CN109564109B - 用于检测角度的传感器装置和换挡变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器装置，其用于检测调节装置(50)的角度，其中，调节装置(50)能转动地布置在保持装置(60)上，该传感器装置包括第一传感器元件(110)和第二传感器元件(120)。第一传感器元件(110)能够与调节装置(50)耦合，以便对调节装置(50)的转动作出响应地实施相对于保持装置(60)的运动。第二传感器元件(120)能够抗扭转地固定在保持装置(60)上并且能够与第一传感器元件(110)耦合，以便在调节装置(50)转动并且由此引起第一传感器元件(110)和第二传感器元件(120)之间的相对运动时产生传感器信号，所述传感器信号与调节装置(50)所实施的转动相关。

Description

用于检测角度的传感器装置和换挡变速器
技术领域
本发明涉及一种用于检测角度的传感器装置、一种换挡变速器，并且尤其涉及一种用于探测用于特别是商用车辆的换挡变速器的倾斜拨叉的传感器装置。
背景技术
商用车辆结构(例如用于在短途运输和长途运输、配送运输中以及用于国际联运和长途客车运输的商用车辆)通常具有带有多个变速器档位的换挡变速器。该结构在商用车辆中被越来越多地用于自动换挡变速器，其中，原则上可以实现不同的自动化程度。根据实施方案在此可以自动地实现起动过程、操纵离合器以及档位选择。在手动变速器中，所述过程不是自动的，在半自动换档变速器中所述过程中的至少一个过程是自动的，而在全自动换档变速器中所有过程都自动地进行。
因此，需要对于自动的起动离合器适配的操纵装置、在换挡时自动的耦合以及在发动机管理中自动的档位选择。对于换档自动化最重要的是尽可能准确地检测换档元件的位置，以便由此进一步优化自动换档过程并且提高效率。
在公知的传统的***中，通过检测线性位移实现确定换档元件在换档变速器中的位置。所述位移例如是期望的(例如换档拨叉的)调节器行程并且例如能够通过气缸内的活塞位置来检测。
在自动换挡变速器中检测一个或多个倾斜拨叉的角度位置并且继续传送给自动变速箱控制单元(TCU＝Transmission Control Unit)。在此重要的是，尽可能准确地确定倾斜拨叉的位置并且减小测量链中的误差。所述误差例如通过磨损、通过间隙、由于刚性和热膨胀导致的弹性产生。
因此存在对传感器装置的需求，所述传感器装置不具有前述的缺点或限制。
发明内容
这个技术任务通过一种根据本发明所述的传感器装置以及一种根据本发明所述的换挡变速器来解决。说明书和附图给出本发明的有利的进一步方案。
本发明涉及一种传感器装置，该传感器装置适用于检测能转动的调节装置相对于保持装置的角度，其中，调节装置能转动地布置在保持装置上。传感器装置包括(至少一个)第一传感器元件和(至少一个)第二传感器元件。第一传感器元件能够与调节装置耦合，以便对调节装置的转动作出响应地实施相对于保持装置的运动(例如转动)。第二传感器元件能够抗扭转地固定在保持装置上并且能够与第一传感器元件耦合，以便在调节装置转动并且由此引起第一传感器元件和第二传感器元件之间的相对运动(转动)时产生传感器信号，所述传感器信号与调节装置所实施的转动相关。
调节装置和保持装置不需要是传感器装置的部件。调节装置可以例如是换挡变速器的换档拨叉，传感器装置可以固定在所述换挡变速器上。传感器信号应该在本发明的框架内设计为尽可能宽的并且可以包括电流/或电压的任意改变，所述电流或电压由于所述运动而改变。所述改变可以通过沿着电流通路的电阻改变或者电感改变或者由洛伦兹力导致的改变而引起。然而也可以是光学信号，该光学信号由运动决定地改变。
本发明的实施例通过用于直接检测变速器换档装置的至少一个调节装置的转动的传感器装置来解决前述的技术任务。
特别是可以使用磁测量原理。第一传感器元件例如包括永磁体，所述永磁体随着调节装置的转动产生改变的磁场，并且第二传感器元件设计用于对所述磁场的改变响应地产生传感器信号。
在另外的实施例中，传感器装置包括评估电路和壳体。第二传感器元件和评估电路能够可选地与壳体一起(例如作为封闭的、封装的单元)固定在保持装置上。
在另外的实施例中，第一传感器元件和第二传感器元件是电感或磁传感器的一部分，并且所述电感或磁传感器可以例如具有(2维或3维)霍尔传感器或磁阻传感器。所述磁阻传感器可以例如是GMR传感器(英语为:giant magnetoresistance，GMR，巨磁阻)、AMR传感器(英语为:anisotropic magnetoresistance，AMR，各向异性磁阻)、TMR传感器(英语为:tunnel magnetoresistance，TMR，隧道磁阻)。
然而本发明不局限于磁测量原理。因此在另外的实施例中，第一传感器元件和第二传感器元件彼此光学耦合，其中，传感器元件包括光源(例如激光)、光传感器和几何结构(狭孔)，所述几何结构根据相对转动中断光信号。
在另外的实施例中，传感器装置可选地包括传动装置，所述传动装置将第一传感器元件与调节装置耦合。由此能够将调节装置的转动角度范围转换成第一传感器元件的更大的角度范围，以便由此实现更大的角度分辨率。
在另外的实施例中，第一传感器元件在没有耦合元件、例如传动装置的情况下能够抗扭转地固定在调节装置上。
在另外的实施例中，传感器装置还包括用于检测温度的温度传感器，以便基于检测到的温度实施校正。温度传感器可以设计为单独的构件或者也集成在芯片中。温度的检测例如是重要的，以便最优地进行变速器中的换档过程。在不考虑由温度决定的膨胀的情况下，变速器油的浓度与温度相关。变速器控制装置可以考虑这些数据并且可以根据温度不同地评估检测到的转动角度。
本发明也涉及一种传感器***，其能够与控制器耦合。传感器***包括如前所述的(至少一个)第一传感器装置和(至少一个)第二传感器装置。传感器***还包括总线***，所述总线***设计用于在第一/第二传感器装置和控制器之间传输数据。为此可以例如使用通常的接口，所述接口可以用于多个传感器。由此使这些实施例适用于不同的换档方案。
本发明也涉及一种换挡变速器，其具有如前所述的传感器装置或传感器***和控制器。调节装置可选地可以是换档拨叉，并且控制器可以设计用于控制换挡变速器的换挡并且评估传感器装置的传感器信号。控制器可以特别是显示换挡变速器的换档状态。
在另外的实施例中，换挡变速器包括另外的传感器，所述另外的传感器设计用于确定换档拨叉的运动，从而所述另外的传感器和传感器装置是冗余的，以便满足与安全有关的要求。
在另外的实施例中，换挡变速器包括控制器，该控制器设计用于将检测到的转动的传感器信号(该传感器信号表示转动角度)换算成行程距离并且由此确定变速器中的换档拨叉的位置。所述换算可以通过相应的标定确定，在所述标定中检测到的转动角度对应于线性偏移，所述线性偏移最终实现换档过程。所述对应关系可能例如由于随着时间的磨损而改变。这可以通过基于软件的学习过程补偿。此外，所述对应关系也可以(例如由于热膨胀)与温度相关，从而为此能够可选地考虑检测到的温度。由此可以容易地实现不同的换档方案。
本发明同样涉及一种用于商用车辆的换档变速器的控制装置，其中，控制装置可以包括传感器装置或者可以至少接收来自传感器装置的传感器信号，以便基于检测到的传感器信号控制换档变速器并且相应地操纵调节器。
附图说明
通过不同实施例的下述的详细说明和附图更好地理解本发明的实施例，然而该实施例不应理解为它将公开方案局限于特定的实施方式，而是仅仅用于说明和理解。
图1示出根据本发明的一个实施例的传感器装置。
图2示出根据另外的实施例对倾斜拨叉的探测。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个实施例的传感器装置。传感器装置适用于检测调节装置50的角度，所述调节装置能转动地布置在保持装置60上。图1示出仅仅一部分的调节装置50，所述调节装置可以例如是换挡拨叉的转动轴。
传感器装置包括第一传感器元件110和第二传感器元件120，其中，第一传感器元件110优选地无间隙地与调节装置50耦合，从而在调节装置50转动时第一传感器元件110(相对于保持装置60)进行运动。第二传感器元件120例如固定在保持装置60上。调节装置50相对于保持装置60的转动由此导致第一传感器元件110和第二传感器元件120之间的相对运动。
第一传感器元件110可以例如不动地固定在调节装置50上。然而可选地可以在第一传感器元件110和调节装置50之间构造耦合元件140(例如传动装置)，从而调节装置50的转动角度通过传动装置140增大，并且第一传感器元件110由此以比调节装置50大的角速度转动(在图2中未示出为此可能需要的在保持装置60上的支撑)。由此可以提高测量精度。
可选地可以已经通过如下方式达到较高的角度测量精度，即增大第一传感器元件110的径向延伸(其中例如是如图1中所示的增大的盘)。虽然由此不增大角度偏移，但是第一传感器元件110的径向端点在转动时经过较长的行程，并且较长的行程又能够更容易地探测。
第一传感器元件110可以例如是磁体，并且第二传感器元件120可以例如检测通过第一传感器元件110产生的磁场。第一传感器元件110可以例如产生磁场，所述磁场的场线围绕调节装置50的转动轴是非转动对称的(否则根本不能确定所述转动)。调节装置50的转动由此引起磁场的改变，所述磁场的改变能够例如通过电感的方式或者作为洛伦兹力或者通过磁阻的方式由第二传感器元件120检测。相应地，第二传感器元件120可以例如具有线圈、霍尔传感器或磁阻传感器(例如GMR传感器、AMR传感器、TMR传感器等)。
传感器装置还可以具有评估单元130，第二传感器元件120可以固定在所述评估单元上。评估单元130基于由第二传感器元件检测到的磁场改变产生传感器信号，所述传感器信号表示调节装置50的角度。
图2示出根据本发明的另外的实施例对倾斜拨叉的探测。在图2中所示的实施例中，调节装置50示例性地是换挡变速器的换挡拨叉，所述换挡拨叉构造为倾斜拨叉。
调节装置50(倾斜拨叉)包括转动轴承62、力点55和两个拨叉端部，在所述两个拨叉端部上分别构造一个用于实现换挡过程的滑块57。滑块57例如与换挡接合套配合(未示出)并且由此引起垂直于附图平面的线性运动以使换挡变速器换挡。转动轴承62限定转动轴，换挡拨叉50能绕着该转动轴转动地通过保持装置60保持。力点55用作下述的点，一个力可以作用到该点上，以便使示例性的换挡拨叉50转动。
在图2中所示的实施例中，传感器装置包括壳体150，第二传感器元件120和评估电路130安置在该壳体中并且一起固定在保持装置60上。第二传感器元件120可以例如直接固定在评估电路130(例如电路板)上或者直接固定在壳体150上。然而这不是强制的。评估电路130例如通过控制管路132和可选的插头134能够与控制器(在图2中未示出)耦合。来自第二传感器元件120的传感器数据能够可选地同样通过无线连接或者通过总线线路继续传输到控制器上。
第一传感器元件110在这个实施例中直接抗扭转地与换挡拨叉50连接，从而换挡拨叉50(相对于保持装置60)的转动导致第一传感器元件110和第二传感器元件120之间的相对运动。第一(或第二)传感器元件又可以包括磁体(永磁体或电磁铁)，所述磁体可以布置为使得换挡拨叉50相对于保持装置60的转动导致磁场的改变。另一个传感器元件可以用作磁传感器并且检测该磁场的改变并且产生相应的传感器信号。
为了所述磁检测，第二传感器元件120可以例如具有线圈或另外的电感装置，所述电感装置对于磁场的改变是敏感的。可选地同样可能的是，第二传感器元件120与第一传感器元件110一起实现磁阻传感器。在本发明的框架内，每个传感器可以用作磁阻传感器，所述磁阻传感器探测作为外部磁场改变的结果的、电流的电阻改变。然而传感器装置可以也基于霍尔效应(2D或3D)确定换档拨叉(调节装置)50的转动。本发明不局限于特定的磁传感器。在另外的实施例中，传感器装置可以具有光学传感器，以便确定转动。第一传感器元件110可以例如是具有狭孔的盘，所述盘可以光学检测。此外也可以使用电感测量原理。
在另外的实施例中，第一传感器元件110和第二传感器元件120被交换，也就是说，第二传感器元件也可以直接或者间接地固定在调节装置上。
本发明的优点可以总结如下：
对于实现变速器控制重要的是尽可能精确地检测换档拨叉的位置。位置传感器或靶向件(第一传感器元件)为此能越靠近地布置在换档拨叉上，测量信号则越少地由于其他影响、例如弯曲、或参与力传递的部件而失真。所述实施例在此导致显著地改善控制，因为例如能够直接检测所述转动。
此外，在使用根据本发明的传感器装置的情况下可以实现另外的功能。关于拨叉位置的信息可以例如在其使用寿命内确定。滑块57具有例如铜材料，所述铜材料会随着时间磨损。所述磨损能够通过(例如换档过程的最终位置的)角度位置的改变来表示。然而因为对于成功的换档过程重要的是示例性的换档接合套的足够的线性运动，滑块57例如与所述换档接合套配合，所以可以由变速器控制单元(未示出)考虑所述磨损。
在倾斜拨叉的情况中，换档拨叉绕着垂直于相应的驱动轴/从动轴轴线的轴摆动。通过准确地检测倾斜拨叉的转动位置并且相应地标定(换算成例如换档接合套的线性运动)而不需要单独地线性探测调节器的行程。确切地说，倾斜拨叉的摆动角度可以直接被检测并且在使用所述标定的情况下换算成相应的线性运动，所述线性运动进行换档过程。由此避免测量链中的大部分另外存在的由间隙和弹性决定的误差。因此，所述实施例通过直接的转动角度检测实现换档拨叉明显更准确的位置检测，这导致自动换档总体上改善的可控性并且由此有助于提高传动系的效率。
本发明的实施例的方面也可以总结如下：
所述实施例涉及一种位置传感器、特别是角度传感器，所述位置传感器与拨叉(调节装置50)的轴承法兰连接。例如永磁体可以用作应检测其转动的靶向件(Target)或元件，所述永磁体与拨叉的轴抗扭转地连接。例如下述作用原理可以用作传感器原理：磁性(霍尔、3D霍尔、GMR、AMR)、电感(例如PLCD，永磁线性非接触式位移：permanent magneticlinear contactless displacement，英语)、光学(增量式)。
可选地同样能够使用传动装置，以便将拨叉的角度范围转换成靶向件的更大的角度范围。由此可以实现达到测量***更好的角度分辨率的目的。
同样可能的是，多个传感器借助总线***彼此连接。可以同样进行测量元件的内部温度信号的输出。此外，一个冗余的实施方式用于与安全相关的应用(例如用于确定拨叉在主变速器中的位置)。这可以例如通过如下方式实现，为这两个能转动的保持装置(对置的转动轴)分别设置一个适合的传感器装置。
角度信号可以通过标定直接转换成对应的行程距离或换档拨叉沿着相应的驱动或从动轴轴向的行程信号。
所述实施例通过通常的接口方案实现与不同的换档拨叉方案容易的适配性。机械的和/或电的传感器连接能够特别是无损坏地松开。
本发明的在说明书、权利要求和附图中公开的特征能够不仅单独地而且以任意的组合对于实现本发明是必不可少的。
附图标记列表
50 调节装置
55 压力点
57 滑块
60 保持装置
62 转动轴承
110，120 第一传感器元件、第二传感器元件
130 评估电路
132 信号线路
134 插接连接
140 传动装置
150 壳体。

Claims (11)

1.一种传感器装置，其用于检测换挡变速器的换档拨叉(50)的角度，其中，所述换档拨叉(50)包括转动轴承(62)并且能转动地支承在保持装置(60)上，其特征在于，该传感器装置包括：
第一传感器元件(110)，所述第一传感器元件能够与所述换档拨叉(50)耦合，以便对所述换档拨叉(50)的转动作出响应地实施相对于所述保持装置(60)的运动；
第二传感器元件(120)，所述第二传感器元件能够抗扭转地固定在所述保持装置(60)上并且能够与所述第一传感器元件(110)耦合，以便在所述换档拨叉(50)转动并且由此引起所述第一传感器元件(110)和所述第二传感器元件(120)之间的相对运动时产生传感器信号，所述传感器信号与所述换档拨叉(50)所实施的转动相关；
评估电路(130)，所述第二传感器元件(120)固定在该评估电路上并且该评估电路基于所述传感器信号产生一信号，该信号显示所述换档拨叉(50)的角度；和
壳体(150)，
其中，所述第二传感器元件(120)和所述评估电路(130)能够与所述壳体(150)一起固定在所述保持装置(60)上作为封闭的单元。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一传感器元件(110)包括永磁体，所述永磁体随着所述换档拨叉(50)的转动产生改变的磁场，并且所述第二传感器元件(120)设计用于对所述磁场的改变作出响应地产生传感器信号。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述第一传感器元件(110)和所述第二传感器元件(120)是电感传感器或磁传感器的一部分并且特别是包括霍尔传感器或磁阻传感器。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述第一传感器元件(110)和所述第二传感器元件(120)彼此光学耦合。
5.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，该传感器装置包括传动装置(140)，所述传动装置将所述第一传感器元件(110)与所述换档拨叉(50)耦合，从而将所述换档拨叉(50)的转动角度范围转换成所述第一传感器元件(110)的更大的角度范围，以便由此实现更大的角度分辨率。
6.根据权利要求权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述第一传感器元件(110)能够抗扭转地固定在所述换档拨叉(50)上。
7.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，
该传感器装置包括用于检测温度的温度传感器，以便基于检测到的温度实施校正。
8.一种传感器***，其能够与控制器耦合，其特征在于，该传感器***包括：
至少一个第一传感器装置，该第一传感器装置构造为根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置；
至少一个第二传感器装置，该第二传感器装置构造为根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置；和
总线，所述总线设计用于在所述至少一个第一传感器装置和所述至少一个第二传感器装置和所述控制器之间传输数据。
9.一种换挡变速器，其特征在于，该换挡变速器包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置或根据权利要求8所述的传感器***；和
控制器，所述控制器设计用于控制所述换挡变速器的换挡并且评估所述传感器装置的传感器信号。
10.根据权利要求9所述的换挡变速器，其特征在于，
所述控制器设计用于将所述传感器信号换算成行程距离并且由此确定所述变速器中的换档拨叉的位置。
11.根据权利要求9或10所述的换挡变速器，其特征在于，该换挡变速器包括另外的传感器，所述另外的传感器设计用于确定换档拨叉的运动，从而所述另外的传感器和所述传感器装置是冗余的，以便在所述另外的传感器和所述传感器装置发生故障的情况下检测所述换档拨叉(50)实施的转动。
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