专利名称：用于汽车变速器换挡的选择装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车变速器换挡的选择装置，带有一个可围绕 着旋转轴线旋转到不同的档位的操纵元件， 一个与操纵元件相连接、并 且可围绕着旋转轴线旋转的轴， 一个与轴相连接的转角检测装置，借助 于转角检测装置可检观'j操纵元件围绕着旋转轴线的旋转， 一 个驱动装 置，借助于驱动装置转矩可以传递到轴上，或者转矩可反抗轴的旋转， 和一个与转角检测装置和驱动装置相连接的控制装置，借助于控制装置
可控制由驱动装置传递的、或者带来的反抗转矩，并且汽车变速器可换 挡到分配的档位的换档状态。此外本发明涉及一种用于汽车变速器换挡 的这样的选择装置的应用。
背景技术：
由US6295887B1已知一种用于汽车变速器换挡的选择装置，带有 一个可旋转支承的操纵元件，该操纵元件可旋转到不同的档位。 一个与 控制装置相连接的电位计与操纵元件共同起作用，因此提供了一种布 置，借助于该布置汽车可以电子控制换挡。此外该装置具有一个机械定 位，机械定位使应用者在档位之间变档时获得一种换挡感觉。另外-没有 一种枳4成啮合轮廓，它可以卡住或者释放在确定的档位之间的变档。
在不同的汽车型号时可能要求不同数量的档位，因此也必须提供不 同的定位和啮合轮廓。所以对于不同的汽车型号也必须提供不同的选择 装置，因此限制了这种选择装置的变型多样性。
US6904823B2公开了 一种用于汽车的触觉选择装置，带有一个围绕 着两个旋转轴线可旋转支承的变速杆和两个驱动装置，所示驱动装置通 过带式传动与变速杆相连接，并且可以对变速杆施加力。此外构成光学 译码器的传感器与驱动轴相连接，借助于传感器可以检测轴的旋转。一 个处理器可以阅读由传感器输出的信号，确定由变速杆选出的排档，并 且使汽车通过控制系统换入该档。此外处理器可从传感器信号确定力， 并且将该力通过驱动装置传递给变速杆。尤其是通过该力可以感觉到对 变速杆的定位，其中力的特征可以储存在存储器中。
由于变速杆和两个带式传动的昂贵的支承，该选择装置的机械装置 相对昂贵，并且结构上几乎像一个纯粹的机械选择装置一样大，因此存 在对于机械结构更简单并且占用空间更小的选择装置的要求。
由不属于同 一类的DE20014425U1公开了 一个才喿纵旋钮—才几构的々3描 机构，其中操纵旋钮连接在驱动装置的驱动轴上，编码器盘被装配在它 的底面上，并且其中操纵旋钮位置在编码器盘工作移动期间;故一个4佥测 器扫描。 一个微处理器可以阅读传感器信号，从该信号计算相应的力， 并且输出相应的控制信号给驱动装置。驱动装置将力传递给操纵旋4丑。
该扫描机构不属于同一类別，并且不是为汽车变速器的换挡-没计的。
发明内容
本发明的任务是改进开头时所提到的类型的选择装置，以使该选择 装置可用于不同数量的换挡状态，并且同时可以实现节省空间并且费用低廉。
根据本发明该任务以根据权利要求1所述的选择装置和以根据权利 要求15所述的选择装置的应用获得解决。优选的替代方案在从属权利 要求中得出。
用于汽车变速器换挡的根据本发明的选择装置具有一个围绕着旋 转轴线可以在不同的档位旋转的操纵元件， 一个与操纵元件相连接的、 并且可围绕着旋转轴线旋转的轴， 一个与轴相连接的转角检测装置，借 助于转角检测装置可以检测操纵元件围绕着旋转轴线的旋转， 一个驱动
装置，借助于驱动装置转矩可以被传递到轴上，或者转矩可以反抗轴的 旋转，和一个与转角检测装置并且与驱动装置相连接的控制装置，借助 于控制装置可以控制由驱动装置传递的、或者带来的反抗转矩，并且可 以将汽车变速器换档到分配的档位的换挡状态，其中该轴在转角检测装 置和操纵元件之间沿着旋转轴线延伸，构成旋钮或者旋转球形手柄的操 纵元件布置在该轴的第 一 轴端。
借助于驱动装置可以在构成换档球形手柄或者旋钮的操纵元件旋 转时给操作人员一个触觉的回答，因此根据本发明的选择装置可以在没 有机械定位时使用。所以根据本发明的选择装置可用于不同数量的档 位。此外根据本发明的选择装置可以实现节省空间，因为尤其是操纵元件、轴和转角检测装置沿着旋转轴线布置，因此为了轴与转角检测装置 的连接可以放弃齿轮传动或者带传动。在根据本发明的选择装置中，尤 其是由于它的空间布置，转角检测装置装在轴上，并且优选的是固定在 该轴上。尤其是牢固的与轴相连接的操纵元件可以构成单独的部分，或 者构成该轴的第一轴端。优选的是操纵元件端面连接在轴上。此外操纵 元件可以构成或者基本上构成带有一个背向轴的自由端面的回转对称 体，旋转轴线穿过该端面延伸。此外可以环绕着旋转轴线在操纵元件上 设有凸起和/或者凹槽，它们使得更好的抓握成为可能。
驱动装置可以布置在旋转轴线的旁边，并且通过齿轮传动或者带传 动与轴相连接。但是优选的是驱动装置安装在轴上，并且尤其是固定在 轴上，以使旋转轴线穿过驱动装置延伸，并且可以取消前面提到的齿轮 传动。因此也减少了对于根据本发明的选择装置的空间需求和费用需 求。驱动装置可以具有一个定子和一个可相对于定子旋转的转子，转子 包括轴或者构成轴，并且可围绕着旋转轴线旋转。尤其是驱动装置布置 在转角检测装置和操纵元件之间，其中优选的是轴穿过驱动装置或者穿 过定子延伸。驱动装置可以构成这样的驱动装置，尤其是构成电气驱动 装置，例如电动机。但是也可以让驱动装置构成制动器，制动器的制动 状况尤其是可以电气控制。
轴可以穿过转角检测装置延伸。但是优选的是转角检测装置布置在 该轴的第二轴端上，或者构成该轴的第二轴端，以-使轴尤其是完全地布 置在转角检测装置和操纵元件之间。
转角检测装置可以构成相对值传感器。但是优选的是转角检测装置 构成绝对值传感器，以使操纵元件的绝对转角可以可靠地和精确地-故确 定。
例如转角检测装置可以构成电位计或者构成光学增量传感器。但是
优选的是转角检测装置至少具有 一个对磁场敏感的传感器和至少 一个 相对于它可旋转的磁铁，磁铁尤其是被构成永久磁铁。磁铁可以固定在 轴的第二轴端，尤其是端面上，而对磁场敏感的传感器与轴以一定间隔 布置。尤其是磁铁的磁化垂直于旋转轴线排列和/或者对磁场敏感的传感 器面对磁铁沿着旋转轴线安装布置。尤其是传感器与磁铁以 一定间距牢 固地装在印制电路板上。
对场每文感的传感器例如可以构成霍尔应传感器或者石兹阻步丈应
传感器。但是优选的是对磁场敏感的传感器至少具有两个霍尔效应元 件，尤其是霍尔效应元件相互以 一定间距布置和/或者可以被一个铁^兹性 圆盘，优选的是在朝向磁铁的一侧，部分地遮盖。两个霍尔效应元件， 尤其是鉴于它们的过度敏感的表面，可以相互垂直排列。对磁场敏感的 传感器的构成使得以高精度检测转角的绝对值成为可能。
当转角检测装置或者传感器失灵时，那么就检测不到档位了。由于 这一原因转角检测装置可以构成冗余地。尤其是至少设有一个附加的转 角检测装置或者至少一个附加的传感器，为了能够拦截这种失效。当设 有两个传感器时，那么它们例如可以布置在印制电路板的相互处于面对 面的侧面上。
尤其是驱动装置可如此被控制装置控制，以致从驱动装置传递到轴 上或者反抗轴的旋转的转矩是可依赖于检测到的操纵元件的旋转变化 的。此外尤其是在档位上没有转矩传递到轴上或者反抗轴的旋转，而在 档位之外一个转矩被从驱动装置传递到轴上或者反抗轴的旋转。优选的 是控制装置可以如此控制驱动装置，以致在操纵元件旋转时可模仿定
位。在机械定位下这儿例如应理解为轴的4仑廓， 一个相对于轴的4仑廓弹 簧预张紧的滑动元件可以沿着轴的轮廓滑动。在滑动期间对引导滑动元 件的操纵人员产生的感觉，优选的是可以被根据本发明的选择装置在操
纵元件旋转时才莫仿，才几械定位不必存在实体。尽管如此附加地可以:没有 一个机械的定位。同样驱动装置可以如此被控制装置控制，以致在操纵 元件》走转时纟皮一莫仿成 一 个纟姿4丑。
通过转矩的控制变化可以给旋转才喿纵元件的操作人员 一个触觉回 答，为此 一 个转矩-转角特性曲线例如可以力-转角表格的形式存储在一 个可以被控制装置读出的存储器中(力和转矩的表达方式这儿尤其是可 以同义的使用)。然后从驱动装置传递到轴上或者反抗轴的旋转的转矩 可以由特性曲线/力-转角表格中依赖于检测的操纵元件的旋转确定，并 且可传递到轴上或者可反抗轴的旋转。尤其是特性曲线的零位被分配给 档位，其中为了^^莫仿定位，特性曲线至少可以区域地具有一个周期性的 变化。至少一个另外的零位可以处在分配给档位的零位之间，在该零位 上，在两个相邻的档位之间实现转矩反向。此外优选的是特性曲线具有 一个这样的变化，以使分配给档位的零位构成操纵元件稳定的转角位 置，而分配给转矩反向的至少一个零位构成不稳定的转角位置。有利的
是特性曲线在转矩反向的区域中具有 一 个滞后，为了避免不希望的大的 转矩突变。此外可以在特性曲线中设有几个转矩反向滞后或者转矩反向 零位，尤其是在两个相邻的稳定的转角位置之间。
尤其是驱动装置或者电气驱动装置被控制装置用一个脉冲宽度调 制信号控制。为了获得一个尤其是触觉的效应，可以由控制装置附加地 对于脉冲宽度调制信号产生 一个周期性的信号，脉沖宽度调制信号用周 期性的信号进行调制，并且用周期性的信号调制的脉沖宽度调制信号被 供给驱动装置。该效应导致 一 个对于操纵人员可察觉的操纵元件的振 动，并且尤其是可用于操纵元件(逻辑上的)终端位置的标明。
尤其是在关断驱动装置时，操纵元件是可以自由旋转的。但是这种 自由可旋转性在损坏的驱动装置中也可能产生，这可能导致误操作，因 为操作人员没有获得换挡感觉。此外在汽车中由于振动可能发生操纵元 件或者轴的旋转，并且因此发生变速器的无意的变档。为了不产生这种 无意的变档，并且尽管驱动装置损坏，操作人员在档位之间变档时能够 获得 一种换挡感觉或者确切的说一种触觉回答，可以设有 一种辅助定 位，该辅助定位优选的是可以关断并且可以^妄通，尤其是可以不依赖于 驱动装置运行。例如当驱动装置的 一个损坏状态被控制装置检测到时， 辅助定位可以一皮控制装置4妻通。辅助定位可以构成枳4成定位，并且例如 通过一个可接通的连接与轴相连接。但是优选的是为了构成辅助定位，
尤其是附加的对于驱动装置，可以设有多个与轴相连接、并且环绕着旋 转轴线的第一元件，设有多个环绕着旋转轴线的第二元件，第一元件可 围绕着旋转轴线相对于第二元件旋转，其中第一元件和第二元件具有磁 性材料、永久磁铁和/或者电磁铁，并且其中第一元件与第二元件在构成 磁性定位下，磁性可能在交替作用下出现。尤其是第一元件对于操纵元 件位置固定地和/或者牢固地布置在轴上，其中第二元件优选的是环绕着 轴和/或者第 一元件布置。当第 一元件例如由^H失材料或者有永》兹《失构成 时，并且当第二元件例如由电磁铁构成时，那么在一个或者多个电磁铁 接通时，磁力可以在这个电磁铁或者这些电；兹4失和一个或者多个第一元 件之间起作用，磁力为操纵元件提供稳定的和不稳定的转角位置。因此 为操作人员模仿了 一个定位，其中优选的是稳定的转角位置与操纵元件 的档位叠合。尤其是第一元件环绕着轴的旋转轴线布置。此外第二元件 优选的是也环绕着轴的旋转轴线、但是尤其是对轴以 一定的间距布置。
在正常的驱动装置中辅助定位可以被关断，辅助定位在本机上与驱动装 置分开布置或者也可以集成在上面。对于辅助定位的补充或者可选方 案，操纵元件或者轴的卡住也是可行的。
显示元件可以分配给档位用于当前4灸挡状态的显示，显示元件可由 控制装置控制，并且尤其是位于一个围绕着旋转轴线走向的圆弧上。
控制装置可以至少具有一个接口 ，例如对汽车的CAN-总线，为了 将信息传递到在汽车中的其它装置上，装置同样直接地或者间接地与接 口或者确切的说与总线相连接。尤其是控制装置与变速器的变速控制装 置相连接，为了将变速控制装置换挡到另一个工作状态，在变速器的换 挡状态之间变档和/或者读出变速器的当前换挡状态。这种连接可以直接 地或者通过接口或者确切的说通过总线实现。此外可以在一个确定的档 位锁住汽车的停车制动器。这也可以通过接口或者确切的说通过总线实 现。
由驱动装置一个转矩可以反抗轴的旋转或者一个转矩可以传递给 轴，该转矩尤其是围绕着旋转轴线的周围作用在轴上。因此转矩矢量优 选的是位于旋转轴线上。此外，轴可以由驱动装置围绕着旋转轴线旋转， 在驱动装置适当布置时。因此可以通过控制装置控制驱动装置，以使在 选择装置接通时，操纵元件被旋转到一个确定的位置。该位置例如可以
装置中检索。那么这样的确定的位置的起动尤其有意义，当操纵元件配 备有显示当前换挡状态的固定的标记时。
根据本发明的选择装置尤其是具有一个壳体或者一个支架，操纵元 件和/或者轴可旋转的支承在上面。此外驱动装置的定子和/或者驱动装 置的壳体可以对支架被位置固定地确定，尤其是被固定在上面。操纵元 件或者轴的旋转那么相对于该支架进行。根据本发明的一种结构形式， 鉴于操纵元件和轴相对于支架的移动，操纵元件和轴围绕着旋转轴线的 旋转构成唯一的自由度。但是可选择的方案另外的自由度也是可能的， 例如操纵元件和/或者轴沿着旋转轴线的轴向移动和/或者操纵元件和/或 者轴与旋转轴线交叉的摆动或者横向移动。
此外本发明涉及一种车辆，尤其是汽车，带有一种根据本发明的选 择装置和一个汽车变速器，汽车变速器(可能地在变速控制装置的中间 连接下)与选择装置相连接，尤其是电气相连接，其中变速器可以被选
择装置依赖于检测到的操纵元件的转角换挡到不同的换挡状态。此外选 择装置可以根据所有前面所提到的布置被改进。
此外本发明涉及用于车辆变速器、尤其是汽车变速器换挡的根据本 发明的选择装置的应用。选择装置在这儿也可以根据所有前面提到的布 置^皮改进。
本发明接下来借助于优选的结构形式参照
。其中
图1表示的是根据本发明的选择装置的第 一种结构形式的透视图，
图2表示的是第一种结构形式的剖视图， 图3表示的是第一种结构形式的示意图，
图4表示的是根据第 一 种结构形式的转角检测装置的示意图， 图5表示的是转角检测装置的对磁场敏感的传感器的示意图， 图6表示的是根据第 一 种结构形式的控制装置的框图， 图7表示的是控制装置的电动机接口， 图8表示的是电动机接口的信号变化图，
图9表示的是操纵元件的几个转角位置和分配给这些转角位置的、 汽车变速器的换挡状态，
图10表示的是转矩-转角特性曲线图，
图11表示的是带有绘入的滞后的根据图IO所示的特性曲线图，
图12表示的是根据本发明的选择装置的技术调节等效电路图，
图13表示的是可4妻通的》兹性辅助定位示意图，
图14表示的是冗余的传感器布置的示意图，并且
图15表示的是根据本发明的选择装置的第二种结构形式的示意图。
具体实施例方式
由图1至图3中根据本发明的选择装置1的第一种结构形式的不同 的图示可以看出，选择装置具有一个壳体2， 一个在壳体上固定的护板 3和一个构成旋转球形把手的操纵元件4,该操纵元件在护板3背向壳 体2的一侧/人护板上凸出来，并且可围绕着旋转轴线5相对于壳体2和 护板3旋转。操纵元件4可以围绕着旋转轴线5被旋转到多种不同的档 位6、 7、 8和9 (参见图9),档位被分配给汽车11 (参见图6)的变
速器10 (参见图6 )的换挡状态P、 R、 N和D (参见图9 )。此外在护 板3上设有光学显示元件12、 13、 14和15,这些显示元件围绕着旋转 轴线5或者说的更确切些围绕着操纵元件4布置在一个圆弧16上。显 示元件12、 13、 14和15被分配给变速器IO的换挡状态P、 R、 N和D， 其中分配给当前换挡状态的显示元件相对于其它显示元件的换挡状态， 例如通过发光体，从光学上突出出来。与此同时显示元件12、 13、 14 和15处在直线17、 18、 19和20上，直线与旋转轴线5相交并且垂至 于旋转轴线排列。此外直线17、 18、 19和20代表或者标明了操纵元件 4的转角位置，转角位置与档位6、 7、 8和9叠合。
操纵元件4与轴21抗扭地连接，该轴同时构成驱动装置22的主动 轴，驱动装置这时构成电动机，并且用作轴21的驱动装置。因此驱动 装置22可以旋转轴21或者说的更确切些可以传递一个转矩到轴21上。 此外驱动装置22具有一个固定在壳体2上的定子23,其中通过轴承24 可旋转地支承在护板3上或者说的更确切些在壳体2上的轴21穿过驱 动装置22或者说的更确切些穿过定子23延伸。
根据该结构形式，护板3是一个与壳体2牢固连接的单独部分，它 要么经久不变地要么可拆卸地与壳体2相连接。可选择的方案是，护板 3可与壳体2构成整体。此外在护板3上设有两个按钮25和26,借助 于它变速器IO或者说的更确切些一个与变速器IO相连接的变速控制器 27 (参见图6)可以转换到不同的工作状态。
操纵元件4固定在一个由壳体2中伸出并且穿过护板3延伸的、轴 21的第一轴端28上，并且与该轴抗4丑地连接。在轴21的处于第一轴端 28对面的第二轴端29上， 一个永久磁铁30借助于磁性支架67固定， 该永久;兹4失抗4丑地与轴21相连接，并且与 一个对;兹场壽l感的传感器31 共同构成一个转角检测装置32。对磁场敏感的传感器31在印制电路板 70的中间连接下(参见图14)固定在壳体2上，并且沿着旋转轴线5 面对磁铁30错开布置。
由图4所示的一个转角检测装置32的放大的示意图可以看出，其 中磁铁30的磁化垂直于旋转轴线5排列，这从永久磁铁30的磁性北极 N和磁性南极S的标志变得很清楚。对磁场敏感的传感器31具有两个 相互以一定间3巨布置的、并且尤其是相互垂直排列的霍尔步支应元件33 和34,借助于霍尔效应元件可以检测相对磁场敏感的传感器31的磁铁
30的转角a 。因为磁铁30与轴21抗扭地相连接，并且轴又抗扭地与操 纵元件4相连接，所以角度a同样描述了操纵元件4相对壳体2或者说 的更确切些相对护板3的旋转，因此操纵元件4相对壳体2的转角可以 被转角检测装置32检测。
如由图5可以看出，霍尔效应元件33、 34被铁磁性圓盘35部分遮 盖，铁磁性圆盘消除了在两个霍尔效应元件33和34之间的间距。此外 两个霍尔效应元件33和34布置在一个共同的基片36上，并且尤其是 与铁磁性圆盘35和基片36 —起布置在一个共同的传感器壳体37中， 因此获得一个紧凑的传感器结构。
由图6选择装置1的示意框图可以看出，其中一个控制装置38与 变速器10的变速控制器27电气相连接。此外尤其是具有一个数字计算 机或者微型控制器52的控制装置38与电动机接口 39电气相连接，电 动机接口又与电动机22电气相连接。虽然电动机接口 39一皮作为单独的 部件表示，优选的是把它列入控制装置38。电动机22通过轴21机械的 与操纵元件4并且与同样与控制装置38电气相连接的转角检测装置32 共同起作用。此外控制装置38具有一个存储器40,并且尤其是与停车 制动器69电气相连接，停车制动器在变速器10的换挡状态P可被控制 装置38操纵。在控制装置38和停车制动器69之间的电气连接通过接 口 68,并且尤其是在CAN-总线的中间连接下实现，通过总线控制装置 38也可以与其它的装置或者设备交换数据。所有从图6中清楚可见的装 置布置在示意表示的汽车11中。
从图7所示的一个与电动机22相连接的电动机接口 39的详细图示 可以看出，电动机接口通过4个信号线路IH1、 IH2、 IL1和IL2^皮控制 装置38控制。如根据图8从附属的信号变化可以看出，与此同时(电 动机)轴21的旋转方向可以通过信号线路IH1和IH2控制，而一个脉 冲宽度调制信号被供给信号线路IL1和IL2，借助于脉冲宽度调制信号 尤其是由电动机22传递给或者可传递给轴21的转矩数值,皮确定或者说 的更确切些被控制。与此同时电动机的控制优选的是通过脉冲宽度调制 信号占空因数的调节来实现。
由图9示意表示了操纵元件4的几种转角位置和分配给它们的汽车 变速器10的换挡状态P、 R、 N、 D,其中一个180°的连续的角度范围 用10比特离散地分解开。因此总共获得1024个可检测的转角值，其中
一个值零净皮分配给一个0°转角，并且一个值1023 ^皮分配给一个180°的 转角。角度范围的量子化足够精确，为了以足够的精度分辨操纵元件4 的转角a。与此同时分配给换挡状态P的档位6通过值765描述，分配 给换挡状态R的档位7通过值595描述，分配给换挡状态N的档位8 通过值425描述，并且分配给换挡状态D的档位9通过值255描述。此 外描述了一个在括号中表示的变速器10的换挡状态M,该换挡状态借 助于可附加设有的按钮使得档位的手工向上和向下换挡成为可能，按钮 例如可以布置在汽车的方向盘上。换挡状态M表示在括号中，因为它被 规定只是任选的。
在图10中表示了部分的转矩-转角特性曲线，特性曲线尤其是作为 表招4皮4诸存在存储器40中。与此同时由电动机22传递到轴21上的转 矩M通过才喿纵元件4或者"i兌的更确切些轴21的转角ot描绘。在该部分 图示中仅^又考虑到换挡状态N、R和P。通过在图10中表示的转矩变化， 对于旋转操纵元件4的操作人员模仿了定位的感觉。尤其是特性曲线在 档位6、 7和8中各自具有一个零位41、 42、 43,因此在档位6、 7、 8 中没有转矩被施加到操纵元件4上。尤其是与此同时档位6、 7、 8构成 了操纵元件4稳定的转角位。此外特性曲线在档位7和8之间，并且在 6和7之间各自具有一个零位44、 45,该零位优选的是位于在各自档位 之间的中间。那么当例如操纵元件从档位8向档位7旋转时，那么一个 转矩要克服直到零位44的旋转移动，但是该转矩可以由操作人员克服。 在零位44的区域中转矩几乎突变地改变它的符号，因此那么转矩沿着 旋转方向作用到档位7。当从档位7出发操纵元件4沿着档位6的方向 旋转时，那么在零位42和45之间一个克服旋转运动的转矩被施加到操 纵元件4上。在零位45的区域中转矩几乎突变地改变它的符号，因此 那么转矩沿着旋转方向作用到档位6。相应的作用出现在操纵元件4朝 着较小的角度a旋回时，因此对于操作人员产生了这种印象，好像在操 纵元件4 S走转时穿越了 一个才几才戒定位。此外在转矩反向点44和45之间 档位区域46 ^皮分配给档位7,在转矩反向点45和零位43之间的档位区 域47被分配给档位6，并且在转矩反向点44和零位41之间的档位区域 48被分配给档位8。在这种情况下必须注意到，图IO仅仅表示了特性 曲线的一部分，因此沿着a更小的值的方向，档位8的左侧还可以设有 符合换挡状态D的档位9的另 一个转矩反向点和另 一个零位。在这种情
况下区域48可以一直延伸到该未表示的转矩反向点。
由图11可以看出，在档位区域更换时，转矩反向优选的是通过滞
去。滞后在两个相邻的档位区域之间的边界上实现，为了避免由于模拟 -数字代码转换器的量子化噪声可能产生的、大的转矩突变，模拟-数字
代码转换器例如把操纵元件4的当前的角位转换成离散的10比特值。 滞后区域可以在力场中或者说的更确切些在转矩场中用 一个无效数字 标出，该数字不被用于电动机22控制信号的脉沖宽度的计算。通过该 方法档位区域46、 47和48摆脱了测量信号可能发生的干扰可以足够的 精度单一地确定。相应地适用于未表示的、分配给档位9的档位区域。 如在图11中说明的，在档位区域之间更换时，转矩最后的值保持在oc滞 后区域。当转矩在离开当前档位区域时改变它的符号，在符号(又)反 转之前，操纵元件又必须经过oc滞后段。在滞后区域中，那么按事先的旋 转方向，转矩可以不同的符号出现。
由图12选择装置1的技术调节等效电路图可以看出，其中由控制 装置38构成的调节器51作用在电动机接口 39上，电动机接口控制着 驱动装置或者说的更确切些电动机22，电动机与可以相对于传感器31 旋转的磁铁30共同起作用，传感器的输出信号被供给调节器51。此外 通过操纵元件4,驱动装置22的轴21可以被操纵人员旋转，这在等效 电路图中被表示为供给驱动装置22的干扰量53。此外一个额定档位54 作为额定值55被供给调节器51,额定值例如可以这样的方式被确定， 通过检测到的转角a,当前档位区域被确定，并且分配给所属的档位。 额定值的设定例如通过操纵元件4或者轴21的旋转实现。因为转角a 作为测量值或者实际值56被供给调节器51,额定值也可以由调节器51 自己确定，或者它的设定由调节器51自己启动，这用一个划成虚线表 示的箭头表明。当例如档位区域46神皮检测到时，那么额定值35通过档 位7或者说的更确切些通过换挡状态R产生。相反当档位区域47被检 测到时，那么额定值55通过档位6或者说的更确切些通过换挡状态P 标明。当档位区域48一皮才企测到时，那么额定值55通过档位8或者说的 更确切些通过换挡状态N标明。相应地适用于换挡状态D。
当操纵元件4从档位6出发，或者说的更确切些从换挡状态P出发 被操纵人员沿着逐渐增加角度值a的方向旋转时，那么驱动装置22可
以一个恒定的转矩反抗该旋转运动，因为根据该结构形式，沿着逐渐增
加的转角值a的方向再没有其它的换挡状态跟随档位6。因此操纵人员
得到信号，通过操纵元件的继续旋转不可能再达到有效的档位。与此同
时尤其是用于驱动装置22的控制， 一个周期性的信号被叠加到脉冲宽 度调制信号上，周期性的信号附加地对于作用的转矩引起一个操纵元件 的振动，该振动可被操纵人员感觉到。该作用使得操纵人员更加清楚， 沿着逐渐增加的转角值a的方向，通过操纵元件4的继续旋转不可能再 达到有效的档位。此外当根据图9所示设有可选择的档位M时，可以从 档位9出发，以一个尤其是逐渐变大的转矩反抗操纵元件沿着逐渐变小 的转角a方向的旋转，当然该转矩不能超过最大值。与此同时可选择的 换挡状态M构成一个没有转矩反向的不稳定状态，这使操纵人员获得这 种感觉，好像在操作一个机械的旋转开关。在图10和11中表示的转矩 变化仅仅是示例，并且可以适应操纵人员的要求。
由图13所示的一个可接通的》兹4失辅助定位示意剖面图可以看出， 其中环绕着旋转轴线5,多个由磁性材料或者由永久磁铁构成的第一元 件57布置在轴21中。此外环绕着轴21设有多个构成电磁铁的第二元 件58，第一元件57与轴21 —起可围绕着旋转轴线5相对于第二元件旋 转。那么电磁铁58可以单独地、分组或者全部或者共同地被电流流过， 并且因此一皮接通，由此电》兹力在第 一元件57和第二元件58之间起作用。 因为第一元件57相互以一定间距，并且优选的是均匀地环绕着旋转轴 线5分布布置，尤其是该力周期地变化，当操纵元件沿着一个方向被旋 转时，因此对操纵人员产生定位的印象。第二元件58也相互具有一定 间距，其中设计上第二元件58可以少于第一元件57。根据图13电磁铁 59和61 一皮接通，而电磁铁60和62被切断。此外也可以电磁铁60和 62被接通，并且电磁铁59和61被切断。当辅助定位不需要时，全部的 电磁铁59、 60、 61和62都可以被切断。
当控制装置发觉在驱动装置22中的一个故障时，辅助定位被控制 装置38接通，因为否则可能产生操纵元件4的自由可旋转性。因此当 驱动装置22发生故障时，那么在旋转操纵元件4时也可以使操纵人员 获得 一 个才莫仿定位的感觉。当然该辅助定位转矩变化的可调节性受到限 制。可选择方案是辅助定位可以长期接通。
图14示意地表示了对磁场敏感的传感器31,传感器安排在布置在
壳体2上的印制电路板70上。第二个对磁场敏感的传感器71布置在印 制电路板70背向传感器31或者电磁铁30的一侧，该传感器用作转角 a的冗余检测。两个传感器位于旋转轴线5上或者同 一轴线的延长线上， 并且尤其是同样地构成。
由图15所示的一个根据本发明的选择装置的第二种结构形式可以 看出，其中对于第一种结构形式相同的或者类似的特征用如同在第一种 结构形式中同样的附图标记表示。第二种结构形式仅仅因此有别于第一 种结构形式，即驱动装置22未安装在轴21上，而是与该轴以一定间距 固定在壳体2上。主动轴或者驱动装置22的转子63与轴21通过齿轮 传动64相连接，齿轮传动具有一个抗纟丑地的与主动轴63相连接的第一 圆柱齿轮65和与轴21抗扭地相连接的、与第一圓柱齿轮65啮合的第 二圆柱齿4仑66。附图标记表
1. 选择装置
2. 壳体
3. 护板
4. 操纵元件/旋转球形手柄
5. 旋转轴线
6. 档位/P
7. 档位/R
8. 档位/N
9. 档位/D
10. 变速器
11. 汽车
12. 显示元件/P
13. 显示元件/R
14. 显示元件/N
15. 显示元件/D
16. 圆弧
17. 档位直线/P
18. 档位直线/R
19. 档位直线/N
20. 档位直线/D
21. 轴/转子
22. 电动机/驱动装置
23. 定子
24. 轴承
25. 按钮
26. 按钮
27. 变速控制装置
28. 轴的第一轴端
29. 轴的第二轴端
30. 永久磁铁
31. 对磁场敏感的传感器
32. 转角检测装置
33. 霍尔效应元件
34. 霍尔效应元件
35. 铁磁性圆盘
36. 基片
37. 传感器壳体
38. 控制装置
39. 电动才几接口
40. 存储器
41. 零位/N
42. 零位/R
43. 零位/P
44. 在N和R之间的零位
45. 在R和P之间的零位
46. 档位区域/R
47. 档位区域/P
48. 档位区域/N
49. 滞后
50. 滞后
51. 调节器
52. 微控制器
53. 干扰量
54. 额定档4立
55. 额定值
56. 实际值/测量值
57. 第一元件
58. 第二元件
59. 电磁铁
60. 电磁铁
61. 电磁铁
62. 电磁铁
63. 主动轴/转子
64. 齿轮传动
65. 第一圆柱齿轮
66. 第二圓柱齿轮
67. ;兹4夹支架
68. 接口
69. 停车制动器
70. 印制电路板
71. 对磁场敏感的传感器
权利要求
1.用于汽车变速器换挡的选择装置，带有一个可围绕着旋转轴线(5)旋转到不同的档位(6、7、8、9)的操纵元件(4)，一个与操纵元件(4)相连接、并且可围绕着旋转轴线(5)旋转的轴(21)，一个与轴(21)相连接的转角检测装置(32)，借助于该转角检测装置可检测操纵元件(4)围绕着旋转轴线(5)的旋转，一个驱动装置(22)，借助于驱动装置转矩可以传递到轴(21)上，或者转矩可反抗轴(21)的旋转，和一个与转角检测装置(32)和驱动装置(22)相连接的控制装置(38)，借助于该控制装置可控制由驱动装置(22)传递的、或者带来的反抗转矩，并且汽车变速器(10)可换挡到分配的档位(6、7、8、9)的换档状态(P、R、N、D)，其特征在于，-轴(21)在转角检测装置(32)和操纵元件(4)之间沿着旋转轴线(5)延伸，构成旋钮或者旋转球形手柄的操纵元件(4)布置在轴(21)的第一轴端(28)上。
2. 根据权利要求1所述的选择装置，其特征在于，驱动装置(22) 和转角检测装置(32)装在轴(21)上。
3. 根据权利要求1或者2所述的选择装置，其特征在于，转角检测 装置(32)布置在轴(21)的第二轴端(29)上。
4. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于，操 纵元件(4)围绕着旋转轴线(5)的绝对转角(a )可以被转角检测装 置(32)检测。
5. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于，转 角检测装置(32)至少包括一个对磁场敏感的传感器(32)和至少一个 相对于它可旋转的磁铁(30)。
6. 根据权利要求5所述的选择装置，其特征在于，磁铁(30)被固 定在轴(21)的第二轴端(29)上，磁铁(30)的磁化垂直于旋转轴线(5)排列，并且对磁场敏感的传感器(31)面对磁铁(30)沿着旋转 轴线(5)错开布置。
7. 根据权利要求5或者6所述的选择装置，其特征在于，对磁场敏 感的传感器(31)至少具有两个霍尔效应元件(33、 34),霍尔效应元 件被一个铁磁性圆盘(35)部分地遮盖。
8. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于，驱动装置(22)可如此被控制装置(38)控制，以致借助于驱动装置(22) 传递到轴(21)上或者反抗轴(21)的旋转的转矩是可根据检测到的操 纵元件(4)的旋转变化的。
9. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于，驱 动装置(22)可如此^f皮控制装置(38)控制，以致在档位(6、 7、 8、 9) 上没有转矩传递到轴(21)上或者反抗轴(21)的旋转，而在档位(6、 7、 8、 9)之外一个转矩被传递到轴(21)上或者反抗轴(21)的旋转。
10. 根据权利要求8或者9所述的选择装置，其特征在于，控制装 置(38)具有一个存储器(49),转矩-转角特性曲线被存储在该存储器 中，根据转矩-转角特性曲线，从驱动装置(22)传递到轴(21)上或者 可反抗轴(21)的旋转的转矩可根据检测到的旋转确定，其中特性曲线 的变化具有滞后。
11. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于， 可由控制装置(38)-产生一个脉冲宽度调制信号和一个周期性的信号， -脉冲宽度调制信号可用周期性的信号进行调制，并且 -用周期性的信号调制的脉冲宽度调制信号可被供给驱动装置 (22)。
12. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于， 附加的对于驱动装置(22)-布置多个与轴(21 )相连接、并且环绕着旋转轴线的第一元件(57),-设有多个环绕着旋转轴线的第二元件(58),第一元件(57)可 围绕着旋转轴线相对于第二元件旋转，隱第一元件(57)和第二元件(58)具有磁性材料、永久磁4失和/ 或者电磁铁，并且-第一元件(57)与第二元件(58)在构成磁性定位下，磁性可能 在交替作用下出现。
13. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于， 显示元件(12、 13、 14、 15) 一皮分配给档位(6、 7、 8、 9),所述显示 元件可由控制装置(38)控制，并且被布置在一个围绕着旋转轴线(5) 走向的圆弧(16)上。
14. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置，其特征在于， 转角检测装置被冗余地构成。
15. 根据前面的权利要求中任一项所述的选择装置的应用，其一皮用 于汽车变速器(10)的换挡。
16. 根据权利要求15所述的应用，其特征在于，控制装置(38 )如 此控制驱动装置(22),以致在操纵元件(4)旋转时被模仿成有定位。
17. 根据权利要求15或16所述的应用，其特征在于，控制装置(38) 如此控制驱动装置(22),以致在搡纵元件(4)旋转时祐匸模仿成一个 按钮(M )。
18. 根据权利要求15至17中任一项所述的应用，其特征在于，控 制装置(38)在一个确定的档位(6)上锁住汽车(11)的停车制动器(69)。
19. 根据权利要求15至18中任一项所述的应用，其特征在于，控 制装置(38)如此控制驱动装置(22),以致在选择装置(1)接通时， 操纵元件(4)被旋转到一个预先确定的、 一个从存储器(40)中读出 的、或者一个从汽车变速箱(10)中检索出的档位(6)。
全文摘要
用于汽车变速器换挡的选择装置，带有一个可围绕着旋转轴线(5)旋转到不同的挡位(6、7、8、9)的操纵元件(4)，一个与操纵元件(4)相连接、并且可围绕着旋转轴线(5)旋转的轴(21)，一个与轴(21)相连接的转角检测装置(32)，借助于转角检测装置可检测操纵元件(4)围绕着旋转轴线(5)的旋转，一个驱动装置(22)，借助于驱动装置转矩可以传递到轴(21)上，或者转矩可反抗轴(21)的旋转，和一个与转角检测装置(32)和驱动装置(22)相连接的控制装置(38)，借助于控制装置可控制由驱动装置(22)传递的、或者带来的反抗转矩，并且汽车变速器(10)可换挡到分配的挡位(6、7、8、9)的换挡状态(P、R、N、D)，其中轴(21)在转角检测装置(32)和操纵元件(4)之间沿着旋转轴线(5)延伸，构成旋钮或者旋转球形手柄的操纵元件布置在轴(21)的第一轴端(28)上。
文档编号F16H61/24GK101341357SQ200680048027
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月15日 优先权日2005年12月20日
发明者A·富尔霍夫, G·多姆布罗夫斯基, K·施沃茨, T·斯特拉达尔 申请人:莱姆福德电子有限责任公司