檔位6、 7和8中各自具有一個零位41、 42、 43,因此在檔位6、 7、 8 中沒有轉矩被施加到操縱元件4上。尤其是與此同時檔位6、 7、 8構成 了操縱元件4穩定的轉角位。此外特性曲線在檔位7和8之間，並且在 6和7之間各自具有一個零位44、 45,該零位優選的是位於在各自檔位 之間的中間。那麼當例如操縱元件從檔位8向檔位7旋轉時，那麼一個 轉矩要克服直到零位44的旋轉移動，但是該轉矩可以由操作人員克服。 在零位44的區域中轉矩幾乎突變地改變它的符號，因此那麼轉矩沿著 旋轉方向作用到檔位7。當從檔位7出發操縱元件4沿著檔位6的方向 旋轉時，那麼在零位42和45之間一個克服旋轉運動的轉矩被施加到操 縱元件4上。在零位45的區域中轉矩幾乎突變地改變它的符號，因此 那麼轉矩沿著旋轉方向作用到檔位6。相應的作用出現在操縱元件4朝 著較小的角度a旋迴時，因此對於操作人員產生了這種印象，好像在操 縱元件4 S走轉時穿越了 一個才幾才戒定位。此外在轉矩反向點44和45之間 檔位區域46 ^皮分配給檔位7,在轉矩反向點45和零位43之間的檔位區 域47被分配給檔位6，並且在轉矩反向點44和零位41之間的檔位區域 48被分配給檔位8。在這種情況下必須注意到，圖IO僅僅表示了特性 曲線的一部分，因此沿著a更小的值的方向，檔位8的左側還可以設有 符合換擋狀態D的檔位9的另 一個轉矩反向點和另 一個零位。在這種情
況下區域48可以一直延伸到該未表示的轉矩反向點。
由圖11可以看出，在檔位區域更換時，轉矩反向優選的是通過滯
去。滯後在兩個相鄰的檔位區域之間的邊界上實現，為了避免由於模擬 -數字代碼轉換器的量子化噪聲可能產生的、大的轉矩突變，模擬-數字
代碼轉換器例如把操縱元件4的當前的角位轉換成離散的10比特值。 滯後區域可以在力場中或者說的更確切些在轉矩場中用 一個無效數字 標出，該數字不被用於電動機22控制信號的脈沖寬度的計算。通過該 方法檔位區域46、 47和48擺脫了測量信號可能發生的幹擾可以足夠的 精度單一地確定。相應地適用於未表示的、分配給檔位9的檔位區域。 如在圖11中說明的，在檔位區域之間更換時，轉矩最後的值保持在oc滯 後區域。當轉矩在離開當前檔位區域時改變它的符號，在符號(又)反 轉之前，操縱元件又必須經過oc滯後段。在滯後區域中，那麼按事先的旋 轉方向，轉矩可以不同的符號出現。
由圖12選擇裝置1的技術調節等效電路圖可以看出，其中由控制 裝置38構成的調節器51作用在電動機接口 39上，電動機接口控制著 驅動裝置或者說的更確切些電動機22，電動機與可以相對於傳感器31 旋轉的磁鐵30共同起作用，傳感器的輸出信號被供給調節器51。此外 通過操縱元件4,驅動裝置22的軸21可以被操縱人員旋轉，這在等效 電路圖中被表示為供給驅動裝置22的幹擾量53。此外一個額定檔位54 作為額定值55被供給調節器51,額定值例如可以這樣的方式被確定， 通過檢測到的轉角a,當前檔位區域被確定，並且分配給所屬的檔位。 額定值的設定例如通過操縱元件4或者軸21的旋轉實現。因為轉角a 作為測量值或者實際值56被供給調節器51,額定值也可以由調節器51 自己確定，或者它的設定由調節器51自己啟動，這用一個劃成虛線表 示的箭頭表明。當例如檔位區域46神皮檢測到時，那麼額定值35通過檔 位7或者說的更確切些通過換擋狀態R產生。相反當檔位區域47被檢 測到時，那麼額定值55通過檔位6或者說的更確切些通過換擋狀態P 標明。當檔位區域48一皮才企測到時，那麼額定值55通過檔位8或者說的 更確切些通過換擋狀態N標明。相應地適用於換擋狀態D。
當操縱元件4從檔位6出發，或者說的更確切些從換擋狀態P出發 被操縱人員沿著逐漸增加角度值a的方向旋轉時，那麼驅動裝置22可
以一個恆定的轉矩反抗該旋轉運動，因為根據該結構形式，沿著逐漸增
加的轉角值a的方向再沒有其它的換擋狀態跟隨檔位6。因此操縱人員
得到信號，通過操縱元件的繼續旋轉不可能再達到有效的檔位。與此同
時尤其是用於驅動裝置22的控制， 一個周期性的信號被疊加到脈衝寬 度調製信號上，周期性的信號附加地對於作用的轉矩引起一個操縱元件 的振動，該振動可被操縱人員感覺到。該作用使得操縱人員更加清楚， 沿著逐漸增加的轉角值a的方向，通過操縱元件4的繼續旋轉不可能再 達到有效的檔位。此外當根據圖9所示設有可選擇的檔位M時，可以從 檔位9出發，以一個尤其是逐漸變大的轉矩反抗操縱元件沿著逐漸變小 的轉角a方向的旋轉，當然該轉矩不能超過最大值。與此同時可選擇的 換擋狀態M構成一個沒有轉矩反向的不穩定狀態，這使操縱人員獲得這 種感覺，好像在操作一個機械的旋轉開關。在圖10和11中表示的轉矩 變化僅僅是示例，並且可以適應操縱人員的要求。
由圖13所示的一個可接通的》茲4失輔助定位示意剖面圖可以看出， 其中環繞著旋轉軸線5,多個由磁性材料或者由永久磁鐵構成的第一元 件57布置在軸21中。此外環繞著軸21設有多個構成電磁鐵的第二元 件58，第一元件57與軸21 —起可圍繞著旋轉軸線5相對於第二元件旋 轉。那麼電磁鐵58可以單獨地、分組或者全部或者共同地被電流流過， 並且因此一皮接通，由此電》茲力在第 一元件57和第二元件58之間起作用。 因為第一元件57相互以一定間距，並且優選的是均勻地環繞著旋轉軸 線5分布布置，尤其是該力周期地變化，當操縱元件沿著一個方向被旋 轉時，因此對操縱人員產生定位的印象。第二元件58也相互具有一定 間距，其中設計上第二元件58可以少於第一元件57。根據圖13電磁鐵 59和61 一皮接通，而電磁鐵60和62被切斷。此外也可以電磁鐵60和 62被接通，並且電磁鐵59和61被切斷。當輔助定位不需要時，全部的 電磁鐵59、 60、 61和62都可以被切斷。
當控制裝置發覺在驅動裝置22中的一個故障時，輔助定位被控制 裝置38接通，因為否則可能產生操縱元件4的自由可旋轉性。因此當 驅動裝置22發生故障時，那麼在旋轉操縱元件4時也可以使操縱人員 獲得 一 個才莫仿定位的感覺。當然該輔助定位轉矩變化的可調節性受到限 制。可選擇方案是輔助定位可以長期接通。
圖14示意地表示了對磁場敏感的傳感器31,傳感器安排在布置在
殼體2上的印製電路板70上。第二個對磁場敏感的傳感器71布置在印 制電路板70背向傳感器31或者電磁鐵30的一側，該傳感器用作轉角 a的冗餘檢測。兩個傳感器位於旋轉軸線5上或者同 一軸線的延長線上， 並且尤其是同樣地構成。
由圖15所示的一個根據本發明的選擇裝置的第二種結構形式可以 看出，其中對於第一種結構形式相同的或者類似的特徵用如同在第一種 結構形式中同樣的附圖標記表示。第二種結構形式僅僅因此有別於第一 種結構形式，即驅動裝置22未安裝在軸21上，而是與該軸以一定間距 固定在殼體2上。主動軸或者驅動裝置22的轉子63與軸21通過齒輪 傳動64相連接，齒輪傳動具有一個抗糹醜地的與主動軸63相連接的第一 圓柱齒輪65和與軸21抗扭地相連接的、與第一圓柱齒輪65嚙合的第 二圓柱齒4侖66。附圖標記表
1. 選擇裝置
2. 殼體
3. 護板
4. 操縱元件/旋轉球形手柄
5. 旋轉軸線
6. 檔位/P
7. 檔位/R
8. 檔位/N
9. 檔位/D
10. 變速器
11. 汽車
12. 顯示元件/P
13. 顯示元件/R
14. 顯示元件/N
15. 顯示元件/D
16. 圓弧
17. 檔位直線/P
18. 檔位直線/R
19. 檔位直線/N
20. 檔位直線/D
21. 軸/轉子
22. 電動機/驅動裝置
23. 定子
24. 軸承
25. 按鈕
26. 按鈕
27. 變速控制裝置
28. 軸的第一軸端
29. 軸的第二軸端
30. 永久磁鐵
31. 對磁場敏感的傳感器
32. 轉角檢測裝置
33. 霍爾效應元件
34. 霍爾效應元件
35. 鐵磁性圓盤
36. 基片
37. 傳感器殼體
38. 控制裝置
39. 電動才幾接口
40. 存儲器
41. 零位/N
42. 零位/R
43. 零位/P
44. 在N和R之間的零位
45. 在R和P之間的零位
46. 檔位區域/R
47. 檔位區域/P
48. 檔位區域/N
49. 滯後
50. 滯後
51. 調節器
52. 微控制器
53. 幹擾量
54. 額定檔4立
55. 額定值
56. 實際值/測量值
57. 第一元件
58. 第二元件
59. 電磁鐵
60. 電磁鐵
61. 電磁鐵
62. 電磁鐵
63. 主動軸/轉子
64. 齒輪傳動
65. 第一圓柱齒輪
66. 第二圓柱齒輪
67. ;茲4夾支架
68. 接口
69. 停車制動器
70. 印製電路板
71. 對磁場敏感的傳感器
權利要求
1.用於汽車變速器換擋的選擇裝置，帶有一個可圍繞著旋轉軸線(5)旋轉到不同的檔位(6、7、8、9)的操縱元件(4)，一個與操縱元件(4)相連接、並且可圍繞著旋轉軸線(5)旋轉的軸(21)，一個與軸(21)相連接的轉角檢測裝置(32)，藉助於該轉角檢測裝置可檢測操縱元件(4)圍繞著旋轉軸線(5)的旋轉，一個驅動裝置(22)，藉助於驅動裝置轉矩可以傳遞到軸(21)上，或者轉矩可反抗軸(21)的旋轉，和一個與轉角檢測裝置(32)和驅動裝置(22)相連接的控制裝置(38)，藉助於該控制裝置可控制由驅動裝置(22)傳遞的、或者帶來的反抗轉矩，並且汽車變速器(10)可換擋到分配的檔位(6、7、8、9)的換檔狀態(P、R、N、D)，其特徵在於，-軸(21)在轉角檢測裝置(32)和操縱元件(4)之間沿著旋轉軸線(5)延伸，構成旋鈕或者旋轉球形手柄的操縱元件(4)布置在軸(21)的第一軸端(28)上。
2. 根據權利要求1所述的選擇裝置，其特徵在於，驅動裝置(22) 和轉角檢測裝置(32)裝在軸(21)上。
3. 根據權利要求1或者2所述的選擇裝置，其特徵在於，轉角檢測 裝置(32)布置在軸(21)的第二軸端(29)上。
4. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於，操 縱元件(4)圍繞著旋轉軸線(5)的絕對轉角(a )可以被轉角檢測裝 置(32)檢測。
5. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於，轉 角檢測裝置(32)至少包括一個對磁場敏感的傳感器(32)和至少一個 相對於它可旋轉的磁鐵(30)。
6. 根據權利要求5所述的選擇裝置，其特徵在於，磁鐵(30)被固 定在軸(21)的第二軸端(29)上，磁鐵(30)的磁化垂直於旋轉軸線(5)排列，並且對磁場敏感的傳感器(31)面對磁鐵(30)沿著旋轉 軸線(5)錯開布置。
7. 根據權利要求5或者6所述的選擇裝置，其特徵在於，對磁場敏 感的傳感器(31)至少具有兩個霍爾效應元件(33、 34),霍爾效應元 件被一個鐵磁性圓盤(35)部分地遮蓋。
8. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於，驅動裝置(22)可如此被控制裝置(38)控制，以致藉助於驅動裝置(22) 傳遞到軸(21)上或者反抗軸(21)的旋轉的轉矩是可根據檢測到的操 縱元件(4)的旋轉變化的。
9. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於，驅 動裝置(22)可如此^f皮控制裝置(38)控制，以致在檔位(6、 7、 8、 9) 上沒有轉矩傳遞到軸(21)上或者反抗軸(21)的旋轉，而在檔位(6、 7、 8、 9)之外一個轉矩被傳遞到軸(21)上或者反抗軸(21)的旋轉。
10. 根據權利要求8或者9所述的選擇裝置，其特徵在於，控制裝 置(38)具有一個存儲器(49),轉矩-轉角特性曲線被存儲在該存儲器 中，根據轉矩-轉角特性曲線，從驅動裝置(22)傳遞到軸(21)上或者 可反抗軸(21)的旋轉的轉矩可根據檢測到的旋轉確定，其中特性曲線 的變化具有滯後。
11. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於， 可由控制裝置(38)-產生一個脈衝寬度調製信號和一個周期性的信號， -脈衝寬度調製信號可用周期性的信號進行調製，並且 -用周期性的信號調製的脈衝寬度調製信號可被供給驅動裝置 (22)。
12. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於， 附加的對於驅動裝置(22)-布置多個與軸(21 )相連接、並且環繞著旋轉軸線的第一元件(57),-設有多個環繞著旋轉軸線的第二元件(58),第一元件(57)可 圍繞著旋轉軸線相對於第二元件旋轉，隱第一元件(57)和第二元件(58)具有磁性材料、永久磁4失和/ 或者電磁鐵，並且-第一元件(57)與第二元件(58)在構成磁性定位下，磁性可能 在交替作用下出現。
13. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於， 顯示元件(12、 13、 14、 15) 一皮分配給檔位(6、 7、 8、 9),所述顯示 元件可由控制裝置(38)控制，並且被布置在一個圍繞著旋轉軸線(5) 走向的圓弧(16)上。
14. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置，其特徵在於， 轉角檢測裝置被冗餘地構成。
15. 根據前面的權利要求中任一項所述的選擇裝置的應用，其一皮用 於汽車變速器(10)的換擋。
16. 根據權利要求15所述的應用，其特徵在於，控制裝置(38 )如 此控制驅動裝置(22),以致在操縱元件(4)旋轉時被模仿成有定位。
17. 根據權利要求15或16所述的應用，其特徵在於，控制裝置(38) 如此控制驅動裝置(22),以致在搡縱元件(4)旋轉時祐匸模仿成一個 按鈕(M )。
18. 根據權利要求15至17中任一項所述的應用，其特徵在於，控 制裝置(38)在一個確定的檔位(6)上鎖住汽車(11)的停車制動器(69)。
19. 根據權利要求15至18中任一項所述的應用，其特徵在於，控 制裝置(38)如此控制驅動裝置(22),以致在選擇裝置(1)接通時， 操縱元件(4)被旋轉到一個預先確定的、 一個從存儲器(40)中讀出 的、或者一個從汽車變速箱(10)中檢索出的檔位(6)。
全文摘要
用於汽車變速器換擋的選擇裝置，帶有一個可圍繞著旋轉軸線(5)旋轉到不同的擋位(6、7、8、9)的操縱元件(4)，一個與操縱元件(4)相連接、並且可圍繞著旋轉軸線(5)旋轉的軸(21)，一個與軸(21)相連接的轉角檢測裝置(32)，藉助於轉角檢測裝置可檢測操縱元件(4)圍繞著旋轉軸線(5)的旋轉，一個驅動裝置(22)，藉助於驅動裝置轉矩可以傳遞到軸(21)上，或者轉矩可反抗軸(21)的旋轉，和一個與轉角檢測裝置(32)和驅動裝置(22)相連接的控制裝置(38)，藉助於控制裝置可控制由驅動裝置(22)傳遞的、或者帶來的反抗轉矩，並且汽車變速器(10)可換擋到分配的擋位(6、7、8、9)的換擋狀態(P、R、N、D)，其中軸(21)在轉角檢測裝置(32)和操縱元件(4)之間沿著旋轉軸線(5)延伸，構成旋鈕或者旋轉球形手柄的操縱元件布置在軸(21)的第一軸端(28)上。
文檔編號F16H61/24GK101341357SQ200680048027
公開日2009年1月7日 申請日期2006年12月15日 優先權日2005年12月20日
發明者A·富爾霍夫, G·多姆布羅夫斯基, K·施沃茨, T·斯特拉達爾 申請人:萊姆福德電子有限責任公司