专利名称：检测变速器的档位的探测器装置和具有探测器装置的变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过读出换挡轴的高度编码检测变速器的档 位的探测器装置以及一种具有该探测器装置的变速器，该探测器装 置具有壳体、纟笨测元件和传感器单元，该纟笨测元件在其轴向延伸方 向上可移动地设置和/或构造在壳体中，其中探测元件的探测头接触 性地4氐靠在和/或可位于^灸挡轴上或者高度编码上，乂人而才艮据换挡轴 的高度编码将该:探测元件转移到不同的读出状态下，这些读出状态 通过4罙测元件的轴向位置来区分，传感器单元用于4企测:探测元件的 读出状态。
背景技术：
在变速器中使用这种探测器装置，从而检测其档位，并且一方 面将该档位作为信息显示给驾驶员，并且另一方面在变速器的确定 的档位中能够运行自动化的过程。例如一旦该探测器装置检测到插 入倒档作为档位，就通过这种探测器装置触发汽车的倒车灯。
文件EP 1 063 450例如描述了 一种用于具有换挡轴的汽车变速 器的距离测量装置以及控制装置，其中该换挡轴能够在轴向上移动 并且围绕其轴线可旋转地设置，从而选择通道并且插入档位中。在 换挡轴的自由端部上i殳置具有测量面的测量元件，其中测量面呈角 度地并且非垂直地相对于换挡轴的纵向延伸指向。可调整的探测元件靠4氐在测量面上，该4罙测元件与测量装置共同作用，方法是测量 装置根据探测元件的位置确定换挡轴的档位。
文件EP 1 350 991 Bl描述了一种用于确定换挡辊位置的传感 器装置，其中探测器扫描与换挡轴固定连接的传感器盘的轮廓化的 圓周面，并且^f昔助于霍尔元件通过无4妄触地测量纟罙测器的位置来确 定档^f立。
文件EP 1 152 174 A2同样描述了 一种用于确定档位的传感器 装置，其中换挡轴具有在圓周方向上延伸的类似于槽的凹处，该凹 处由传感器装置的探测器进行扫描。根据档位将类似于槽的凹处构 造成不同深度的，乂人而通过读出4笨测器的位置来确定换挡轴的档 位。通过无接触的接近传感器读出探测器的位置。
文件US 5,717,180涉及一种用于检测变速器档位的探测器装置 的另一构造，并且可能形成最4妾近的现有才支术。在该纟笨测器装置中， 探测元件压过换挡轴的轮廓化的表面，其中换挡轴的轮廓是档位的 编码。探测元件的轴向偏差通过望远4竟状的弹簧才几构传递给压才莫， 该压模将薄膜移开。薄膜的移开位置通过开关进行检测，该开关可 以精确地占据两个开关位置(打开/关闭)。由此，该纟笨测器装置也 以#罙测元件的距离测量或者位置测量为基础。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于检测变速器的档位的探测器装 置以及具有该探测器装置的变速器，其中该探测器装置应该构造成 结构上简单的并且防干护O的。该目的通过具有权利要求1所述特征的探测器装置以及具有权
利要求15所述特征的变速器来实现。本发明的优选的或有利的实 施方式由从属权利要求、下面的描述以及附图中获得。
根据本发明提出 一种用于检测变速器的档位的探测器装置，其 中变速器优选构造成手动或者半自动的变速器。该变速器具有至少 一个换挡轴，该换挡轴在换挡过程中运动，尤其围绕自身的轴线旋 转并且/或者沿轴向移动。才奐挡轴具有高度编码，该高度编码l尤选构 造成沿着换挡轴的高度编码，并且例如构造成一 系列槽或凹处以及 盘或突起，或者构造成在换挡轴的圓周方向上的高度编码，同样设 有突起和凹处，或者设有装配的测量元件，该测量元件7fC载高度编 码或者转换高度编码。该高度编码尤其参考变速器的档位或者换挡 中间位置，使得确定的档位配属于高度编码的特定的高度。通过探 测器装置读出换挡轴在当前位置中的高度编码，可以在高度编码的 i^i口、中以简单的方式4#断出当前的档^f立。
探测器装置具有壳体，该壳体可以构造成一件式的或者多件式 的，并且探测元件至少分段地设置在该壳体中、尤其支承在壳体中，
该:探测元件在^1测元件的轴向延伸上可移动地定位在壳体中，其中 该轴向延伸尤其相应于纟罙测元件的测量方向。该:探测元件具有纟笨测 头，该:探测头可以与#罙测元4牛一体;也连4妄，然而也可以通过中间元 件与探测元件共同作用，该:探测头接触性地抵靠在换挡轴上或者高 度编码上，从而根据换挡轴的高度编码将该探测元件转移到不同的 读出状态下，其中这些读出状态通过4果测元件的轴向位置来区别。
为了检测探测元件的读出状态，探测器装置具有传感器单元，
其中-与现有4支术不同-4昔助于力测量和/或压力测量形成用于枱r
测^:测元件的读出状态的传感器单元。该传感器单元尤其作为压力 传感器和/或力传感器得到实现，其中由于物理学上的关系压强=力 /面积，优选每个压力传感器也可以用作力传感器。本发明出于这样的考虑，即在已知的探测器装置中传感器单元 在位置确定的基础上始终求得纟笨测元件的读出状态。然而这导致在
传感器单元的范围内也必须i殳置4笨测元件的可运动的组件，该组4牛 在不利的情况下会卡住或者会导致其它功能失灵。相应地，本发明 才是出，替代距离测量实施力测量或者i兌压力测量，乂人而可选地实现 以下优点，即在传感器单元的区域中只要》文置必须实施4艮小的运动 的组件，而传感器单元同时具有高精度。通过4笨测元件的读出状态 的无位置测量或者无距离测量的检测，由此明显改善探测器装置的 可靠性以及整个〗吏用寿命。
原则上可以构造探测器装置用于检测探测元件的仅仅唯—— 个确定的读出状态、尤其是确定的升降位置。然而优选的是，设计
:探测器装置用于才企测^笨测元件的多个确定的读出状态、尤其是升降 4立置。^尤选传感器单元允i午多级i也、尤其至少两级;也或者至少三级
;也、准无级;也、以受分辨率限制(aufloesungsbedingten)的分级的 方式和/或无级;也测量力或者"i兌压力。 一方面实J见了这种实施方式， 牙企测多个不同的档4立以及换挡中间位置，另 一方面该构造允许简单 地、例如软件支持地或者在电子方面校准探测器装置。
在优选的实施方式中，探测元件和传感器单元为了片企测读出状 态通过弹性的传递件相互连接。由此，通过该弹性的传递件将探测 元件的轴向运动转换成弹力或者说由弹力形成的弹簧压力，该弹力 或者"i兌弹簧压力作用到传感器单元的测量面上。通过纟笨测元件的轴 向的或者线性的升降运动，压缩该弹性的传递件，由此提高该弹性 的传递件的回复力。在力变化至少在Hook，schen法则的范围内几乎 与探测元件的线性升降运动直接成比例之后，可以通过传感器单元 的力测量和/或压力测量以简单的方式推断出探测元件的读出状态。 本发明也包括弹性的传递件，例如在文件US 5,717,180中以弹性的望远镜状的构造的形式示出的 一样，其中该文件的公开内容作为参 考接受到本发明的公开内容中。
在本发明的特别适用的设计方案中，将弹性的传递件构造成弹 簧、尤其压力弹簧。该弹簧优选以其一个自由的端部支撑在探测元 件上，并且以另一自由的端部支撑在传感器单元上、尤其传感器单 元的测量面上。这种结构方面的构造尤其允许现存的如已经在汽车 变速器中使用的、具有可调节的弹簧预张紧力的制动装置以微'J、的 配合工作转变成根据本发明的探测器装置。
在实施^K气方案中，探测元件和传感器单元为了检测读出状态 相互刚性地连接，其中优选提出要么以微小的绝对的高度变化实现 高度编码从而使得探测元件的升降是微小的，要么使得传感器单元 容忍更大的升降距离。
在:^果测器装置的结构上的转变中，将传感器单元构造成压力传 感器和/或力传感器，该传感器将物理参量压力或者说力转换成根据 压力或者说力的尤其与之成比例的电输出参量。优选传感器单元基 于压电岁文应，并且尤其构造成压电的或者压阻的测量4妄收器。作为 替代方案，传感器单元基于测量接收器和/或构造成具有应变片 (DMS)的传感器，在测量4妄收器中在测量元件的长度变化时通过 信号变化实现测量参量。由此，尤其可以将传感器单元构造成半导 体应变片/薄膜应变片或金属丝应变片、压电的传感器、压阻的传感 器、压力传感器、压电的压力传感器或者电阻性的薄膜压力传感器。
在本发明的改进方案中，探测器装置具有评估装置，该评估装 置才艮据力测量和/或压力测量或者i兌由其形成的信号识别档位。该评 估装置尤其将^t果测元件的读出状态对应于变速器的档位。特别优选的是，评估装置具有用于控制线路的接口，尤其用于
控制结构部件、例如继电器或MOSFET， 乂人而连4妄电负载例如倒车 灯。作为其替代方案，评估装置和/或探测器装置也可以包括用于连 接电负载的结构部件。
在本发明的实际上的应用方案中，壳体构造成可拧入变速器的 变速器壳体中的基体。该壳体例如是圓柱形的，并具有外螺紋，并 且此外具有用于安装工具的坤几构，佳:得壳体可以拧入变速器壳体 中。
此外，探测器装置优选包括盖板，该盖板能够可松开地固定到、 尤其能够咬合到或者拧到壳体上或者i兌基体上，其中传感器单元和 /或评估装置设置在该盖板中。在该实施方式中特别有利的是，该盖 板可以以变速器的可调节的弹簧预张紧力套装到已经提到过的制 动装置上，使得该制动装置能够以简单的方式变成根据本发明的探 测器装置。在特别有利的制造方法中，盖板构造成压铸件。如果将 壳体或者说基体额外地构造成金属的，那么此外显示出以下优点，
即所有可运动的组件-没置在金属壳体中，相反，电的或者说电子的 组件放置在塑料壳体中。
在本发明的优选改进方案中，探测器装置构造成所选择的档位
的制动件和/或探测元件构造成制动螺栓。由此，该:探测器装置不仅 用于#皮动地4企测变速器的当前档位，而且此外用于主动地制动该换
在此特别有利的是，探测元件的探测头要么构造成例如圓锥体
形的坚固的顶端，要么构造成^:测^u贞端。在作为4笨测j求顶端的实 施方式中，该探测头具有可旋转地得到支承的探测球，该探测3求优
选通过大量支7 义在纟笨测元件中的滚动^求得到支岸义并且通过包箍进
行固定。探测头的这种实施方式实现了，探测元件特别简单地尤其没有或者说只有4艮小的摩^"阻力地在换挡轴的高度编码上滑动或
者说滚动。
本发明的另 一主题涉及能够占据多个档位的变速器，尤其手动 的或者半自动的变速器，该变速器具有至少一个换挡轴，该换挡轴 具有用于读出档位的高度编码，其中该变速器包括根据前述权利要 求中任一项所述的探测器装置或者说如前面所描述的探测器装置。
本发明的其它特征、优点和作用从下面的描述以及本发明的优
选实施例的附图中获得。在此示出
图1是作为本发明的实施例的探测器装置的示意剖面图； 图2是图1中的探测器装置的部分剖面的示意性三维视图； 图3是图1和2中的探测器装置从一侧斜看的示意性三维视图。
具体实施例方式
图1示出了作为本发明的实施例的探测器装置1的示意性横截 面图。该探测器装置1包括基体2，该基体例如由金属尤其由优质 钢制成，在该基体上套装、尤其是咬合或者拧紧盖板3，并且探测 元件4在才艮据箭头5的轴向方向上可移动;也支岸义在该基体中。
神果测元4牛4具有纟笨测5求顶端6,该纟笨测J求顶端包括j罙测5求7， 该探测球通过大量滚动球8可旋转地得到支承。为了固定探测^求7,
元件4具有圓柱形的主体，该主体在基体2中的圆柱形的容纳空间 中延伸，并且在那里通过两个滚动体轴7fc 9可移动地得到支岸义。在运行中，通过探测球7压过换挡轴10的高度编码的轮廓， 其中该高度编码要么沿着换挡轴10沿圆周方向进行布置，要么布 置在额外的测量元件(没有示出)上，并且该高度编码^表着关于 换挡轴10的当前档位的信息。通过高度编码，根据档位将探测元 件4置于不同的沿着才艮据箭头5的轴向位置不同的升降位置中。为 了确保持续地接触性地探测换挡轴10的高度编码，并且为了传递 该高度编码信息，将纟罙测元件4通过螺力走压力弹簧11在换挡轴的 方向上预张紧。该螺旋压力弹簧11以其一个自由的端部抵靠在4果 测元件4的圓柱形主体中的凹槽中的支7K面上，并且以其另外的自 由端部4氐靠在盖+反3中的传感器单元12上。
通过高度编码，探测元件4占据不同的升降位置，这些升降位 置也可以称作读出状态。才艮据升降位置，螺;旋压力弹簧11或多或 少地J寻到压缩，/人而才艮才居升降^f立置由螺^走压力5举簧11施加压力， 该压力反向于盖净反3中的4专感器单元12。该4专感器单元12才企测施 加的力或者说施加的压力，并且将其转换为电压或者说电压信号。
为此目的，传感器单元12作为测量4妻收器例如包4舌应变片、 基于压电技术的传感元件、尤其是压电的或者压阻的压力传感器、 或者电阻的薄膜压力传感器，该薄膜压力传感器将施加的力或者i兌 施加的压力转换成取决于该力或者说压力的、尤其几乎直接成比例 的或者直接成比例的电压。总之，由此将探测元件4的线性运动或 者i兌相应的升降位置转4奐成与之成比例的或者"i兌几乎成比例的电 压信号。
将该电压信号输入评估装置13,该评估装置13优选同样集成 在盖寿反3中并且将电压信号i争成换挡轴10的档位。
由于传感器单元12的输出信号的电压变化，由此可以用合适 的评估电子元件识别探测元件4的位置，推断出换挡轴10的档位并且将该信息输送给驾驶员或者汽车监控电脑，或者激活直接的反应、例如触发连接在后面的继电器或者类似器件，该继电器或类似器件接通负载例如倒车灯。
盖板3优选由塑料制成，并且包括内部空间14和插头区^殳15,在该内部空间中i殳置或者埋封传感器单元12、评估装置13以及结构部件、例如继电器或者MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)用于触发电负载，该插头区段提供了连接插头16,用于连"l妄电负载、例如倒车灯。在作为替代方案的实施方式中，插头区段15可以提供用于控制线路的接口 ，使得控制线路在信号技术方面与传感器单元12或者"i兌评估装置13连4妄，并且信号可以传到用于连4妻负载的结构部件上、传到汽车监控电脑上或者变速器控制装置上。
图2示出了纟罙测器装置1的剖面的三维-现图，其中第一，可以再次很好地看出，传感器单元12仅仅通过螺旋压力弹簧11与探测元件4连接，以用于传递压力信号。该螺旋压力弹簧11作用到传感器单元12的测量面17上，其中该测量面17在施加压力时以非常微小的程度、例如小于1 mm的程度进行弯曲。
第二，可以;f艮好地看出，探测元件4或者i兌探测3求顶端6构造成止动螺栓，该止动螺纟全构造得非常坚固，从而将换挡轴10定位在所选择的档位中。
最后，图3示出了探测器装置1的示意性的三维视图，其中可以看出在基体2上的螺母状的法兰附加物，用该法兰附加物可以将探测器装置1拧入变速器壳体中。参考标号
1探测器装置
2基体
3盖板
4:探测元件
斗A
6^笨测3求顶端
7探测球
8滚动球
9滚动体轴承
10换挡轴
11螺旋压力弹簧
12传感器单元
13评估装置
14内部空间
15插头区段
16连接插头
17测量面
权利要求
1.探测器装置(1)，通过读出换挡轴(10)的高度编码检测变速器的档位，所述探测器装置具有壳体(2)；探测元件(4)所述探测元件在其轴向延伸方向(5)上可移动地设置和/或构造在所述壳体(2)中，其中所述探测元件(4)的探测头(6)接触性地抵靠在和/或可位于换挡轴(10)上或高度编码上，从而根据所述换挡轴(10)的高度编码将所述探测元件(4)转移到不同的读出状态下，所述读出状态的通过所述探测元件(4)的轴向位置来区分；以及传感器单元(12)，用于检测所述探测元件(4)的读出状态，其特征在于，所述传感器单元(12)利用力测量和/或压力测量检测所述探测元件(4)的读出状态。
2. 纟艮据权利要求1所述的^t笨测器装置(1 ),其特征在于，所述传 感器单元(12) "i殳计用于多级地、准无级地和/或无级地测量。
3. 根据权利要求1或2所述的探测器装置(1 ),其特征在于，所 述4罙测元件(4 )和用于4全测读出状态的所述传感器单元(12 ) 通过弹性的传递件(11 )相互连4姿。
4. 根据权利要求3所述的探测器装置(1 )，其特征在于，所述弹 性的传递件是弹簧(11 )、尤其是压力弹簧。
5. 根据权利要求4所述的探测器装置(1 )，其特征在于，所述弹 簧(11)以一个自由的端部支撑在所述纟罙测元件(4)上并且 以另外的自由的端部支撑在所述传感器单元(12)上、尤其支 撑在所述传感器单元(12)的测量面(17)上。
6. 根据权利要求1或2中任一项所述的探测器装置(1 )，其特征 在于，所述#1测元件(4)和用于#企测读出状态的所述传感器 单元(12)才目互冈'J'f"生;也连4妄。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的探测器装置(1 )，其特征在 于，所述传感器单元(12)包4舌应变片或者基于压电效应的测 量值接收器。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的探测器装置(1 )，其特征在 于评估装置(13 ),所述评估装置才艮据所述力测量和/或压力测 量识别所述变速器的档位。
9. 根据权利要求8所述的探测器装置(1 )，其特征在于，所述评 估装置(13)具有用于控制结构部件的"l姿口 (16)，所述结构 部件用于连接电负载。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的探测器装置(1 )，其特征在 于，所述壳体构造成可柠入或者可压入变速器壳体中的基体(2)。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的4笨测器装置(1 )，其特征在 于盖板(3),所述盖板可固定在所述壳体或者所述基体(2) 上，其中所述传感器单元(12)和/或所述评估装置(13 )设 置在所述盖板(3 )中。
12. 根据权利要求11所述的纟笨测器装置(1 ),其特征在于，所述 盖板(3)构造成压铸件。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的探测器装置(1 )，其特征在 于，戶斤述4笨观'j器装置(1 ) 4勾造成戶斤选4奪的才当4立的制动4牛，并 且/或者所述探测元件(4)构造成制动螺栓。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的探测器装置(1 ),其特征在 于，所述纟笨测头(6)构造成坚固的顶端或者具有纟罙测^求(7) 的^笨测J求顶端。
15. —种具有多个档^f立以及至少一个纟臭挡轴(10)的变速器，所述 换挡轴具有用于读出所述档位的高度编码，其特征在于，所述 变速器包括才艮据前述权利要求中任一项所述的探测器装置(1)。
全文摘要
用于检测变速器的档位的探测器装置以及具有该探测器装置的变速器，其中该探测器装置应该构造成结构上简单的并且防干扰的。一种探测器装置(1)，其通过读出换档轴(10)的高度编码检测变速器的档位，其具有壳体(2)；探测元件(4)，该探测元件在其轴向延伸方向上(5)可移动地设置和/或构造在壳体(2)中，其中探测元件(4)的探测头(6)接触性地抵靠在换档轴(10)上或者说高度编码上，从而根据换档轴(10)的高度编码将探测元件(4)转移到不同的读出状态下，这些读出状态通过探测元件(4)的轴向位置来区分；以及传感器单元(12)，用于检测探测元件(4)的读出状态，传感器单元(12)利用力测量和/或压力测量检测探测元件(4)的读出状态。
文档编号F16H59/70GK101652584SQ200880011111
公开日2010年2月17日 申请日期2008年3月20日 优先权日2007年4月7日
发明者格哈·奥伯佩蒂格 申请人:谢夫勒两合公司