DE102017202374A1

DE102017202374A1 - Vorrichtung und verfahren zum ermitteln einer schaltstellung eines getriebes

Info

Publication number: DE102017202374A1
Application number: DE102017202374.0A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hofmann; Bernd Hillebrecht
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2017-08-24
Also published as: CN107101654A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes (2, 2‘), mit: zwei Magnetabschnitten(9a, 9b, 9a‘, 9b‘), die an einem Schaltabschnitt (6, 6‘) des Getriebes (2, 2‘) angeordnet sind und einen vorgegebenen Abstand zueinander haben; einem Magnetfeldsensor (10; 10‘) zum Detektieren eines Magnetfelds, das von den zwei Magnetabschnitten (9a, 9b; 9a‘, 9b‘) erzeugt wird; und einer Steuerung (4, 4‘), die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds eine Schaltstellung des Getriebes (2, 2‘) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes, das bspw. in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Allgemein sind Getriebe bekannt, die bspw. in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und eine mechanische Übersetzung zwischen einer Eingangswelle einer Verbrennungskraftmaschine oder dergleichen und einer Ausgangswelle bereitstellen.
Getriebe im Kraftfahrzeugbereich sind sowohl als Handschaltgetriebe als auch als automatische Getriebe bekannt. Automatische Getriebe sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt, wie bspw. automatisierte Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe usw.
Sowohl bei automatischen als auch bei Handschaltgetrieben ist es bekannt, die Schaltstellung des Getriebes zu ermitteln.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 49 330 A1 ist es bekannt, Schaltstellungen eines mechanisch betätigbaren, zwangsgeführten Schaltmittels zu erfassen. Dazu ist ein Magnet an dem Schaltmittel angebracht. Das Magnetfeld des Magneten wird mittels eines Hall-Sensors gemessen und darauf basierend die Schaltstellung ermittelt. Außerdem kann eine altersbedingte Dejustage der Vorrichtung Softwareseitig korrigiert werden. Dabei werden in einer Speichereinheit zeitlich ältere Daten einer jeden Schaltstellung abgelegt, sodass eine zeitlich rekursive Filterung hinsichtlich dieser Daten möglich ist. Dadurch kann sich die Schaltstellungserfassung selbstlernend an eine sich allmählich ändernde mechanische Schaltstellung anpassen und die daraus resultierende Dejustage kompensieren.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 119 862 A1 zeigt, die Stellung eines Schalthebels mittels einen an den Schalthebel angebrachten Magneten und über einen Hall-Sensor, der das Magnetfeld des Magneten misst, zu ermitteln. Auch hier kann die Software, die die Schaltstellung ermittelt, selbstlernend ausgestaltet sein und so Änderungen der Schaltstellung aufgrund von Verschleiß oder dergleichen berücksichtigen.
Nachteilig an dem genannten Stand der Technik ist, dass mit den dort vorgeschlagenen Maßnahmen Abschwächungen des Magnetfelds, die bspw. auf Grund von auf den Magneten angesammelten Partikeln entstehen, und die daraus resultierenden niedrigeren Messwerte des Hall-Sensors nicht kompensiert werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes bereit, wobei die Vorrichtung umfasst:
zwei Magnetabschnitte, die an einem Schaltabschnitt des Getriebes angeordnet sind und einen vorgegebenen Abstand zueinander haben;
einen Magnetfeldsensor zum Detektieren eines Magnetfelds, das von den zwei Magnetabschnitten erzeugt wird; und
eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds eine Schaltstellung des Getriebes zu ermitteln.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes bereit, wobei ein Schaltabschnitt des Getriebes zwei Magnetabschnitte mit vorgegebenen Abstand zueinander aufweist, und wobei das Verfahren umfasst:
Detektieren eines Magnetfeldes, das von den zwei Magnetabschnitten erzeugt wird, und
Ermitteln einer Schaltstellung des Getriebes auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds.
Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes umfasst zwei Magnetabschnitte, die an einem Schaltabschnitt des Getriebes angeordnet sind und einen vorgegebenen Abstand zueinander haben. Das Getriebe kann ein handbetätigtes oder ein automatisches Schaltgetriebe, wie ein Wandlergetriebe, Doppelkupplungsgetriebe oder dergleichen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug sein.
Der Schaltabschnitt ist typischerweise an einer Stelle des Getriebes angeordnet, die indikativ für eine Schaltstellung des Getriebes ist und kann bspw. eine Schaltgabel, ein Schalthebel, eine Schaltmuffe oder dergleichen sein bzw. der Schaltabschnitt kann an einer Schaltgabel, einem Schalthebel, einer Schaltmuffe oder dergleichen angeordnet sein.
Weiter umfasst die Vorrichtung einen Magnetfeldsensor zum Detektieren eines Magnetfelds, das von den zwei (oder mehr) Magnetabschnitten erzeugt wird. Der Magnetfeldsensor ist empfindlich auf eine Magnetfeldstärke und gibt bspw. ein Spannungssignal aus, das proportional zur gemessenen Magnetfeldstärke ist. Der Magnetfeldsensor ist bspw. ein Hall-Sensor bzw. umfasst einen Hall-Sensor.
Der Magnetfeldsensor kann selbst ein oder mehrere (Magnetfeld-)Sensorelemente umfassen, die zur Detektion des Magnetfelds vorgesehen sind. Dabei kann jedem Magnetabschnitt ein Sensorelement zugeordnet sein, sodass das Magnetfeld eines Magnetabschnitts von dem zugehörigen Sensorelement detektiert wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch jedes Sensorelement das Magnetfeld beider Magnetabschnitte detektieren. Auch Mischformen sind möglich, bei denen bspw. eine Sensorelement das Magnetfeld nur eines Magnetabschnittes detektiert und das wenigstens eine andere Sensorelement das Magnetfeld der zwei (oder mehr) Magnetabschnitte detektiert. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Abstand zwischen den zwei oder mehr Sensorelementen an den Abstand der zwei (oder mehr) Magnetabschnitte angepasst. Der Abstand zwischen den Sensorelementen kann kleiner oder größer sein als der Abstand zwischen den Magnetabschnitten oder er kann auch identisch zum Abstand zwischen den Magnetabschnitten sein.
Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds eine Schaltstellung des Getriebes zu ermitteln. Dadurch, dass die Position des Schaltabschnitts indikativ für die Schaltstellung ist und sich je nach Position des Schaltabschnitts aufgrund des veränderten Abstands der Magnetabschnitte zum Magnetfeldsensor eine andere Magnetfeldstärke einstellt, kann aus dem vom Magnetfeldsensor ausgegebenen Sensorsignal auf die Position des Schaltabschnitts und damit auf die Schaltstellung des Getriebes geschlossen werden.
Das Vorsehen von zwei Magnetabschnitten, deren Magnetfelder sich überlagern, sorgt dafür, dass sich die Extremstellungen des Schaltabschnitts bezüglich des Magnetfeldsensors gut voneinander unterscheiden lassen. Das heißt, sowohl die Position des Schaltabschnitts, bei der der Schaltabschnitt dem Magnetfeldsensor am nächsten ist, wird zu einem Extremwert in dem vom Magnetfeldsensor ausgegebenen Sensorsignal führen, als auch die Position des Schaltabschnitts, bei der der Schaltabschnitt am weitesten vom Magnetfeldsensor entfernt ist. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die beiden Magnetabschnitte so angeordnet, dass der eine Magnetabschnitt in der einen Extremposition dem Magnetfeldsensor am nächsten ist und in der anderen Extremposition der andere Magnetabschnitt. Bei manchen Ausführungsbeispielen entspricht der Abstand der beiden Magnetabschnitte dem maximalen Betätigungsweg des Schaltabschnitts.
Bei manchen Ausführungsbeispielen sind zwei Sensorelemente des Magnetfeldsensors so angeordnet, dass das eine Sensorelement in der einen Extremposition einem Magnetabschnitt am nächsten ist und in der anderen Extremposition das andere Sensorelement dem anderen Magnetabschnitt am nächsten ist.
Der Abstand der beiden Extremwerte im ausgegebenen Sensorsignal des Magnetfeldsensors ist dabei indikativ für den Abstand der beiden Extrempositionen bzw., je nach Aufnahme des Sensorsignals entspricht der Abstand der Extremwerte des Sensorsignals exakt dem Abstand der beiden von dem Schaltabschnitt eingenommenen Extrempositionen.
Damit ist die Übertragungsfunktion „Weg gleich Funktion von Sensorsignalwert“ exakt bestimmbar und eine Abschwächung des Sensorsignals, die bspw. zu einer Verringerung der Amplitude des Sensorsignals führen kann, führt nicht zu einer Ungenauigkeit der Positionsbestimmung, da der Abstand der Extremwerte des Sensorsignals auch in solchen Fällen unverändert bleibt, da sich der Abstand der Magnetabschnitte nicht durch Verschleiß oder dergleichen verändert. Damit können Abschwächungen der gemessenen Magnetfeldstärke kompensiert werden, die zum Beispiel durch Partikel entstehen, die sich auf den Magnetabschnitten ablagern und/oder die durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen Magnetfeldsensor und Magnetabschnitten hervorgerufen werden. Eine solche Vergrößerung des Abstandes kann ebenfalls durch Verschleißerscheinungen der Getriebemechanik entstehen.
Jeweils ein Magnetabschnitt kann einen Magneten aufweisen bzw. durch ihn gebildet werden, was eine besonders einfache und kostengünstige Maßnahme ist, um die Magnetabschnitte vorzusehen.
Die beiden Magnete bzw. Magnetabschnitte können parallel zueinander angeordnet sein und, insbesondere, kann die Polarität des einen Magneten bzw. Magnetabschnitts entgegengesetzt zur Polarität des anderen Magneten bzw. Magnetabschnitts ausgerichtet sein. Dies ist besonders günstig, da dann das Sensorsignal bspw. eines Hall-Sensors ein Maximum hat, wenn bspw. der Sensor dem einen Magneten am nächsten ist, und ein Minimum hat, wenn der Sensor dem anderen Magneten mit entgegengesetzter Polarität am nächsten ist, wodurch sich die beiden Extremwerte des Sensorsignals des Magnetfeldsensors besonders einfach und eindeutig voneinander unterscheiden lassen.
Manche Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes, wobei ein Schaltabschnitt des Getriebes zwei Magnetabschnitte mit vorgegebenem Abstand zueinander aufweist, wobei das Verfahren insbesondere mit der hierin beschriebenen Vorrichtung ausgeführt werden kann.
Das Verfahren umfasst weiter das Detektieren eines Magnetfeldes, das von den zwei Magnetabschnitten erzeugt wird, und das Ermitteln einer Schaltstellung des Getriebes auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds, wie es auch schon oben beschrieben wurde.
Wie ebenfalls auch schon weiter oben erwähnt, kann das Detektieren des Magnetfelds das Detektieren eines maximalen und eines minimalen detektierten Magnetfeldwertes umfassen. Dabei kann den beiden Maximalwerten außerdem ein Abstand zwischen zwei Schaltstellungen des Schaltabschnitts zugeordnet werden, der bspw. vorgegeben ist. Dies ist möglich, da der Abstand zwischen den beiden Magnetabschnitten bekannt sein kann, entsprechend vorgegeben ist und typischerweise unveränderbar ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Detektieren des Magnetfelds das Erfassen einer Magnetfeldmesskurve in Abhängigkeit einer Position des Schaltabschnitts. Die Magnetfeldmesskurve kann dabei mit dem Magnetfeldsensor ausgemessen werden und die Magnetfeldmesskurve kann bspw. durch Sensorsignalwerte, die von dem Magnetfeldsensor stammen, repräsentiert werden. Die Magnetfeldmesskurve enthält dabei nicht unbedingt direkte Magnetfeldmesswerte, sondern sie kann Messwerte enthalten, die bestimmte Magnetfeldstärken repräsentieren. So gibt bspw. ein Hall-Sensor typischerweise Spannungssignale als Sensorsignale aus, die bestimmte Magnetfeldstärken repräsentieren. Die Sensorsignale können bspw. durch einen Analog-Digitalwandler in digitale Werte umgewandelt werden, die bspw. in einer Wertetabelle in einem Speicher einer Steuerung abgelegt werden können. Außerdem kann jedem Magnetfeldmesswert der Magnetfeldmesskurve eine Position zugeordnet werden, sodass bspw. die verschiedenen Schaltstellungen des Getriebes, entsprechenden Magnetfeldwerten zugeordnet werden können. Damit kann dann im Umkehrschluss zu einem späteren Zeitpunkt durch Messen eines Magnetfeldwertes die entsprechende Schaltabschnittsposition und damit die zugehörige Schaltstellung ermittelt werden.
Außerdem können zu späteren Zeitpunkten bspw. die Extremwerte, das heißt der maximale und/oder minimale Magnetfeldwert ermittelt werden und mit den abgespeicherten verglichen werden. Dadurch kann eine Abschwächung des Magnetfelds erkannt werden und dementsprechend können die den jeweiligen Positionen zugeordneten Magnetfeldwerte korrigiert werden. Zur Korrektur kann dabei bspw. der ermittelte Unterschied zwischen einem früheren und einem aktuellen Extremwert von allen Magnetfeldwerten abgezogen werden. Sollte die Änderung des Sensorsignals sich nicht linear zur Magnetfeldstärke verhalten, so kann eine entsprechende Korrekturfunktion verwendet werden, die auf Grundlage der ermittelten Abweichung des Maximal- und/oder Minimalwerts berechnet wird.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird initial eine Magnetfeldmesskurve mit zugehörigen Positionen des Schaltabschnitts bzw. zugehörigen Schaltstellungen ermittelt und abgespeichert. Dann wird bspw. zyklisch oder bei jeder Fahrt mit dem Kraftfahrzeug, in dem das Getriebe angeordnet ist, nach einer bestimmt Anzahl von Fahrzyklen, nach einer bestimmten vergangenen Zeit oder gemäß einem anderen vorgegebenen Muster, die Magnetfeldmesskurve teilweise, bei bestimmten Schaltstellungen und/oder vollständig neu ermittelt und mit der abgespeicherten Referenz-Magnetfeldmesskurve verglichen. Werden Abweichungen festgestellt, so können die gespeicherten Magnetfeldwerte korrigiert werden, wie oben ausgeführt.
Bei großen Abweichungen, die bspw. einen Schwellwert übersteigen, kann auch ein Fehler erkannt und bspw. ein Fehlersignal ausgegeben werden, da bspw. die über dem Schwellwert liegende Abweichung auf eine übermäßige Verschmutzung, übermäßigen Abstand zwischen Magnetabschnitten und Magnetfeldsensor oder dergleichen hinweisen kann und damit auf einen übermäßigen Verschleiß hindeuten kann.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann auch gezielt eine vorgegebene Position des Schaltabschnitts eingestellt werden und das Magnetfeld bei der vorgegebenen Position detektiert werden, insbesondere wenn das Getriebe in einem Ruhezustand ist. Dies ist bspw. der Fall, wenn ein Nutzer die Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, in dem das Getriebe angeordnet ist, abgestellt hat. Dann kann das Getriebe in eine bestimmte Schaltstellung gebracht werden, in der bspw. ein Extremwert in der detektierten Magnetfeldstärke erwartet wird. Damit kann sichergestellt werden, dass auch bei einem Betrieb des Getriebes, bei dem bspw. der höchste Gang nicht oder nur sehr selten erreicht wird (z.B. Stadtbetrieb), der zugehörige Maximal- bzw. Minimalwert der Magnetfeldstärke bei dieser Schaltstellung ermittelt wird.
Insgesamt ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, unabhängig vom Verschmutzungsgrad der Magnetabschnitte eine Zuordnung zwischen der detektierten Magnetfeldstärke und der zugehörigen Position des Schaltabschnitts und damit zur Schaltstellung zu ermitteln. Durch die genaue Positionsermittlung des Schaltabschnitts können bei entsprechenden vorgegebenen Positionen weitere Funktionsteile geschaltet werden. Außerdem können bei vorgegebenen Positionen bestimmte Funktionslagen, wie zum Beispiel Eingelegtwege, Synchronposition, Neutralposition, etc. zu Diagnosezwecken untersucht werden. Außerdem ist es möglich, aus den ermittelten Positionen, Rückschlüsse auf mögliche Schäden oder Einschränkungen des Getriebes zu schließen. Ferner kann auch eine Abstandsänderung zwischen Magnetabschnitt und Magnetfeldsensor kompensiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes darstellt;
2 Magnetfeldmesskurven eines Hall-Sensors der Vorrichtung von 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten veranschaulicht;
3 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes zeigt;
4 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes mit zwei Hall-Sensoren darstellt;
5 Magnetfeldmesskurven von zwei Hall-Sensoren der Vorrichtung von 4 zu unterschiedlichen Zeitpunkten veranschaulicht; und
6 ein Ablaufschema einer Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes mit einem ersten und einem zweiten Hall-Sensor zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes 2 ist in 1 dargestellt. Von dem Getriebe 2 ist hier nur ein Teil dargestellt und es handelt sich beispielhaft um ein automatisches Getriebe.
Die Vorrichtung 1 hat hier, ohne dass die Erfindung in dieser Hinsicht beschränkt sein soll, eine hydraulische Einheit 3 mit einer Steuerung 4, wobei die hydraulische Einheit 3 mit jeweils einem Zylinder 5a und 5b verbunden ist. Ein Gangsteller 6 zum Einstellen eines Ganges des Getriebes 2 greift in die Zylinder 5a und 5b ein, sodass über eine entsprechende Betätigung der hydraulischen Einheit 3 der Gangsteller 6 in der 1 nach links und rechts bewegt werden kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Einheit 3 elektrisch ausgeführt sein oder auf eine andere Art und Weise, die geeignet ist, den Gangsteller 6 zu bewegen.
Der Gangsteller 6 ist mit einer Schaltgabel 7 verbunden, die wiederum mit einer Schaltmuffe 8 des Getriebes 6 verbunden ist, sodass über die horizontale Bewegung des Gangstellers 6 über die Schaltgabel 7 die Schaltmuffe 8 bewegt wird und damit unterschiedliche Schaltstellungen des Getriebes 6 eingestellt werden können.
Außerdem sind am Gangsteller 6 zwei Magnete 9a und 9b angebracht, die die beiden oben diskutierten Magnetabschnitte bilden. Die beiden Magnete 9a und 9b sind mit einem vorgegebenen, festen Abstand in 1 horizontal voneinander angeordnet und sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei sie mit antiparalleler Polarität zueinander angeordnet sind. Die jeweilige Längsachse in Richtung einer Polarität der Magnete 9a und 9b zeigt in Richtung eines Hall-Sensors 10.
Der Hall-Sensor 10 detektiert das von den beiden Magneten 9a und 9b erzeugte Magnetfeld und gibt ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuerung 4 aus, die einen Mikroprozessor und einen Speicher hat.
Dadurch, dass die beiden Magnete 9a und 9b mit unterschiedlicher Polarität und parallel zueinander angeordnet sind, hat das von dem Hall-Sensor 10 ausgegebene Sensorsignal zwei Extremwerte, nämlich einmal ein Minimum, bspw. wenn der linke Magnet 9a am nächsten zum Hall-Sensor 10 angeordnet ist und sich der Getriebesteller in seiner maximal linken Position befindet und einmal ein Maximum, wenn der rechte Magnet 9b am nächsten zum Hall-Sensor 10 angeordnet ist und sich der Getriebesteller 6 in seiner zweiten Extremposition, nämlich ganz rechts in 1 befindet.
2 veranschaulicht ein solches Sensorsignal als Magnetfeldmesskurven 20 bzw. 21 des Hall-Sensors 10, wobei die Magnetfeldmesskurve 20 einem Anfangszustand entspricht und die Magnetfeldmesskurve 21 einem späteren Zustand entspricht, bei dem bspw. die Magnete 9a und 9b mit Partikeln verunreinigt sind und damit das von dem Hall-Sensor 10 detektierte Magnetfeld abschwächen. Dabei zeigt die 2 auf der Ordinate das vom Hall-Sensor 10 ausgegebene Sensorsignal, welches einer Sensorspannung entspricht, und die Abszisse zeigt eine x-Position des Getriebestellers 6.
Wie der 2 entnehmbar ist, haben die beiden Magnetfeldmesskurven 20 und 21 jeweils ein Minimum bei einer Position x₁ und ein Maximum bei der Position x₂, wobei hier beispielhaft bei der Position x₁ der niedrigste Gang eingelegt ist und bei der Position x₂ der höchste Gang des Getriebes 2. Weitere Schaltstellungen des Getriebes 6 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen diesen beiden Extrempositionen x₁ und x₂.
Ferner kann der 2 entnommen werden, dass bei der Magnetfeldmesskurve 20, das Minimum bei der Position x₁ einen Minimalwert V₁ besitzt und bei der Position x₂ einen Maximalwert V₄. Durch entsprechende Abschwächung des Magnetfeldes liegt hingegen bei der Magnetfeldmesskurve 21 bei der Position x₁ der Messwert bei einem höheren Wert V₂ und bei der Position x₂ bei einem niedrigeren Wert V₃.
Allerdings bleibt der Abstand zwischen den beiden Positionen x₁ für das Minimum und x₂ für das Maximum der beiden Magnetfeldmesskurven 20 und 21 identisch, da sich, wie oben ausgeführt, der Abstand zwischen den beiden Magneten 9a und 9b nicht verändert.
Wie oben ausgeführt, kann aufgrund der Differenz zwischen den Werten V₁ und V₂ an der Position x₁ des Minimums der beiden Magnetfeldmesskurven 20 und 21 bzw. aufgrund der Differenz zwischen den Werten V₃ und V₄ an der Position x₂ des Maximums der beiden Magnetfeldmesskurven 20 und 21 bspw. aus der alten Magnetfeldmesskurve die aktuelle Kurve 21 berechnet werden und/oder es können für weitere Schaltstellungen die zugehörigen Magnetfeldmesswerte korrigiert werden, sodass aus dem Sensorsignal des Hall-Sensors 10 wieder die „richtige“ Position x des Getriebestellers 6 und damit die zugehörige richtige Schaltstellung des Getriebes ermittelt werden kann.
Im Folgenden wird ein Verfahren 30 zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes 2 beschrieben, wobei das Verfahren von der Vorrichtung 1 (Steuerung 4), wie sie oben beschrieben wurde, ausgeführt werden kann.
Bei 31 startet das Verfahren und bei 32 wird eine erste Magnetfeldmesskurve 20 mit dem Hall-Sensor aufgenommen. Dazu fährt der Getriebesteller 6 alle Schaltstellungen des Getriebes 2 ab, sodass neben den beiden Extrempositionen x₁ und x₂, an denen das Sensorsignal des Hall-Sensors minimal bzw. maximal ist, auch andere Positionen, die insbesondere auch anderen Schaltstellungen entsprechen, aufgenommen werden. Das Aufnehmen der Magnetfeldmesskurve 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel einmal initial durchgeführt, während sie bei anderen Ausführungsbeispielen auch im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs, in dem die Vorrichtung 1 mit dem Getriebe 2 vorgesehen ist, aufgenommen werden kann.
Die aufgenommene Magnetfeldmesskurve 20 wird bspw. in einer Wertetabelle in dem Speicher der Steuerung 4 bei 33 abgelegt.
Dann kann im laufenden Betrieb durch Messen der Magnetfeldstärke mit dem Hall-Sensor 10 die Schaltstellung des Getriebes 2 bei 34 ermittelt werden.
Außerdem wird bei 35 überprüft, wenn das Getriebe in einer Position x₁ oder x₂ ist, in der die Magnetfeldstärke minimal bzw. maximal ist, ob der gemessene Magnetfeldwert dem Minimalwert V₁ bzw. Maximalwert V₄ entspricht. Diese Prüfung kann zyklisch erfolgen, wie oben ausgeführt wurde.
Sollte dies nicht der Fall sein, so wird die Magnetfeldmesskurve bzw. werden die in der Wertetabelle abgespeicherten Werte entsprechend bei 36 korrigiert, wie oben beschrieben wurde und es wird bspw. die Magnetfeldmesskurve 21 entsprechend ermittelt.
Außerdem kann bei 37 das Getriebe 2 nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Schaltstellung versetzt werden, wenn bspw. festgestellt wird, dass für die Position x₂ kein aktueller Messwert vorliegt, für die Position x₁ hingegen schon.
Die Schritte 33 bis 37 können entsprechend zyklisch wiederholt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1‘ zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes 2‘ ist in 4 dargestellt, wobei im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 hier ein Magnetfeldsensor 10‘ zwei Sensorelemente 10a und 10b hat. Ansonsten entspricht die Vorrichtung 1‘ im Wesentlichen der Vorrichtung 1 der 1, wie sie oben beschrieben wurde, sodass die obigen Ausführungen entsprechend auch für die Vorrichtung 1‘ gelten.
Von dem Getriebe 2‘ ist hier nur ein Teil dargestellt und es handelt sich beispielhaft um ein automatisches Getriebe.
Die Vorrichtung 1‘ hat hier, wie zuvor in 1 beschrieben, eine hydraulische Einheit 3‘ mit einer Steuerung 4‘, wobei die hydraulische Einheit 3‘ mit jeweils einem Zylinder 5a‘ und 5b‘ verbunden ist. Ein Gangsteller 6‘ zum Einstellen eines Ganges des Getriebes 2‘ greift in die Zylinder 5a‘ und 5b‘ ein, sodass über eine entsprechende Betätigung der hydraulischen Einheit 3‘ der Gangsteller 6‘ in der 4 nach links und rechts bewegt werden kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Einheit 3‘ elektrisch ausgeführt sein oder auf eine andere Art und Weise, die geeignet ist, den Gangsteller 6‘ zu bewegen.
Der Gangsteller 6‘ ist mit einer Schaltgabel 7‘ verbunden, die wiederum mit einer Schaltmuffe 8‘ des Getriebes 6‘ verbunden ist, sodass über die horizontale Bewegung des Gangstellers 6‘ über die Schaltgabel 7‘ die Schaltmuffe 8‘ bewegt wird und damit unterschiedliche Schaltstellungen des Getriebes 6‘ eingestellt werden können.
Außerdem sind am Gangsteller 6‘ zwei Magnete 9a‘ und 9b‘ angebracht, welche die beiden oben diskutierten Magnetabschnitte bilden. Die beiden Magnete 9a‘ und 9b‘ sind mit einem vorgegebenen, festen Abstand in 4 horizontal und parallel zueinander angeordnet und ausgerichtet, wobei sie mit antiparalleler Polarität angeordnet sind. Die jeweilige Längsachse in Richtung einer Polarität der Magnete 9a‘ und 9b‘ zeigt in Richtung der zwei Hall-Sensoren 10a und 10b, welche die Magnetfeldsensorelemente des oben genannten Magnetfeldsensors 10‘ bilden.
Die Hall-Sensoren 10a und 10b detektieren jeweils das von den beiden Magneten 9a‘ und 9b‘ erzeugte Magnetfeld und geben ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuerung 4‘ aus, die einen Mikroprozessor und einen Speicher hat.
Dadurch, dass die beiden Magnete 9a‘ und 9b‘ mit unterschiedlicher Polarität und parallel zueinander angeordnet sind, haben die von den Hall-Sensoren 10a und 10b ausgegebenen Sensorsignale jeweils zwei Extremwerte, nämlich einmal ein Minimum und ein Maximum. Das Minimum tritt bspw. auf, wenn der linke Magnet 9a‘ dem Hall-Sensor 10a bzw. 10b am nächsten angeordnet ist und sich der Getriebesteller 6‘ in seiner maximal linken Position befindet (links in 4) und das Maximum tritt bspw. auf, wenn der rechte Magnet 9b‘ dem Hall-Sensor 10a bzw. 10b am nächsten angeordnet ist und sich der Getriebesteller 6‘ in seiner zweiten Extremposition, nämlich seiner maximal rechten Position befindet (rechts in 4).
5 veranschaulicht die zugehörigen Sensorsignale als Magnetfeldkurven 38 bzw. 39 der Hall-Sensoren 10a bzw. 10b, wobei das Sensorsignal des ersten Hall-Sensors 10a die Magnetfeldkurve 38 ergibt und analog das Sensorsignal des zweiten Hall-Sensors 10b die Magnetfeldkurve 39 ergibt. Dabei zeigt die 5 auf der Ordinate das von Hall-Sensor 10a und 10b ausgegebene Sensorsignal, das einer Sensorspannung V entspricht, und die Abszisse zeigt eine zugehörige x-Position des Getriebestellers 6‘. Die Magnetfeldkurve 38 bzw. 39 entsteht, wenn der Hall-Sensor 10a bzw. 10b so bewegt wird, dass er beide Extremwerte beider Magnetabschnitte 9a‘ und 9b‘ detektiert.
Die Magnetfeldkurve 38 hat bei einer ersten Position x₁ ein Minimum und bei einer zweiten Position x₃ ein Maximum. Die Magnetfeldkurve 39 hat bei einer ersten Position x₂ ein Minimum und bei einer Position x₄ ein Maximum.
Beispielhaft ist für den Messbereich bei der Position x₁ bzw. x₂ der niedrigste (bei x₁) bzw. ein niedriger (bei x₂) Gang eingelegt und für den Messbereich bei der Position x₃ und x₄ ein hoher (x₃) bzw. der höchste (x₄) Gang des Getriebes. Weitere Schaltstellungen des Getriebes 6‘ liegen bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Extrempositionen x₁ bzw. x₂ und x₃bzw. x₄.
Dem Minimum in der Magnetfeldkurve 38 an der Position x₁ entspricht ein Minimalwert V₁ in der Sensorspannung und dem Maximum der Magnetfeldkurve 38 an der Position x₃ entspricht ein Maximalwert V₂ in der Sensorspannung. Gleiches gilt im vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Magnetfeldkurve 39, deren Minimum x₂ ebenfalls dem Minimalwert V₁ und deren Maximum x₄ dem Maximalwert V₂ entspricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel geht man folglich davon aus, dass beide Kurven denselben Maximalwert bzw. Minimalwert in der Sensorspannung haben, was natürlich bei anderen Ausführungsbeispielen nicht der Fall sein muss, und diese Annahme ist nur zur Vereinfachung der Darstellung gewählt.
Die Position der zwei Hall-Sensoren 10a und 10b relativ zu den Magneten ist derart gewählt, dass alle Maximal- und Minimalwerte der Sensorspannung V gemessen werden können, zumindest während eines Kalibrierungsvorganges. Während des Normalbetriebs des Getriebes müssen nicht in allen Ausführungsbeispielen alle Extremwerte detektiert werden, sondern es kann ausreichen, wenn das jeweilige Extremum nur von einem Hall-Sensor 10a bzw. 10b gesehen wird (z. B. das linke Minimum bei x₁ nur vom Hall-Sensor 10a und das rechte Maximum bei x₄ nur vom Hall-Sensor 10b).
Der Abstand 40 zwischen den Minima an den Positionen x₁ und x₂ und der Abstand 40 zwischen den Maxima an den Positionen x₃ und x₄ der beiden Magnetfeldkurven 38 und 39 bleibt identisch, da sich, wie oben ausgeführt und in 5 dargestellt, der Abstand zwischen den beiden Magneten 9a‘ und 9b‘ und auch zwischen den Hall-Sensoren 10a und 10b im Betrieb nicht (wesentlich) verändert.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich eine Normierung des Magnetfeldsensors bzw. seiner Sensorelemente auf den Abstand zwischen den beiden Magneten 9a‘ und 9b‘ erfolgen, um einen eindeutigen Messbereich x_TM abzubilden.
Der eindeutige Messbereich x_TM kann wie folgt ermittelt werden: A = x₂ – x₁ und A = x₄ – x₂ D = x₃ – x₁ und D = x₄ – x₂ Tatsächlicher Messbereich: X_TM = x₄ – x₁ x₄ – x₁ = D + A x₄ – x₁ = (x₄ – x₂) + (x₂ – x₁) x₄ – x₁ = x₄ – x₂ + x₂ – x₁ x₄ – x₁ = x₄ – x₁ = D + A = x_TM
Wie oben angeführt, stellt A den Abstand 40 eines ersten Hall-Sensors 10y zu einem zweiten Hall-Sensor 10b dar, während D den Abstand 41 der zwei Magnetfeldabschnitte darstellt. Der tatsächliche Messbereich x_TM ist der Abstand des ersten Hall-Sensors 10a zum zweiten Hall-Sensor 19b mit dem Abstand von einem ersten Magnetfeldabschnitt 9a‘ zu einem zweiten Magnetfeldabschnitt 9b‘, wobei die von den beiden Magnetfeldabschnitten 9a‘, 9b‘ erzeugten Magnetfelder vom ersten und zweiten oder nur von einem der Hall-Sensoren 10a, 10b gemessen werden. Der Wert x₁ bzw. x₂ stellt jeweils die Position des Getriebes bei minimaler Sensorspannung V₁ dar, während der Wert x₃ bzw. x₄ jeweils die Position des Getriebes bei maximaler Sensorspannung V₂ darstellt.
Der eindeutige Messbereich X_TM wird bei manchen Ausführungsbeispielen so gewählt, dass nur ein Hall-Sensor (z. B. 10a) das linke Extremum, z. B. das Minimum in der Magnetfeldkurve 38 an der Position x₁ im Betrieb detektiert, und der andere Hall-Sensor (z. B. 10b) das rechte Extremum, z. B. das Maximum in der Magnetfeldkurve 39 an der Position x₄ detektiert.
In derartigen Ausführungsbeispielen werden nicht notwendigerweise alle Maximal- und Minimalwerte der Sensorspannung V im Betrieb detektiert, da zumindest ein Hall-Sensor einen eindeutigen Sensorsignalwert für den ermittelten Weg x sendet bzw. insgesamt die komplette Wegstrecke des Getriebestellers durch Zusammenwirken der Hall-Sensoren detektiert wird.
Die ungewünschte Veränderung der Sensorspannung, die wie oben erwähnt durch Verunreinigungen oder dergleichen auftreten kann, und die zu einer falschen Ermittlung der Position des Getriebestellers führen könnte, kann auf Grundlage der Beziehung (x₃ – x₂) = D – A und den zugehörigen Sensorspannungswerten korrigiert werden. Wie oben erwähnt, bleibt der Abstand 40 zwischen einem ersten Hall-Sensor 10a und einem zweiten Hall-Sensor 10b und der Abstand 41 der beiden Magnetfeldabschnitte 9a‘ und 9b‘ unverändert. Die Änderungen in der Sensorspannung V über einen zurückgelegten Weg x mit der zugehörigen Schaltstellung des Getriebes 6‘ können so einfach ermittelt und entsprechend korrigiert werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren 50 zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes 2‘ beschrieben, wobei das Verfahren von der Vorrichtung 1‘ (Steuerung 4‘), wie sie oben im Zusammenhang mit 4 beschrieben wurde, ausgeführt werden kann.
Bei 51 startet das Verfahren und bei 52 wird zur Initialisierung die erste Magnetfeldmesskurve 38 mit dem ersten Hall-Sensor 10a und die zweite Magnetfeldmesskurve 39 mit dem zweiten Hall-Sensor 10b aufgenommen. Dazu fährt der Getriebesteller 6‘ alle Schaltstellungen des Getriebes 2‘ ab, sodass neben den Extrema an den Positionen x₁ bis x₄, an denen das Sensorsignal des ersten Hall-Sensors 10a und das Sensorsignal des zweiten Hall-Sensors 10b minimal bzw. maximal ist, auch andere Positionen, die insbesondere auch anderen Schaltstellungen entsprechen, aufgenommen werden. Das Aufnehmen der Magnetfeldmesskurve 38 und 39 wird in diesem Ausführungsbeispiel einmal initial durchgeführt, während bei anderen Ausführungsbeispielen die Magnetfeldmesskurven 38 bzw. 39 auch im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs, in dem die Vorrichtung 1‘ mit dem Getriebe 2‘ vorgesehen ist, aufgenommen werden kann.
Die aufgenommenen Magnetfeldmesskurven 38 und 39 werden bspw. in einer Wertetabelle in dem Speicher der Steuerung 4‘ bei 53 abgelegt.
Dann kann im laufenden Betrieb durch Messen der Magnetfeldstärke mit dem ersten Hall-Sensor 10a und dem zweiten Hall-Sensor 10b die Schaltstellung des Getriebes 2‘ bei 54 ermittelt werden, wie es auch oben ausgeführt wurde.
Außerdem wird bei 55 überprüft, wenn das Getriebe in einer Position x₁ bzw. x₂ oder x₃ bzw. x₄ ist, in der die Magnetfeldstärke minimal bzw. maximal ist, ob der gemessene Magnetfeldwert dem Minimalwert V₁ bzw. Maximalwert V₂ entspricht. Diese Prüfung kann zyklisch erfolgen, wie oben ausgeführt wurde. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen sich die Sensorspannungswerte für den ersten und zweiten Hall-Sensor unterscheiden, werden natürlich für jeden Hall-Sensor die entsprechenden Maximalwerte genommen, also z. B. Minimalspannung V_1a bei x₁ und Maximalspannung V_2a bei x₃ für den Hall-Sensor 10a und Minimalspannung V_1b bei x₂ und Maximalspannung V_2b bei x₄ für den Hall-Sensor 10b.
Sollte die genannte Prüfung negativ ausfallen, so wird bzw. werden die Magnetfeldmesskurven bzw. werden die in der Wertetabelle abgespeicherten Werte bei 56 entsprechend korrigiert, wie oben beschrieben wurde und es wird bspw. die Änderung in der Sensorspannung V aus D – A entsprechend ermittelt (siehe auch obige Rechnung).
Zusätzlich kann bei 57 das Getriebe 2‘ nach Abschalten der Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Schaltstellung versetzt werden, wenn bspw. festgestellt wird, dass für die Position x₄ kein aktueller Messwert vorliegt, für die Position x₁ hingegen schon.
Die Schritte 53 bis 57 können entsprechend zyklisch wiederholt werden.
Bezugszeichenliste

1, 1‘: Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes
2, 2‘: Getriebe
3, 3‘: hydraulische Einheit
4, 4‘: Steuerung
5a, b, 5a‘, 5b‘: Zylinder
6, 6‘: Getriebesteller (Schaltabschnitt)
7, 7‘: Schaltgabel
8, 8‘: Schaltmuffe
9a, b, 9a‘, 9b‘: Magnete (Magnetabschnitte)
10, 10‘: Hall-Sensor (Magnetfeldsensor)
10a, b: Hall-Sensorelemente (Magnetfeldsensor)
20: Magnetfeldmesskurve (ursprünglich)
21: Magnetfeldmesskurve (Magnetfeld abgeschwächt)
30: Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes
31: Start
32: Erfassen Magnetfeldmesskurve
33: Speichern Magnetfeldmesskurve
34: Ermitteln Schaltstellung
35: Prüfung Abweichung Minimalwert bzw. Maximalwert
36: Korrektur der Magnetfeldmesskurve
37: Einstellen vorgegebener Position des Schaltabschnitts
38: Magnetfeldmesskurve (erster Hall-Sensor)
39: Magnetfeldmesskurve (zweiter Hall-Sensor)
40: D (Abstand erster Hall-Sensor zum zweiten Hall-Sensor)
41: A (Abstand der Magnete)
42: D + A Abstand erster Hall-Sensor zu zweiten Hall-Sensor und Abstand erster Magnetfeldabschnitt zu zweiten Magnetfeldabschnitt)
50: Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes
51: Start
52: Erfassen Magnetfeldmesskurven
53: Speichern Magnetfeldmesskurven
54: Ermitteln Schaltstellung
55: Prüfung Abweichung Minimalwert bzw. Maximalwert
56: Korrektur der Magnetfeldmesskurve
57: Einstellen vorgegebener Position des Schaltabschnitts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19749330 A1 [0005]
DE 102011119862 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes (2, 2‘), umfassend: zwei Magnetabschnitte (9a, 9b, 9a‘, 9b‘), die an einem Schaltabschnitt (6, 6‘) des Getriebes (2, 2‘) angeordnet sind und einen vorgegebenen Abstand zueinander haben; einen Magnetfeldsensor (10; 10‘) zum Detektieren eines Magnetfelds, das von den zwei Magnetabschnitten (9a, 9b, 9a‘, 9b‘) erzeugt wird; und eine Steuerung (4, 4‘), die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds eine Schaltstellung des Getriebes (2, 2‘) zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeweils ein Magnetabschnitt einen Magneten (9a, 9b, 9a‘, 9b‘) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die beiden Magneten (9a, 9b, 9a‘, 9b‘) parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Polarität des einen Magneten (9a, 9a‘) entgegengesetzt zum anderen Magneten (9b, 9b‘) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor einen Hall-Sensor (10; 10a, 10b) aufweist.
Verfahren zum Ermitteln einer Schaltstellung eines Getriebes (2, 2‘), wobei ein Schaltabschnitt (6, 6‘) des Getriebes (2, 2‘) zwei Magnetabschnitte (9a, 9b, 9a‘, 9b‘) mit vorgegebenem Abstand zueinander aufweist, umfassend: Detektieren (32, 52) eines Magnetfeldes, das von den zwei Magnetabschnitten (9a, 9b, 9a‘, 9b‘) erzeugt wird, und Ermitteln (34; 54) einer Schaltstellung des Getriebes (2, 2‘) auf Grundlage des ermittelten Magnetfelds.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Detektieren (32, 52) des Magnetfelds das Detektieren eines maximalen und eines minimalen detektierten Magnetfeldwertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Detektieren (32, 52) des Magnetfelds das Erfassen einer Magnetfeldmesskurve in Abhängigkeit einer Position des Schaltabschnitts (6, 6‘) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei weiter eine vorgegebene Position des Schaltabschnitts (6, 6‘) eingestellt wird und das Magnetfeld bei der vorgegebenen Position detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die vorgegebene Position des Schaltabschnitts (6, 6‘) eingestellt wird, wenn das Getriebe (2, 2‘) in einem Ruhezustand ist.