DE102011119862A1

DE102011119862A1 - Schalthebel mit Positionserkennung

Info

Publication number: DE102011119862A1
Application number: DE102011119862A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Jopp Holding GmbH
Current assignee: Jopp Holding GmbH
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalthebel und eine Schaltpositionserkennungseinrichtung bestehend aus einem Magneten und einem Sensor, bei dem der Magnet am Schalthebel angeordnet ist und der Sensor ortsfest im Gehäuse untergebracht ist, wobei der Sensor so ausgelegt ist, dass er die Magnetfeldstärke und die Magnetfeldrichtung redundant erkennt und zusammen mit einer Auswerteelektronik monolithisch auf einem Chip untergebracht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schalten eines Getriebes, die so ausgelegt ist, dass die Schalthebelposition durch einen Sensor erkannt werden kann. Derartige Schalthebel sind bereits in der Vergangenheit bekannt geworden so zum Beispiel in der DE 197 49 330 . Hier wird zur Ermittlung der Stellung eines Lenkstockschalters eine Sensorik aus drei Hall-Sensoren aufgebaut, die in der Nähe der Lagerung angeordnet sind und damit die Position des Schalthebels erkennbar machen können, wenn dem Schalthebel ein Magnet beigeordnet und die Auswertung der Signale aus den Hall-Sensoren entsprechend aufbereitet wird. In der DE 10 2007 026 303 ist eine analoge Einrichtung beschrieben, wobei die Sensorik in einem Gehäuse untergebracht ist.
Der Nachteil der beschriebenen Einrichtungen entsprechend der Stand der Technik ist, dass eine sichere Erfassung der Schalthebelposition nicht möglich ist, weil die sehr schwachen Signale, die der Hall-Sensor liefert, außerhalb des Baus des Sensorelements aufbereitet werden müssen und damit vielfältigen Störungen unterliegen können.
Darüber hinaus ist es notwendig, die Signale redundant zu erfassen, um Ausfälle eines Sensors zu erkennen. Außerdem erfordert die Aufbereitung der Signale aus den Hall-Sensoren umfangreiche elektronische Beschaltung, die hohe Kosten und Platz erfordert. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Platzbedarf zu reduzieren, die Kosten zu senken und die Sicherheit der Gangpositionserkennung zu erhöhen, damit Fehlschaltungen mit absoluter Sicherheit verhindert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die vorliegende Erfindung. Sie enthält einen Schalthebel, der kardanisch gelagert ist oder aber eine Kugellagerung enthält, die eine Bewegung des Schalthebels in Längs- und Querrichtung des Fahrzeuges ermöglichen. Mit dem Schalthebel ist ein Magnet verbunden, der die Schwenkbewegungen des Hebels mitmacht. Durch die Bewegung des Schalthebels und damit des Magneten ändert sich die Richtung des Magnetfeldes und auch dessen Dichte bezogen auf einen ortsfesten Punkt. Wird in der Umgebung des Magneten ein Sensorelement raumfest angeordnet, das in der Lage ist den Betrag der Magnetfeldstärke und auch die Richtung des Magnetfeldes zu erfassen, so lässt sich daraus die Stellung des Schalthebels errechnen.
Bei der Befestigung des Magneten mit dem Schalthebel kann die Orientierung des Magneten in Nord-Süd Richtung jeden beliebigen Raumwinkel einnehmen. Auch die Befestigung des Magneten entlang der Achse des Schalthebels ist im Prinzip an jeder Stelle möglich.
Da die Feldlinien des Magnetfeldes theoretisch den gesamten Raum um den Magneten herum ausfüllen, kann auch der Sensor in jeder Stellung im Raum angeordnet werden. Darüber hinaus ist auch die Ausrichtung des Sensors in X-/Y-/Z-Richtung in allen Raumrichtungen möglich. Natürlich wird man bestrebt sein, um hohe Feldlinien-Dichten zu erzielen, dass Magnet und Sensor in unmittelbarer Nähe und in bevorzugter Winkelstellung zueinander angeordnet werden.
Auch eine Umkehrung der Zuordnung von Magnet und Sensorelement ist möglich, d. h. es kann der Magnet raumfest angeordnet sein und sich der Sensor mit dem Schalthebel bewegen. Bezüglich der Positionierung der beiden Elemente gilt das Gleiche wie oben beschrieben. Beide Elemente können an jeder Stelle im Raum und in jeder Raumrichtung positioniert werden. Auch hier gilt, dass beide Elemente vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind, um hohe Felddichten zu erreichen.
Der genannte Sensor ist monolithisch aufgebaut und enthält neben den magnetfeldempfindlichen Partien eine elektronische Beschaltung dergestalt, dass Fehler sicher erkannt werden können, dass heißt, es handelt sich um einen integrierten Schaltkreis (IC) auf einem Chip. Hierzu kann es erforderlich sein, dass die zusätzliche Beschaltung in einer weitergebildeten Ausführung eine Komplexität erreicht, die eine softwaretechnische Programmierung erfordert bzw. ermöglicht. Darüber hinaus können auch Datenspeicherelemente in dem Chip enthalten sein.
Vorzugsweise werden Schalthebel in bestimmten Schaltpositionen verrastet. Die Zahl der Rasten entspricht der Zahl der schaltbaren Gänge. Für jede Schaltposition ergeben sich deshalb für die Sensorik charakteristische Werte für Winkel und Feldstärke des Magnetfeldes, die innerhalb des Chips abgespeichert werden können. Dadurch ist es möglich, dass Magnet- und Sensorelement mit relativ großen Positionstoleranzen montiert werden, weil die charakteristischen Signale einer bestimmten Schaltposition erst nach der Montage erfasst werden und in den betreffenden Speichern der elektronischen Steuerung gespeichert werden. Durch Vergleich nachfolgender Schaltungen mit den ursprünglichen signifikanten Werten einer bestimmten Gangstellung lässt sich der Gang eindeutig ermitteln. Im Sprachgebrauch des Technikers wird dieses Verfahren des Festlegens und Speicherns charakteristischer Werte für bestimmte Positionen auch teachen genannt.
Im Laufe des Gebrauchs eines Schalthebels kann es zu mechanischen Veränderungen kommen, die durch Temperatur oder Verschleiß zustande kommen. Aus diesem Grunde könnte es sein, dass im Laufe der Zeit sich die einzelnen Schaltpositionen geringfügig verändern. Deshalb ist es erforderlich, durch entsprechende Beschaltung und Programmierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die charakteristischen Werte für eine bestimmte Gangstellung bei jedem Schaltgang neu zu teachen. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherheit bei der Erfassung der Gangstellung erreicht.
Beim Schalten zwischen den Schaltstellungen verlagert sich das Magnetfeld und damit geht eine Veränderung der gemessenen Signale einher. Aus diesem Grunde ist es möglich, die Bewegung des Schalthebels zu erfassen. Das heißt kleinste Bewegungen bzw. kleinste Abweichungen aus der ursprünglichen Schaltposition können insbesondere, wenn die Position ständig nachgeteacht wird, erkannt werden, wodurch eine Schaltabsichtserkennung möglich ist.
Im Bild 1 ist eine derartige Schaltvorrichtung mit einem Schalthebel (1), der kardanisch gelagert ist, zu erkennen. Der Magnet (4) ist in Nord-Süd-Richtung in Y-Richtung ausgerichtet. Das Sensorelement (5) ist seitlich des Schalthebels (1) in der Ebene XY angeordnet. Wird der Schalthebel in Richtung 6 oder 6.1. bewegt, ändert sich die Richtung des Magnetfeldes bezogen auf den Chip (5). Gleiches gilt, wenn der Schalthebel (1) in Richtung 7 oder 7.1. bewegt wird. Werden die charakteristischen Werte für Feldstärke und Feldrichtung bezogen auf eine bestimmte Stellung eingeteacht und abgespeichert, so kann bei nachfolgenden Schaltungen erkannt werden, ob der Schalthebel (1) wiederum die gleiche Position hat. Ist das der Fall, ist der entsprechende Gang geschaltet. In der beschriebenen Ausführung in 1 ist keine Rastierung des Schalthebels vorgesehen. Rastierungen dieser Art sind auf vielfältige Art und Weise realisierbar und entsprechen dem Stand der Technik insbesondere bei Schalthebeln.
Bezugszeichenliste

1: Schalthebel
2: Knauf
3: Kardanische Lagerung des Schalthebels
4: Magnet
5: Sensor, Sensorelement, Chip, integrierter Schaltkreis
6: Wählrichtung
6.1: Wählgegenrichtung
7: Schaltrichtung
7.1: Schaltgegenrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19749330 [0001]
DE 102007026303 [0001]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung der Schalthebelstellung in einem Kraftfahrzeug mit Hilfe eines Magneten (4) und eines Sensors (5) dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) in der Lage ist, die Richtung und die Stärke des Magnetfeldes redundant zu erkennen und dadurch dass er zusammen mit einer Auswerteelektronik monolithisch auf einem integrierten Schaltkreis (Chip) (5) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) relativ zum bewegten Schalthebel ortsfest angeordnet ist, während der Magnet mit dem Schalthebel verbunden ist und sich mit diesem im Raum bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet relativ zum bewegten Schalthebel ortsfest angeordnet ist, während der Sensor, der mit dem Schalthebel verbunden ist, sich mit diesem im Raum bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Magnet (4) und Sensor (5) beliebige Raumpositionen und Raumwinkel einnehmen können, vorzugsweise aber räumlich nebeneinander angeordnet werden.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass Feldstärke und Magnetfeldrichtung redundant erfasst und ausgewertet werden, um Fehler zu erkennen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) den Hall-Effekt nutzt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) den Magnetoresistiven-Effekt nutzt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) eine Kombination aus Hall-Effekt und Magentoresitiven-Effekt nutzt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die logische Verknüpfung der redundanten Signale auf dem monolithischen Chip (5) erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass weitere Schaltungen, die der Positionserkennung dienen, auf dem Chip (5) untergebracht sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrisierung des monolithischen Chips (5) im teach-in-Verfahren erfolgt bzw. erfolgen kann.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Schalthebels (1) in den jeweiligen Schaltpositionen reib- oder formschlüssig fixiert werden kann.
Schalthebel nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel monostabil ist, d. h. nur in der Neutralstellung reib- oder formschlüssig positioniert ist und aus allen anderen Schaltpositionen selbstständig in die Neutralstellung zurückkehrt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel in jeder stabilen Position während des Betriebes nachgeteacht wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor-Chip programmierbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass kleinste Bewegungen des Schalthebels bereits als solche erkannt werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Schalthebel für beliebige Getriebetypen in beliebigen Fahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen, handelt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nicht Gänge, sondern Fahrstufen P, R, N, D oder eine Auswahl davon geschaltet werden.