机电式感测装置 |
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| 申请号 | CN200980100522.6 | 申请日 | 2009-06-05 | 公开(公告)号 | CN101809334B | 公开(公告)日 | 2013-12-25 |
| 申请人 | 精英工程化控制系统股份公司; | 发明人 | T·卡默; F·乌伦布鲁克; | ||||
| 摘要 | 一种机电式感测装置，用于控制机动车的在空间上远距离地布置的传动装置或驱动装置的至少一个功能，具有一个可围绕至少一个第一轴(2a，2b)摆动地操纵的且与传动装置或驱动装置在机械上解耦的杆(1)，该杆借助 悬挂装置 (3)支承在第一轴(2a，2b)上，其中，该轴(2a，2b)在一个轴向的端部区段上具有 磁性 的旋转 角 传感器 装置(6a，6b，7a，7b)的至少一个第一部件(6a，6b)，并且为了直接检测所述杆(1)的角位或旋转运动与旋转角传感器装置的第二部件(7a，7b)共同作用，该第二部件与轴(2a，2b)的端部区段相对置地设置在悬挂装置(3)上，其中，轴向的端部区段位于悬挂装置(3)内部，一个容纳旋转角传感器(7a，7b)的 电路 板(15)布置在悬挂装置(3)上，并且该 电路板 (15)具有至少一个从电路板平面突出的凸缘状构造的凸起(17，18)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.机电式感测装置，用于控制机动车的在空间上远距离地布置的传动装置或驱动装置的至少一个功能，该感测装置具有可绕至少一个第一轴(2a，2b)摆动地操纵的且与传动装置或驱动装置在机械上解耦的杆(1)，所述杆借助悬挂装置(3)支承在所述第一轴(2a，2b)上，其中，所述轴(2a，2b)在轴向的端部区段上具有磁性的旋转角传感器装置的至少一个第一部件(6a，6b)并且与该旋转角传感器装置的第二部件(7a，7b)共同作用以便直接地检测所述杆(1)的角位或旋转运动，所述第二部件与所述轴(2a，2b)的端部区段相对置地设置在所述悬挂装置(3)上，使得所述轴向的端部区段位于所述悬挂装置(3)内部，其中，容纳所述旋转角传感器装置的第二部件(7a，7b)的电路板(15)布置在所述悬挂装置(3)上，并且，所述电路板(15)具有至少一个从电路板平面突出的、凸缘状构造的凸起(17，18)，所述至少一个凸起被构造用于容纳至少一个所述旋转角传感器装置的第二部件(7a，7b)并且通过其面法线基本上平行于所述第一轴(2a，2b)。 |
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| 说明书全文 | 机电式感测装置技术领域[0001] 本发明涉及一种机电式感测装置，用于控制机动车的在空间上远离感测器设置的传动装置或驱动装置的至少一个功能。 背景技术[0002] 在现有技术中已知这种用于控制机动车传动装置的或机动车驱动装置的功能的机电式感测装置，例如换档杆，所述感测装置可以转移到各种不同的档位中。在换档传动装置或自动传动装置的换档杆中，常见的是借助许多不同的霍尔传感器检测换档杆的不同档位，例如档位P、N、R、S。在此规定，平行于杆的摆动平面布置一电路板，该电路板配有单个的相互间隔的霍尔传感器。 [0003] 在此这样地构造霍尔传感器的布置，使得每个单个的霍尔传感器可以分别检测换档杆或选速杆的一个位置。这些霍尔传感器还构造用于产生二进制的信号，该二进制信号给出与以下有关的说明：布置在换档杆或选速杆上的磁元件是否位于霍尔传感器对面。为了能够明确地检测选速杆的每一个可占据的档位，许多相互间隔的霍尔传感器必须布置成分布在相当大的面积上并且电接通。 [0004] DE 20 2007 000 210 U1描述了一种用于机动车传动装置的线控换档“Shift-by-Wire”操纵装置。该操纵装置由换档杆组成，该换档杆借助换档杆支座支承在第一轴上。在换档杆支座的支承螺栓上布置一永磁体，该永磁体与相对置的霍尔传感器共同作用以便直接检测换档杆的角位。 [0005] EP 0 075 693 A1描述了一种用于传动装置的选档器，在该选档器中借助磁敏传感器以及借助固定在换档杆上的磁体可无接触地且无触碰地探测换档杆的位置。在此这样地布置各个磁敏传感器，即为换档杆的每个有待区分的位置设置一个自有的传感器，或者设置比档少的传感器，然后可由各个受控的传感器的组合按照编码求得换档杆的位置。 [0006] 这些已知的感测装置的缺点是：使用了许多霍尔传感器并且电路板具有与此相关的相当大的面积。这尤其是在机动车中只有有限的供使用的结构空间方面是不利的。 [0007] 此外，这种在现有技术中常见的位置检测装置必须分别个性化地与换档杆或选速杆的几何形状和设计形式相适配。就此而言，对于具有不同的选速杆和换档杆的不同机动车类型总是需要专门针对各种状况配置和适配的电路板。这在各种各样的换档或选档装置具有不同长度的换档杆时尤其是不利的。尤其地，当机动车构造成左舵或右舵变型时，这需要与左舵或右舵变型相适配地相对于选速杆或换档杆布置和设计电路板。 发明内容[0008] 因此本发明的目的是，提供一种简单的用于控制机动车的驱动装置或传动装置的感测装置，该感测装置具有简单的、易于装配的结构，该结构具有高的功能可靠性，尤其是用于检测换档杆的档位和选档位置，该结构通过明显较少数量的传感器元件就能实现，该结构可通用地适配于不同的感测装置并且可以在制造中特别成本有利地实施。 [0010] 按照本发明的感测装置构造用于控制机动车的在空间上远距离地布置的传动装置或驱动装置的至少一个功能，并且具有一个可绕至少一个第一轴摆动地操纵的杆，该杆与待控制的传动装置或驱动装置在机械上解耦。因此，杆的调整运动或调整位置可转换成电信号，该电信号最终用于控制传动装置或驱动装置的功能。所述感测装置的杆借助悬挂装置支承在第一轴上，其中，该轴在位于悬挂装置内部的端部区段上具有磁性的旋转角传感器装置的至少一个第一部件并且与旋转角传感器装置的第二部件共同作用以直接地检测所述杆的角位或旋转运动，该第二部件与轴的端部区段相对置地设置在悬挂装置上。因此本发明的特点在于，代替多个在空间上相互远距离地布置的霍尔传感器，现在从原理上用一个唯一的旋转角传感器就足以检测杆的角位和杆的旋转运动或摆动运动并且借助后置的电子分析处理单元配置给一个预定的位置。磁性的旋转角传感器装置的第一和第二部件指的是旋转角传感器装置的成对地相互对应的元件，即旋转角传感器元件和用于产生磁场的磁元件。在此，这两个部件中哪个布置在悬挂装置上以及这两个部件中哪个布置在构成旋转点的轴上，基本上没有任何影响。 [0011] 所述悬挂装置构造用于容纳基本上垂直于第一轴延伸的支承螺栓，该支承螺栓刚性地与由操作者待操纵的杆连接。在此，容纳旋转角传感器的电路板直接设置在悬挂装置本身上。该电路板具有至少一个从电路板平面突出的、大致凸缘状构造的凸起，在所述凸起上可以设置至少一个旋转角传感器元件。在此尤其规定，该凸起的面法线和因此设置在该凸起上的旋转角传感器元件的面法线基本平行于第一轴延伸。由此可以精确且明确地求得悬挂装置相对于第一轴的摆动运动，但是也可精确且明确地求得与第一轴为基准在悬挂装置上被强制导向的杆的由此引起的角位。 [0012] 根据本发明的有利的第一设计形式规定，为了求得所述杆关于第一轴的角位和旋转运动设有一个唯一的旋转角传感器元件。该旋转角传感器元件在此尤其构造成集成电路并且可以在内部具有许多单个的磁阻的或者基于霍尔效应的元件，这些元件在电路板上或者在传感器元件内部相互间不同地定向并且相互电耦联，以至于可采集的电信号能够实现关于旋转角传感器元件与外部施加的磁场取向的相对定向的明确关系。 [0013] 在此所述旋转角传感器元件的单个磁阻元件尤其可以构造成所谓的GRM元件或者AMR元件，这些元件将所谓的巨磁阻效应或者异向磁阻效应用于磁场的检测和量化。尤其是规定，将传感器构造成所谓的360°传感器，该传感器对于磁元件的每个调整位置和角位提供一个与调整角对应的明确的电信号供使用。替代地或附加地，旋转角传感器可以唯一地基于霍尔效应的利用，使得按照本发明设置的集成电路代替磁阻元件也可以具有单个的相互电耦联的霍尔元件。 [0014] 通过在杆或者容纳该杆的悬挂装置的摆动轴的区域中设置一个唯一的旋转角传感器元件可以以有利的方式省去许多在空间上相互间隔的霍尔传感器的实施。可由旋转角传感器元件产生的电信号直接地给出关于与旋转角传感器磁性耦联的并且与杆或者与悬挂装置在机械上耦联的磁元件的当前位置或角速度的说明。 [0015] 通过按照本发明布置一个唯一的旋转角传感器元件也可以明显地减少用于检测摆动或旋转角的电路费用。因为现在不再需要使许多单个的传感器元件、如霍尔传感器，而是只需将一个唯一的旋转角传感器元件的输出与后置的分析处理单元电耦联即可，该分析处理单元可以根据由旋转角传感器产生的信号的幅值或频率求得杆的旋转角和/或角速度。 [0016] 旋转角传感器元件在紧靠摆动轴附近的布置还具有以下优点：可以与可绕该轴摆动的杆的具体设计形式完全无关地实现这样的角度和位置检测。就此而言，按照本发明的布置可以通用地适配于感测装置的完全不同的设计形式。感测装置是否设置用于左舵或右舵变型，在此没有任何影响。此外，可以以有利的方式省去平行于杆的摆动平面延伸的电路板，以至于在最终效果上可以节省宝贵的结构空间。 [0017] 按照本发明的一种另外的有利设计形式规定，所述旋转角传感器装置的第一部件构造成用于产生磁场的磁元件，所述旋转角传感器装置的第二部件构造成旋转角传感器。所述磁元件自然具有磁北极和磁南极，其打破了轴的对称性，悬挂装置铰接在该轴上。在此尤其规定，所述旋转角传感器装置的这些部件中的一个，尤其是用于产生磁场的磁元件，不可旋转地设置在该轴的端侧的端部区段上，而相应的其它部件(即旋转角传感器元件)在向着该轴的假想的轴向延长线中设置在悬挂装置上。 [0018] 在此，该轴本身或者该轴的支承螺栓可以相对于机动车车身位置固定地设置，由此使旋转角传感器相对于固定的磁元件的摆动产生可分析处理的信号。当然也可以设想相反的设计形式，在该相反的设计形式中传感器本身保持相对于机动车车身位置固定地设置，而与该传感器对置的磁元件经受摆动或摆动运动。因为对于旋转角或位置判定而言，起决定作用的仅仅是形成旋转角传感器装置的元件之间的，即磁元件和旋转角传感器之间的相对运动。 [0019] 按照本发明的另一种有利设计形式规定，所述旋转角传感器基本上构造成扁平的，尤其是设置在电路板上并且通过其面法线基本上平行于第一轴定向，在该第一轴上可以设置磁元件。在此，旋转角传感器可以与该轴平行地、错开地设置。但是优选的是，该旋转角传感器齐平地且在该轴的轴向延长线中设置。 [0020] 也可以替代地或附加地作为其冗余规定，所述磁元件设置在该轴上，而相应的传感器元件这样地相指向该轴地设置在杆上或设置在该杆的悬挂装置上，使得该传感器元件的面法线指向轴的径向方向。在此也可以明确地检测在旋转角传感器和磁元件之间的相应的相对运动，将其转换成与角位对应的电信号并且输送给后置的分析处理单元。 [0021] 此外按照本发明规定，所述杆与第一轴径向间隔地穿过悬挂装置的长孔，该长孔平行于第一轴的轴向延伸尺寸延伸并且限制该杆绕第二轴相对于悬挂装置的摆动运动。因此，对于感测装置尤其规定，杆的可由使用者发动的、以第一轴为摆动轴的摆动运动在长孔导向装置的区域中传递为悬挂装置的垂直于长孔的纵向延伸尺寸定向的摆动运动。 [0022] 因此长孔导向装置的作用是，将所有源自杆的、以第一轴作为摆动轴的摆动运动几乎1∶1地传递到悬挂装置。因此长孔导向装置满足关于作为摆动轴的第一轴的同步功能。在与该第一轴垂直的方向上规定，所述杆本身通过作为摆动轴的第二轴可摆动地铰接在悬挂装置上。该第二摆动运动能够实现杆相对于杆的悬挂装置在与杆的和悬挂装置的、以第一轴作为摆动轴的耦联的摆动运动垂直的方向上的摆动。 [0023] 以杆的纵向延伸尺寸为基准，两个轴，即第一轴和第二轴布置在基本相同的高度上。然而在此同样可以实现错开布置。 [0024] 在机动车的自动传动装置中这两个摆动轴例如可以用于使选速杆沿着摆动方向转移到不同的档位P、N、R、S中，而杆可以通过以第二轴为摆动轴的摆动运动转移到自动通道(Automatikgasse)中或者转移到手动换档模式中。 [0025] 按照本发明的一种改进方案规定，第二轴基本垂直于第一轴定向，并且，所述悬挂装置构造用于容纳第一轴的两个在轴向延长线中相互对置的支承螺栓，所述支承螺栓用于相对于第一轴可摆动地支承悬挂装置。为此所述悬挂装置在对置的端部区段上优选具有支承凸耳，第一轴的支承螺栓的相互对置的端部区段位于支承凸耳中。因此可以说，第一轴或其支承螺栓不是连续地构造的，而是悬挂装置位于第一轴或其支承螺栓之间，其中，在由悬挂装置在第一轴的两个端侧的端部区段之间形成的中间空间内，第二轴支承在悬挂装置上，其中这两个轴的纵向延伸尺寸相互间呈大约90°的角度。 [0026] 按照本发明的一种改进方案规定，在杆上与摆动轴、即与第一轴和/或与第二轴径向间隔地设置一个另外的磁元件，该另外的磁元件的位置可以借助一个唯一的、固定在悬挂装置上或者固定在一个设置在该悬挂装置上的电路板上的磁性的位置传感器检测。该磁性的位置传感器用于检测杆相对于其悬挂装置的摆动运动或摆动位置，其中，该位置传感器也与旋转角传感器类似地在相应的标定基础上由电的且从相应的磁元件引发的信号的数值或符号能够得到杆的位置或角位的直接关系。 [0027] 该磁性的位置传感器可以布置在电路板平面中，该电路板平面垂直于第二轴的轴向延伸尺寸延伸。因此，所述杆相对于悬挂装置的摆动运动导致杆平行于电路板平面的摆动。根据设置在杆上的磁元件与设置在电路板上的位置传感器之间的在此变化的距离和可由该变化的距离得出的电信号基本上可以只通过一个唯一的位置和旋转角传感器精确地检测杆的位置和角位。 [0028] 在本发明范围内提出的磁性的位置和旋转角传感器可以分别具有两组单个的磁敏元件，以便最终可以提供旋转角检测的冗余和增加的故障安全性。 [0029] 此外按照本发明的一种特别有利的设计形式规定，在悬挂装置上和/或在固定在该悬挂装置上的电路板上，沿着杆在悬挂装置或电路板上的摆动方向并排地设置至少三个或更多个用于杆的位置检测的传感器元件。在此尤其规定，所述多个、必要时紧密相邻的传感器元件仅仅在杆的摆动方向上并排地、即以杆的摆动运动为基准以几乎恒定的径向分量设置在电路板或者悬挂装置上。 [0030] 在此尤其规定，附属于传感器元件的且设置在杆上的磁元件构造用于同时地激活至少两个在摆动方向上并排设置的传感器元件。通过这种方式和方法可以在一个传感器元件具有功能故障或者完全失效的情况下实现冗余。由其余传感器元件的信息总是能够明确且可靠地确定摆动杆在悬挂装置内部的位置。附图说明 [0031] 参照借助于附图阐述的实施例说明本发明的其它目的、特征以及有利的作用。在此，所有的文字性描述的和图形再现的特征以其有意义的组合形成本发明的主题；也与权利要求书及其参照无关。附图示出： [0032] 图1具有换档杆或选速杆的感测装置的示意图，该换档杆或选速杆通过悬挂装置支承在摆动轴上； [0033] 图2按图1的实施形式的侧视图； [0034] 图3布置在悬挂装置内部的电路板和选速杆或换档杆的立体图； [0035] 图4磁元件-传感器副的示意性立体图； [0036] 图5旋转角传感器装置的一种替代设计形式； [0037] 图6布置在换档杆上的磁元件与相应的传感器元件的示意性立体图； [0038] 图7按图6的实施形式的一种替代设计形式，具有多个在摆动方向上并排设置的传感器元件； [0039] 图8四个单个的并排的且上下设置的传感器元件的另一种布置。 具体实施方式[0040] 图1至3说明了本发明的用于机动车的自动传动装置的第一设计形式，其中，换档和选速杆1可关于第一轴2a，2b以及关于第二轴5在两个不同的方向上摆动地被支承。两个不同的摆动平面大致限定一种手动换档模式和所谓的自动通道，其中所述杆可以转移到档位P、N、R、S中。所述杆1延伸穿过设置在悬挂装置3上部区段上的长孔16，其中，该悬挂装置可以设计成换档杆保持架并且具有一个长孔16，该长孔的纵向延伸尺寸平行于第一摆动轴2a，2b。 [0041] 该悬挂装置3或者换档杆保持架在其下部区段上在两个侧端部上具有支承凸耳4a，4b，这些支承凸耳容纳支承螺栓2a，2b的自由端部区段，由此可以使悬挂装置3总体上围绕该第一轴2a，2b摆动。 [0042] 如果使用者以轴2a，2b作为摆动轴在所述杆1上施加摆动运动，则这由于在该方向上设置的强制导向装置而导致悬挂装置3同步运动。一个在图2和3中示出的电路板15设置在该悬挂装置本身上，该电路板在其下部的、位于支承螺栓2a，2b高度的区段上具有凸缘状构造的凸起17，18，在这些凸起上设有旋转角传感器装置的至少一个元件，而旋转角传感器装置的对应元件6a，6b设置在支承螺栓2a，2b的自由端部区段上。 [0043] 因此，该悬挂装置3的摆动运动导致设置在其上的电路板15和设置在电路板上的凸缘状凸起17，18的区域中的旋转角传感器元件7a，7b的相应摆动运动。在支承螺栓2a，2b上与旋转角传感器元件对置地各设置一个用于产生磁场的磁元件6a，6b，这些磁元件如图4所示可以具有例如圆形的外轮廓并且这些磁元件的角位可以直接由相对地设置的传感器元件7a，7b转换成明确的电信号。 [0044] 所述磁元件6a，6b尤其构造为永磁体。但是也可以根据需要设置成电磁体。 [0045] 代替所示的具体实施形式，在该具体实施形式中所述旋转角传感器元件7a，7b与悬挂装置3位置固定地设置，而用于产生磁场的元件6a，6b设置在轴2a，2b上，也可以设置相反的布置，在该相反的布置中所述传感器元件和必要时相应的电路板以机动车承重结构为基准位置固定地设置，而用于产生磁场的磁元件设置在可摆动地被支承的杆1上或者设置在与该杆作用连接的悬挂装置3(例如换档杆保持架)上。 [0046] 换档杆保持架或悬挂装置3在其在图1和2下部的端部区段中在轴2a，2b的两个自由端部之间具有一个垂直于该轴延伸的摆动轴5，该摆动轴刚性地与杆1耦联，如同由图3最清楚地表示的那样。在该杆1的面对电路板15的区段上在径向上与摆动轴5，2a，2b间隔开地设有一个另外的磁元件8，在以轴5作为摆动轴的摆动运动中该另外的磁元件的位置(如图6和7所示)可以由另外的、布置在电路板15上的传感器元件10，11，12，13，14获得。 [0047] 可借助传感器7a，7b检测的、关于第一轴2a，2b的摆动运动完全可以与杆1的相对于换档杆保持架3的角位无关地以及与该杆的关于轴5的摆动位置无关地进行。因为换档杆保持架3相对于杆1在图1中的侧向倾斜运动位置固定地被支承。摆动杆1关于摆动轴5的位置自然也可以用相同的方式和方法与换档杆保持架3当前占据的摆动位置无关地进行。 [0048] 图4中示出的测量装置设有传感器7a，7b，该传感器扁平地构造并且基本上平行于电路板平面15，17设置。可由永磁体6a，6b产生的磁场可以在传感器7a，7b中分成正交的且在电路板平面中延伸的磁场分量。所述永磁体6a，6b绕轴2a，2b的旋转导致可测量的磁场分量相应地变化，该变化给出关于磁体6a，6b相对于传感器元件7a，7b的定向的具体角位的说明。 [0049] 按图5的替代的或补充的布置示出一传感器9，该传感器的面法线径向向着摆动轴2a，2b延伸。在此也可以以相应的标定为前提地实现磁元件6a，6b的角位与可由传感器9产生的电信号的明确关系。然而，在此施加在传感器9上的且由磁元件6a，6b发出的磁场在传感器9的平面中不分解成不同的磁场分量，而是仅仅求得在图5中在竖直方向上延伸的磁场分量的取向和磁场强度。 [0050] 与设置在杆1上的磁元件8和相应的位置传感器10的相对布置完全类似。在此尤其可以借助所接收的测量信号的幅值并且以之前进行的标定为基础实现所测量的信号与杆1的相应的角位或位置的精确关系。 [0051] 最后在图7中示出另一种替代的设计形式，其中，许多单个的并排的、必要时也可在空间上相互间隔的传感器元件、尤其是单个的霍尔传感器11，12，13，14布置在电路板15上，该电路板的电路板平面平行于杆1的关于摆动轴5的摆动平面延伸。这样地设计磁元件8和传感器11，12，13，14相互间的设计形式，使得根据转换的类型构造的传感器元件11，12，13，14在预定的位置P1、P2和P3中各有两个被激活。如果杆1大致位于位置P1中，则两个最前的并排的传感器11，12产生一个电信号。在位置P2中，两个传感器12和13激活，而在杆1的位置P3中，两个最后的传感器13，14产生一个可分析处理的电信号。 [0053] 以下列出的真值表说明了这一点。如果在位置P2中例如传感器12具有功能故障，则传感器13像以前一样发出信号。由于传感器14正好不产生信号以及传感器12失去功能的另外信息，可以像以前一样借助于其余三个功能正常的传感器11，13，14分别精确地且明确地求得杆的当前位置P1、P2或P3。 [0054]11 12 13 14 P1 1 1 0 0 P2 0 1 1 0 P3 0 0 1 1 [0055] 在图8中示出用于冗余地检测杆1的角位的另一种设计形式。与按照图4的视图不同，在这里示例性地给出的四个传感器元件21，22，23，24不仅上下地而且并排地、近乎正方形地相互布置。在此也规定，固定在杆1上的磁体8至少可以由这些传感器21，22，23，24中的两个检测，因此在最终效果上得到下面的真值表： [0056]21 22 23 24 P1 1 1 0 0 P2 1 1 1 1 P3 0 0 1 1 [0057] 其中，即便电子装置不能给出这些传感器中的哪一个具有功能故障，也能够产生关系明确的信号。 [0058] 附图标记清单 [0059] 1 选速杆 [0060] 2a，2b 轴、支承螺栓 [0061] 3 悬挂装置 [0062] 4a，4b 支承凸耳 [0063] 5 摆动轴 [0064] 6a，6b 磁体 [0065] 7a，7b 传感器 [0066] 8 永磁体 [0067] 9 传感器 [0068] 10 传感器 [0069] 11 传感器 [0070] 12 传感器 [0071] 13 传感器 [0072] 14 传感器 [0073] 15 电路板 [0074] 16 长孔 [0075] 17 凸起 [0076] 18 凸起 |
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