构件、用于确定构件的轴向位置和转速的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种构件、尤其是变速器的切换元件，所述构件可围绕中轴线旋转并且可沿轴向方向移动并且包括在圆周侧环绕构件的并且用于与传感装置共同作用的发送轮廓。本发明还涉及一种包括这种构件和传感装置的系统，以及一种用于确定可旋转支承的并且可沿轴向方向移动的构件的轴向位置和转速的方法。
【背景技术】
[0002]由实践已知变速器的构造为空心轴的爪齿，该爪齿可通过轴向移动运动在第一端部位置和第二端部位置之间移动，在第一端部位置中爪齿相对于变速器的轴可旋转地设置，在第二端部位置中爪齿与变速器的轴无相对旋转地连接。当电子变速器控制装置例如基于增大的转速确定换挡愿望时、即确定爪齿在第一端部位置和第二端部位置之间的转移运动时，为了实施爪齿的移动运动需要识别爪齿沿轴向方向的当前位置和轴与爪齿之间的当前转速差。
[0003]为了确定爪齿沿轴向方向的位置，已知爪齿设有在圆周侧环绕爪齿的发送轮廓并且设置与发送轮廓共同作用的传感器。发送轮廓的表面在此设有V形环绕的横截面。为了确定爪齿的轴向位置，传感器具有两个沿构件轴向方向彼此间隔开的测量装置、尤其是所谓的霍尔元件以及一个相对于爪齿设置在背离测量装置一侧上的永久磁铁。借助测量装置可分别确定表示传感器的具有相应测量装置的区域和发送轮廓的表面之间的距离的测量信号。由两个测量信号的差构成的传感器信号通过一个消除干扰因素的滤波装置转换为有效信号，由该有效信号可确定爪齿的当前轴向位置。
[0004]在已知的变速器中，爪齿的当前转速例如通过设置在变速器的另一构件上的转速传感器来确定。通过已知的固定的传动比关系可由转速传感器测得的转速确定爪齿的转速。如不能这样确定爪齿的转速时——例如由于存在不明的传动比，则需直接在爪齿区域中确定爪齿的转速。相应地，在爪齿区域中设置另一发送轮廓，该另一发送轮廓与另一传感装置共同作用。通过设置所述另一发送轮廓不利地增大了爪齿沿爪齿轴向方向的结构空间需求。
【发明内容】
[0005]因此本发明任务在于，提供一种可旋转的并且可轴向移动的构件、一种包括这种构件和传感装置的系统以及一种用于借助传感装置确定可旋转的并且可轴向移动的构件的轴向位置和转速的方法，其中，为了确定构件的轴向位置和转速，沿构件轴向方向只需较小的结构空间。
[0006]根据本发明，所述任务借助本发明的构件、本发明的系统和本发明的方法来解决。
[0007]根据本发明的可围绕中轴线旋转并且可沿轴向方向移动的构件、尤其是变速器的切换元件具有在圆周侧环绕该构件的并且用于与传感装置共同作用的发送轮廓，所述发送轮廓具有至少一个用于确定构件沿轴向方向的位置的第一区域，该第一区域的表面沿构件轴向方向设有相对于中轴线变化的径向延伸尺寸。
[0008]根据本发明，所述发送轮廓具有多个第二区域以用于确定构件的转速，第二区域的表面沿构件轴向方向的径向延伸尺寸的走向不同于第一区域的表面沿构件轴向方向的径向延伸尺寸的走向，并且发送轮廓沿构件的圆周方向交替构造有第一区域和第二区域。
[0009]有利的是，为了确定根据本发明的构件的轴向位置和构件的转速沿轴向方向只需小的结构空间，因为通过传感装置与一个唯一的共同的发送轮廓的共同作用不仅可确定构件的轴向位置也可确定构件的转速。为了确定构件的转速尤其是利用了下述效果:通过沿构件轴向方向彼此不同的走向，可以以简单的方式由传感装置在构件旋转时检测从发送轮廓的第一区域到沿构件圆周方向直接邻接该第一区域的第二区域的过渡，并且通过相应分析第一和第二区域之间的相应过渡或者说气隙突变，可以以简单的方式获取转速信息。通过与发送轮廓的第一区域的共同作用，可以以简单的方式由传感装置确定构件的轴向位置，在此利用第一区域表面的沿轴向方向变化的径向延伸尺寸走向。
[0010]发送轮廓优选设置在构件的背离中轴线的一侧上，但在构造为空心轴的构件中也可设置在构件的朝向中轴线的一侧上。
[0011 ] 在根据本发明的构件的一种有利的实施方式中，所述第一区域的表面沿构件轴向方向分别构造有两个相互邻接的区段，第一区域表面的径向延伸尺寸在第一区段中沿构件轴向方向看具有单调上升的走向并且第一区域表面的径向延伸尺寸在第二区段中沿构件轴向方向看具有单调下降的走向，或者反过来。
[0012]尤其是当发送轮廓在第一区域中相对于一个垂直于构件中轴线设置的并且经过两个区段相互邻接的区域的平面基本上镜像对称地构造时，可以以特别简单的方式由传感装置确定构件的轴向位置。第一区域的表面在此尤其是具有V形横截面，在两个区段相互邻接的区域中，第一区域表面的径向延伸尺寸可具有最大值或最小值。
[0013]为了确定构件的轴向位置，可以有利的是，第一区段和第二区段在与彼此连接的区域背离的区域中在构件的较小轴向延伸尺寸上具有距中轴线基本上恒定的径向延伸尺寸并且由此分别形成发送轮廓的一个肩部区域。
[0014]为了确定构件的转速，结合第一区域的具有V形横截面的表面尤为有利的是，所述第二区域的表面沿构件轴向方向具有相对于构件中轴线基本上恒定的径向延伸尺寸并且优选在相应第二区域的范围中沿构件圆周方向构造成弯曲或基本上平面的。在发送轮廓的这种实施方式中，不仅构件的轴向位置而且构件的转速可以以简单的方式由传感装置确定。
[0015]在根据本发明构件的一种有利实施方式中，所述第二区域的表面至少近似在发送轮廓沿构件轴向方向的整个延伸尺寸上相对于中轴线具有这样的径向延伸尺寸，其等于第一区域的表面在相对于构件中轴线的最小或最大径向延伸尺寸的范围中的径向延伸尺寸。借助发送轮廓的这种实施方式可极为可靠地确定构件的转速和构件的轴向位置。
[0016]可以以下述方式简单地制造发送轮廓:首先为发送轮廓构造完全环绕的第一区域并且根据第一区域的造型将第二区域构造为第一区域中的凹槽或将第二区域构造为嵌入第一区域中的元件。
[0017]当发送轮廓的尤其是所有第二区域构造成结构基本上相同的并且相邻第二区域之间的距离沿构件圆周方向分别基本上恒定时，可以特别简单地确定构件的转速。
[0018]还提出一种系统，其包括可旋转支承的并且可沿轴向方向移动的根据本发明的构件和传感装置，借助所述传感装置可确定发送轮廓的表面和传感装置之间的距离。
[0019]借助根据本发明的系统可以以特别简单的方式既确定构件的轴向位置又确定构件的转速，为此传感装置仅与一个唯一的环绕的发送轮廓共同作用，从而为了确定构件的轴向位置和构件的转速仅需沿构件轴向方向较小的结构空间。基于发送轮廓的沿构件圆周方向交替设置的并且分别相互邻接的第一区域和第二区域以及相应区域的表面相对于构件中轴线的沿构件轴向方向相互不同的径向延伸尺寸的走向，在构件旋转时传感装置和发送轮廓之间的距离发生变化，在此可以以简单的方式通过距离变化序列确定构件的转速。此外，可以以简单的方式通过表面在第一区域中沿构件轴向方向变化的径向延伸尺寸确定构件的轴向位置，因此通过传感装置与构件的共同作用不仅可确定构件的轴向位置而且也可确定构件的转速。
[0020]在根据本发明的系统的一种有利的实施方式中，所述传感装置具有至少一个传感器，该传感器为了确定发送轮廓的表面和传感器之间的距离构造有永久磁铁和至少一个测量装置。通过所述至少一个尤其是构造为霍尔元件的测量装置，可用传感器检测永久磁铁的磁力线通过构件的发送轮廓的相应与传感器共同作用的第一或第二区域引起的偏离，在此设置分析装置，借助该分析装置可由通过测量装置生成的测量信号确定构件的轴向位置。分析装置尤其是传感装置的一部分，但也可例如是电子变速器控制器的一部分。
[0021]在本发明的一种有利的实施方式中，传感器具有两个测量装置，它们沿构件轴向方向彼此间隔开地设置，借助每个测量装置可确定传感器的具有相应测量装置的区域和构件的发送轮廓之间的距离。在传感器的这种实施方式中，当分析装置构造用于由通过测量装置生成的测量信号的差或平均值构成传感器信号并且用于分析该传感器信号时，可准确且可靠地确定构件的轴向位置和构件的转速。
[0022]一种可低成本制造的系统如此实现:所述传感装置具有一个唯一的与发送轮廓共同作用的传感器，该传感器用于确定构件沿轴向方向的位置并且用于确定构件的转速。但作为替换方案也可规定，所述传感装置具有一个与发送轮廓共同作用的用于确定构件沿轴向方向的位置的传感器和一个与发送轮廓共同作用的用于确定构件的转速的传感器，并且这两个传感器尤其是沿构件圆周方向彼此间隔开地设置。
[0023]在本发明的一种有利的实施方式中，所述传感装置具有至少一个滤波装置，该滤波装置构造用于将传送给滤波装置的传感器信号转换为用于确定构件的轴向位置的第一有效信号和/或用于确定构件的转速的第二有效信号。通过滤波装置可从传感器信号中削弱或者说消除干扰，所述干扰例如通过构件的负荷变化和/或通过构件区域中的机械公差和振动引起。尤其是这样构造滤波装置，使得能够过滤掉这样的传感器信号部分，其通过传感器与第一区域或第二区域的共同作用生成并且构成对于第二有效信号或第一有效信号的干扰因素。
[0024]滤波装置不仅可构造成模拟的也可构造成数字的并且尤其是构造用于实施高通滤波、低通滤波、带通滤波和/或带阻滤波。此外，滤波装置可用于被动滤波或主动滤波，在此滤波装