(57)【要約】【課題】長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸の並進運動も回転運動も簡単且つ単純に検出することができる、長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸、例えばマニュアルトランスミッションのシフト軸の軸方向位置及び回転位置を検出するためのセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置が、軸の長手方向において、有利には一列で軸に平行に配置されており、且つ、軸に関して位置固定されて配置されている少なくとも二つのセンサ素子を備えた線形センサと、軸が回転運動する際に、別個に評価可能なセンサ素子の内の少なくとも一つにおいて、回転角に依存する測定信号の一義的な変化を生じさせる発生器とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸（２）、例えばマニュアルトランスミッションのシフト軸（２）の軸方向位置及び回転位置を検出するセンサ装置において、
前記軸（２）の長手方向において、有利には一列で前記軸（２）に平行に配置されており、且つ、前記軸（２）に関して位置固定されて配置されている少なくとも二つのセンサ素子（５）を備えた線形のセンサ（３）と、
前記軸（２）が回転運動する際に、別個に評価可能な前記センサ素子（５）の内の少なくとも一つのセンサ素子において、回転角に依存する測定信号の一義的な変化を生じさせる発生器（４）とを備えていることを特徴とする、センサ装置。
【請求項２】
前記少なくとも二つのセンサ素子（５）に対応付けられており、且つ、該少なくとも二つのセンサ素子（５）の各々を別個に評価することができる測定電子装置を有しており、
前記発生器（４）は前記軸（２）に配置されており、該軸（２）と共に可動且つ回転可能であり、
前記発生器（４）を用いて、前記少なくとも二つのセンサ素子（５）においてそれぞれ信号を形成することができ、該信号は長手方向における前記軸（２）の移動及び前記軸（２）の回転位置を特徴付ける一義的な信号経過を有している、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサ（３）の前記センサ素子（５）は機械的なセンサであるか、磁気的なセンサであるか、又は、容量性のセンサであり、また、前記センサ素子（５）は座標測定機（ＣＭＭ）、コイル、誘導性センサ素子、渦電流センサ素子、有利には、磁気的にプリロードされたホールセンサ、容量性センサ素子等として構成されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記発生器（４）は、例えば強磁性の材料から構成されている測定面を有しており、該測定面と前記センサ（３）との間隔は、前記軸（２）の種々の回転位置が検出されるべき前記軸（２）の回転角領域にわたって、前記軸（２）の変化する回転位置に応じて変化する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記発生器（４）は基準面を有しており、該基準面は、前記軸（２）の種々の回転位置が検出されるべき前記軸（２）の回転角領域にわたって、前記センサ（３）に対して十分に一定の間隔を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記発生器（４）は二つの測定面を有しており、該二つの測定面と前記センサ（３）との間隔は、前記軸（２）の種々の回転位置が検出されるべき前記軸（２）の回転角領域において相互に逆方向に変化する、請求項４又は５に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記発生器（４）は二つの測定面を有しており、該二つの測定面のうち、前記軸（２）の種々の回転位置が検出されるべき前記軸（２）の回転角領域の第１の部分領域における第１の測定面又は第２の部分領域における第２の測定面のいずれかは前記センサ（３）に対して十分に一定の間隔を有している、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記発生器（４）の一つ又は複数の測定面は、前記マニュアルトランスミッションのアイドリング位置において、前記センサ（３）までの最短の間隔を有している、請求項４乃至７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
マニュアルトランスミッションのシフト軸（２）の離散的な各軸方向位置又は各シフトゲートには前記センサ（３）の一つセンサ素子（５）が対応付けられている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記センサ装置（１）又は前記センサ（３）の信号処理部は、前記センサ装置（１）又は前記センサ（３）を用いて、例えば前記センサ装置（１）又は前記センサ（３）に対応付けられているプロセッサを用いて、一方では前記発生器（４）と前記センサ（３）の間隔の非線形の依存性を線形化することができ、他方では特徴的な信号経過をプログラム技術的に線形化することができるように構成されている、請求項２乃至９のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記センサ（３）は複数の誘導性のセンサ素子（５）から構成されており、該複数の誘導性のセンサ素子（５）のうちのそれぞれ二つのセンサ素子が相互に逆方向に直列に接続されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記誘導性のセンサ素子のコイル体は、強磁性の材料から成るコアに巻き付けられている、請求項１１に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
信号処理部には、例えば事前に準備されたルックアップテーブルの形態のアルゴリズムがインストールされており、該アルゴリズムを用いて、誘導性センサ素子のインダクタンスの大きさを前記軸（２）の軸の回転位置に換算することができる、請求項１１又は１２に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記信号処理部にインストールされているアルゴリズムは、有利には三次元のルックアップテーブルの形態に拡張されている、請求項１３に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記センサ装置（１）又は前記センサ（３）の測定電子装置又は信号処理部は、該測定電子装置又は該信号処理部を用いて、例えば該測定電子装置又は該信号処理部に対応付けられているプロセッサを用いて信号の分類を実施することができるように構成されている、請求項２乃至１４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１６】
任意のシリアルインタフェースを介して軸方向位置及び回転角が出力される、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１７】
ＰＷＭインタフェース又は任意のシリアルインタフェースを介して分類の結果が出力される、請求項１５又は１６に記載のセンサ装置。
【請求項１８】
前記センサ（３）において、検出されたセンサ信号と、前記センサ（３）に格納されている一つ又は複数の目標値曲線との比較が行なわれ、偏差が存在する場合にはエラー信号が出力される、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１９】
前記発生器（４）の輪郭の変化は回転角にわたり一定ではない、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸、例えばマニュアルトランスミッションのシフト軸の軸方向位置及び回転位置を検出するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
その種のシフト軸の長手方向運動又は並進運動によって、例えばマニュアルトランスミッションの考えられるシフトゲートの内の一つが選択される。続いて、シフトゲートにおけるシフト軸の回転運動もしくは旋回運動によって、シフトの切り換えが行なわれる。一般的なマニュアルトランスミッションにおいては、一つのシフトゲート内に二つまでの選択可能なギア、例えば「１」及び「２」のギアペア又は「３」及び「４」のギアペアが配置されている。
【０００３】
あるギアに入れられたときになって初めて、生じた速度及び機関回転数から伝達比が簡単に求められ、ギアの対応付けが行なわれる。
【０００４】
種々の制御及び監視プロセスにとって、シフトの切り換えが今まさに行なわれていることを早期に知ることは重要である。更には、機関制御アプリケーションにとって、今まさにどのギアに入れられているか、又はどのギアに入れられるべきかを早期に、即ち、牽引力が発生する前に知ることは重要である。
【０００５】
シフト軸の並進運動又はシフトゲートを検出するための線形の位置センサ、更には、シフト軸の回転運動を検出するための回転角センサを設けることが公知である。この場合、線形の位置センサの信号及び回転角センサの信号は制御装置において結合される。この結合の結果、所望の用途に関する一義的な位置が得られる。
【０００６】
この従来技術においては、二つのセンサ、即ち線形の位置センサ及び回転角センサを使用しなければならないことは欠点である。これによって、センサの実装及びケーブル接続に関して二倍のコストが発生する。更には、二つのセンサのために必要とされる構造空間をマニュアルトランスミッションの領域において提供できないことも多い。
【０００７】
刊行物DE 4415668には、軸方向に可動であり、且つ所定の角度で回転可能である軸の所定の位置を非接触式に検出するためのセンサが開示されている。この刊行物に記載されている解決手段の欠点は情報の多義性である。センサの瞬時値からは、軸が例えば位置「Ｇ２」にあるのか、シフトゲート間の並進運動が実施されるのかを知ることはできない。
【０００８】
DE 10 2007 032 972 Aには、軸の軸方向の移動を検出するための測定装置及び方法が開示されている。この方法は、軸方向の移動に垂直方向の軸の移動と相関している信号を供給する別のセンサ装置を使用する。
【０００９】
DE 19813318 Aには、回転可能な軸と結合されている偏心板との角度に依存する間隔を測定することによって軸の回転角を検出する方法が開示されている。更にこの刊行物には、軸の半径方向の位置に関連付けられた基準面を使用することによって、機械的な誤差を補償することが開示されている。
【００１０】
DE 3244891 Aには、コイルを備えた長さ測定センサが開示されている。コイルは測定経路に沿って配置されており、またアナログマルチプレクサを用いることにより、それらのコイルを別個に選択することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】DE 4415668
【特許文献２】DE 10 2007 032 972 A
【特許文献３】DE 19813318 A
【特許文献４】DE 3244891 A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の従来技術を基礎とした本発明の課題は、長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸の並進運動も回転運動も簡単且つ単純に検出することができる、長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸、例えばマニュアルトランスミッションのシフト軸の軸方向位置及び回転位置を検出するためのセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、本発明によれば、軸の長手方向において、有利には一列で軸に平行に配置されており、且つ、軸に関して位置固定されて配置されている少なくとも二つのセンサ素子を備えた線形センサと、軸が回転運動する際に、別個に評価可能なセンサ素子の内の少なくとも一つにおいて、回転角に依存する測定信号の一義的な変化を生じさせる発生器とを備えたセンサ装置によって解決される。
【００１４】
本発明によるセンサ装置の一つの有利な実施の形態によれば、センサ装置が、少なくとも二つのセンサ素子に対応付けられており、且つ、少なくとも二つのセンサ素子の各々を別個に評価することができる測定電子装置を有している。この場合、発生器は軸に配置されており、この軸と共に可動且つ回転可能である。また、この発生器を用いることにより、少なくとも二つのセンサ素子においてそれぞれ信号を形成することができ、この信号は長手方向における軸の移動及び軸の回転位置を特徴付ける一義的な信号経過を有している。
【００１５】
以下では本発明によるセンサ装置のセンサ素子について説明する。
【００１６】
有利には、センサのセンサ素子は機械的なセンサであるか、磁気的なセンサであるか、又は、容量性のセンサであり、また、座標測定機（ＣＭＭ）、コイル、誘導性センサ素子、渦電流センサ素子、有利には、磁気的にプリロードされたホールセンサ、容量性センサ素子等として構成されている。
【００１７】
本発明による解決手段の基礎は、センサ素子において再現可能な測定信号変化を生じさせることができる発生器がいかなる場合にも設けられていることである。
【００１８】
発生器は、ある対象に固く結合されており、この対象は別の対象に関連付けられて検出されるべき位置を有している。またセンサもこの別の対象と固く結合されている。
【００１９】
マニュアルトランスミッションの場合には、発生器はシフト軸と固く結合されている。センサはトランスミッションケーシングと固く結合されている。従って、この配置構成においては、トランスミッションケーシングを基準としてシフト軸の位置が求められる。
【００２０】
発生器のセンサ素子への再現可能な作用、従って測定信号変化を内容とする測定信号への作用を、当業者には公知である種々のやり方で達成することができる。
【００２１】
機械的にサンプリングするセンサ素子を使用する場合には、サンプリングを行なう位置における、発生器の輪郭部とサンプリングを行なうセンサ素子との間隔は、測定信号を変化させる発生器の特性を表す。
【００２２】
強磁性の発生器と誘導性のセンサ素子との組み合わせを使用する場合、強磁性の発生器の構造様式によって測定信号に影響を及ぼすための種々の可能性が存在する。
【００２３】
位置に依存して、発生器の間隔及び／又は効果的な材料量を変化させることができる。透磁率が異なる複数の材料を所期のように組み合わせることによっても、センサ素子において検出される測定信号の所望の位置に依存する変化を生じさせることもできる。
【００２４】
考えられる一つの実施の形態は、回転角に依存する、センサ素子との間隔の変化である。間隔が大きくなるにつれ、誘導性のセンサ素子に対する発生器の強磁性の影響は低下していき、従って、センサ素子において検出される測定信号も小さくなる。
【００２５】
別の実施の形態によれば、例えば発生器の幅が一定でないことによって、誘導性のセンサ素子又はコイルの磁界領域における強磁性の材料の量が回転角に依存して変化するように発生器は構成されている。強磁性材料の量が多くなると測定信号も大きくなる。
【００２６】
更には、上述の二つの実施の形態を組み合わせることも可能である。
【００２７】
センサ素子のインダクタンスの変化又は磁束の変化が測定される、強磁性の発生器と誘導性のセンサとを組み合わせる代わりに、導電性の発生器と誘導性の渦電流センサの組み合わせも適用することができる。通常の場合、この渦電流センサでは発振回路の種々の減衰が測定される。測定信号への作用はやはり発生器の材料の導電性に依存する。本発明による用途に関しては、（この場合には導電性の）発生器がやはり、位置に依存する測定信号への作用が生じるように構成されている。この位置に依存する作用は、発生器と渦電流センサ素子及び／又は発生器の作用面との間隔が渦電流センサ素子の検出領域において位置に依存して変化することによって達成される。
【００２８】
本発明によるセンサ装置の基本機能は、測定経路に沿って配置されている別個に評価可能な複数のセンサ素子と、回転運動の際に回転角に依存する一義的な測定信号変化を別個に評価可能なセンサ素子の内の少なくとも一つにおいて生じさせるように構成されている発生器とから構成されている線形センサによって実現される。
【００２９】
本発明による装置は、別個に評価可能な少なくとも二つのセンサ素子が、軸に固定されている少なくとも一つの発生器の軸方向の移動を検出するよう構成されている。
【００３０】
軸方向の移動を検出できるようにするために、発生器は、軸方向の移動に対応する種々の測定信号が別個に評価可能なセンサ素子において形成されるように構成されている。
【００３１】
発生器として、例えば軸における突起部が考えられる。センサ素子が複数設けられている場合、発生器は個々のセンサ素子を通過するように移動する。別個の測定値の処理から、軸の軸方向の位置を算出することができる。
【００３２】
軸の回転運動を検出するために、本発明によれば、発生器が回転対称に構成されているのではなく、少なくとも測定技術的に検出可能な角度領域において、周囲角にわたり変化する部分を有することによって、基本機能を実現する線形センサ装置が拡張される。
【００３３】
例えば、検出すべき角度領域において発生器の高さを角度に依存して変化させることができる。従って、各高さに一つの角度を一義的に対応付けることができる。
【００３４】
自動車の分野において、状況によっては困難な周囲環境においても確実な測定を保証するために、センサ素子において検出される少なくとも二つの個々の測定信号の組み合わせから、絶対的な測定値の評価を省略して、軸の軸方向の位置も回転角も検出できるように発生器が構成されている場合には有利である。
【００３５】
例えば、ＳＴ３７鋼から製造されている強磁性の発生器の透磁率は−４０℃から１５０℃の温度範囲において約２３％変化する。この特性をセンサ内の温度の測定によって補償することができるが、しかしながら、センサケーシング内の温度がマニュアルトランスミッション内の発生器の温度に対応していることは必ずしも保証されていない。それどころか、相応の一致はむしろ起こりえない。更なる測定エラーは、センサ素子及び評価電子装置の温度依存性によって生じる。
【００３６】
前述の問題は、本発明によるセンサ装置においては、センサ装置が角度位置を求めるために一つ又は複数の基準面を有しており、この基準面を用いて温度の影響を検出及び補償することによって解決される。
【００３７】
このために、センサ装置の別個に評価可能なセンサ素子の内の少なくとも一つのセンサ素子を用いて基準値を検出できるように、少なくとも一つの基準面が配置及び構成されている。特に、付加的なセンサ装置を使用する必要はない。
【００３８】
これに関して、少なくとも一つの基準面が、発生器から軸方向において一定の既知の間隔を置いて、軸に固く固定されている。
【００３９】
発生器の軸方向の位置が検出されると、基準面の位置も自動的に一緒に検出される。何故ならば、発生器の位置と基準面の位置との間隔は機械的に不変に設定されており、既知だからである。
【００４０】
同様に、基準面の軸方向の位置を求め、そこから発生器の位置を導出することも勿論可能である。
【００４１】
基準面の内の少なくとも一つが、軸の種々の回転位置が検出されるべき軸の回転角領域にわたり、センサに対して十分に一定の間隔を有している場合には有利である。
【００４２】
有利な実施の形態においては、基準面はセンサに対して実質的に一定の間隔を有しているが、別個にサンプリングすべき別の輪郭部よりも常に小さい間隔を有している。この場合、基準面の位置の検出は、比較的簡単な最大値探索アルゴリズムもしくは最小値探索アルゴリズムを用いて行なわれる。
【００４３】
この設計によって、離散的なセンサ素子の測定信号からこの基準面に対応付けることができる信号を求める手間は比較的少なくて済む。
【００４４】
基準面に対応付けられている測定信号と、角度に依存する可変の間隔を有する少なくとも一つの発生器の輪郭に対応付けられた測定信号との比率から、評価電子装置は例えば事前に算出されたルックアップテーブルを介して軸の回転角を検出することができる。
【００４５】
基準面を検出するセンサ素子の温度変化、並びに、角度に依存する可変の間隔を有する少なくとも一つの発生器輪郭部の信号を検出するセンサ素子の温度変化は等しいので、センサ値の比率は強磁性の発生器材料の温度及び透磁率に依存しない。
【００４６】
一つの別の実施の形態において、発生器が、軸の種々の回転位置が検出されるべき軸の角度領域において相互に反対方向に変化するセンサまでの間隔を備えた二つの測定面を有している場合には、反対方向の二つの測定信号が生成され、これによって軸の回転角のより良好な分解能が実現されるか、又は、安全性が重要な用途では信号の冗長性、従って、評価におけるより高い信頼性が達成される。
【００４７】
発生器が二つの測定面を有することも考えられ、それら二つの測定面のうち、軸の種々の回転位置が検出されるべき軸の回転角領域の第１の部分領域における第１の測定面又は第２の部分領域における第２の測定面のいずれかはセンサに対して十分に一定の間隔を有している。この構成では、その都度一つの基準信号を取得することができ、一方の測定面の信号は、他方の測定面の信号が一定に保たれるセンサまでの間隔を有する領域において変化するか、又は、他方の測定面の信号は、一方の測定面の信号が一定に保たれるセンサまでの間隔を有する領域において変化する。またこの構成では、付加的な基準面を省略することができる。
【００４８】
発生器の一つ又は複数の測定面がマニュアルトランスミッションのアイドリング位置においてセンサまでの最短の間隔を有している場合、信号分解能に対して最も高い要求が課され、且つ、センサ装置の精度が要求される、マニュアルトランスミッションのアイドリング位置の領域においては信号分解能が最大となる。
【００４９】
更には、発生器が回転角にわたり一定に実施されているのではなく、比較的高い分解能が必要とされる領域においては、比較的低い分解能しか必要とされない領域に比べて顕著な変化を有するように構成されている場合には有利である。
【００５０】
マニュアルトランスミッションにおいては、ニュートラル位置の領域において高い分解能が必要とされる。ギアの最終的な位置の領域においては、非常に低い分解能しか必要とされない。従って有利には、回転角にわたる変化はニュートラル位置の領域においては、ギアの最終的な位置の領域よりも大きくなるように実施されている。
【００５１】
一つの別の有利な実施の形態によれば、マニュアルトランスミッションのシフト軸の各主軸方向位置又はシフトゲートには、センサの少なくとも一つのセンサ素子が対応付けられている。
【００５２】
センサ装置又はセンサの信号処理の有利な実施の形態は、センサ装置又はセンサを用いて、例えばセンサ装置又はセンサに対応付けられているプロセッサを用いて、一方では発生器とセンサの間隔の非線形の依存性を線形化することができ、他方では特徴的な信号経過をプログラム技術的に線形化することができる場合に達成される。
【００５３】
センサが複数の誘導性のセンサ素子から構成されている場合には、測定中にそれぞれ二つの誘導性のセンサ素子が相互に反対方向に直列に接続されていることは好適であり、これにより、外部磁界によって誘導される障害電圧が相殺される。
【００５４】
発生器の配置の測定にとって重要でない磁界の少なくとも一部において、強磁性のコイル体及び導体を通るように磁界が案内される場合には、障害に対するより高い安全性及びより高い信号分解能が達成される。
【００５５】
有利には、信号処理部には、例えば事前に準備されたルックアップテーブルの形態のアルゴリズムがインストールされている。このアルゴリズムを用いて、測定値を軸の回転位置に換算することができる。
【００５６】
個々のセンサ素子間の位置に関しても回転角を検出できるようにするために、信号処理部にインストールされたアルゴリズムが有利には三次元のルックアップテーブルの形態に拡張されている場合には好適である。この実施の形態においてメモリスペースの要求が低減されるべき場合、ルックアップテーブルの数を限定し、中間位置に関してはルックアップテーブル間の補間を実施することが考えられる。
【００５７】
本発明によるセンサ装置は任意のプロトコルを介して、軸方向の位置及び回転角を別の制御装置に伝送することができる。
【００５８】
有利には、既にセンサにおいて瞬時位置の分類が行なわれる。それらの離散的な情報は比較的好適でロバストなＰＷＭインタフェース又はシリアルインタフェースを介して別の制御装置に伝送することができる。
【００５９】
一例としての６ギアトランスミッションにおいては以下の区分の分類が提案される。
【００６０】
最終位置リバースギア、ニュートラル、最終位置ギア１、最終位置ギア２、最終位置ギア３、最終位置ギア４、最終位置ギア５、最終位置ギア６、中間位置ニュートラル−最終位置ギア１、中間位置ニュートラル−最終位置ギア２、中間位置ニュートラル−最終位置ギア３、中間位置ニュートラル−最終位置ギア４、中間位置ニュートラル−最終位置ギア５、中間位置ニュートラル−最終位置ギア６、中間位置ニュートラル−最終位置リバースギア。
【００６１】
有利には、信号を出力する前にセンサ信号の完全性が検査される。このことは、別個に検出可能な複数のアナログセンサ素子を有するセンサにおいては比較的簡単である。発生器の構成に依存して、センサ素子の連続的な問い合せは、位置に依存する典型的な信号経過を生じさせる。これを許容誤差と共にセンサに格納することができる。連続的に求められるセンサ値がこの所定の許容誤差内に無いことがプログラム技術的な検査によって明らかになると、センサはエラー通知を出力する。
【００６２】
以下では、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】長手方向に可動であり、且つ回転可能な軸の軸方向位置及び回転位置を検出する本発明によるセンサ装置の実施の形態の原理図を示す。
【図２】図１に示したセンサ装置のセンサの斜視図を示す。
【図３】図２に示したセンサの下面の平面図を示す。
【図４】図１に示したセンサ装置の発生器の斜視図を示す。
【図５】本発明によるセンサ装置の別の実施の形態を示す。
【図６】センサのセンサ素子とセンサ装置の発生器との相互作用を示す。
【図７】回転角にわたり高さが変化する発生器を示す。
【図８】回転角にわたり幅が変化する発生器を示す。
【図９】回転角にわたり空所の幅が変化する発生器を示す。
【図１０】被強磁性の素子上に強磁性のフィルムが接着されている発生器を示す。
【図１１】検出すべき角度領域において一定の高さを有している基準面について拡張されている、図７に応じた発生器を示す。
【図１２】図１１に示した発生器の平面図を示す。
【図１３】図１１に示した発生器の別の角度からの斜視図を示す。
【図１４】検出すべき角度領域において一定の幅を有している基準面について拡張されている、図８に応じた発生器を示す。
【図１５】基準面として使用することができる一定の高さを備えた面を空所の右側及び左側に有している、図９に応じた発生器を示す。
【図１６】検出すべき角度領域において一定の幅を有しているフィルムについて拡張されている、図１０に応じた発生器を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下において図１から図６に基づき詳細に説明する、本発明によるセンサ装置１の一つの実施の形態は、長手方向に可動であり、且つ回転可能である軸２の軸方向位置の検出並びに回転位置の検出に使用される。軸２としては特に、ここでは図示していない自動車の慣用のマニュアルトランスミッションのシフト軸２が考えられる。
【００６５】
このシフト軸２の長手方向の運動又は並進運動によって、マニュアルトランスミッションの考えられるシフトゲートの内の一つが選択される。慣例の構造様式の一般的なマニュアルトランスミッションでは、複数あるシフトゲートのそれぞれに、二つまでの選択可能なギア、例えば「１」及び「２」のギアペア、「３」及び「４」のギアペア及び「５」及び「Ｒ」のギアペアが配置されている。シフトゲートが選択されると、選択されたシフトゲート内での長手軸又は回転軸についての軸の回転によって所望のギアが選択される。
【００６６】
別のギアへの切り換えが行なわれる場合、どのギアに入れられるべきかを可能な限り早期に識別するために、センサ装置１はセンサ３及び発生器４を有している。
【００６７】
センサ３は、図５から最も良く見て取れるように、シフト軸２に関して位置固定されて配置されている。発生器４は適切なやり方でシフト軸２に固定されており、従って、シフト軸２の長手方向において可動であり、且つ、シフト軸２の回転軸についてシフト軸２が回転する際には、この回転軸について回転可能又は旋回可能である。
【００６８】
図示されている実施例におけるセンサ３には、図３及び図６から最も良く見て取れるように、６個のセンサ素子５が配属されており、それらのセンサ素子５はシフト軸２の長手方向において前後に一列に並んで配置されている。従って、軸２の並進運動又は長手方向の移動の際には、発生器４がセンサ３の一列に配置されているセンサ素子５に沿って移動する。センサ装置１のセンサ３内には、図面には詳細に示していない信号処理部が設けられており、この信号処理部は図示されている実施例において６個のセンサ素子５に対応付けられている。この信号処理部によってセンサ素子５の各々を別個に評価することができる。
【００６９】
センサ３のセンサ素子５は、センサ装置１の図示されている実施例においては、通電コイルの形態の誘導性のセンサ素子５として構成されている。それらの誘導性のセンサ素子５は、センサ３の測定領域に進入する磁界を有している。この磁界に強磁性材料が進入すると、センサ３の信号処理部に設けられている評価回路を用いて、各センサ素子５に関するコイルインダクタンスの変化を測定することができる。各センサ素子５のコイルインダクタンスのこの変化は、発生器４では実質的に、この発生器４とセンサ３のセンサ素子５の間隔に依存する。
【００７０】
従って、発生器４はセンサ３のセンサ素子５においてそれぞれ信号を形成する。この信号の信号経過は、軸２の長手方向における移動並びに軸２の回転位置に関して特徴的なものである。センサ３の信号処理部にはプロセッサが設けられており、このプロセッサは発生器４とセンサ３のセンサ素子５の間隔の非線形の関係をプログラム技術的に線形化することができる。
【００７１】
センサ３の通電コイルとして構成されている誘導性のセンサ素子５は、インダクタンスを高めるために、強磁性の材料から成る巻線体又は巻線コアに巻き付けられている。これによって、信号処理部に設けられている評価回路の感度が比較的低いもので済むようになる。
【００７２】
個々のセンサ素子５の信号は、信号処理部に組み込まれている評価回路において、タスク固有のアルゴリズムを用いて評価される。
【００７３】
先ず、センサ３に配置されている複数のセンサ素子５に沿って発生器４の位置が検出される。軸２の考えられる離散的な各位置、従って、発生器４の各位置に一義的なセンサ素子５が対応付けられている限り、前述のアルゴリズムは、最小間隔を示す信号を供給する二つのセンサ素子５を発見することのみを内容とする。それらのセンサ素子５を一義的に一つのギアに対応付けることができる。この場合には、線形化を省略することができる。
【００７４】
個々のセンサ素子５間の中間位置も補間アルゴリズムによって簡単に検出することができる。
【００７５】
このように構成されている線形センサでは、補間の結果が広い範囲においてセンサ３と発生器４の間隔に依存しないという利点が得られる。
【００７６】
図示されている実施例では、センサ３又はそのセンサ素子５と発生器４の間隔が軸２の回転角に依存して変化するように発生器４が構成されており、従って、センサ３のセンサ素子５のインダクタンスはシフト軸２のその都度の回転角に依存する。
【００７７】
例えばマニュアルトランスミッションにおける場合のように、シフト軸２の並進方向にはシフトゲートの形態の極僅かな離散的な位置しか存在せず、シフト軸２のそれらの離散的な位置の各々が一義的に二つのセンサ素子５に対応付けられている場合には、最大のインダクタンスを有するセンサ素子５は選択されたシフトゲートに対応し、且つ、インダクタンスの大きさはシフト軸２の回転角に対応する。適切なアルゴリズム、例えば事前に算出されたルックアップテーブルを介して、センサ素子５のインダクタンスの大きさをシフト軸２の回転角に換算することができる。
【００７８】
個々のセンサ素子５間の位置に関してもシフト軸２の回転角を検出できるようにするために、拡張されたアルゴリズムを形成することも可能である。この場合には、三次元のルックアップテーブルが設けられる。所要メモリスペースを低減するために、ルックアップテーブルの数を限定し、中間位置に関してはルックアップテーブル間での補間を実施することも可能である。
【００７９】
センサ３のセンサ素子５と発生器４の間隔の前述のような絶対的な測定は原理的に十分なものである。
【００８０】
これに関して、発生器４は強磁性の材料から成る測定面を有している。この測定面とセンサ３又はそのセンサ素子５の間隔は、シフト軸２の種々の回転位置が検出されるべきシフト軸２の回転角領域にわたって、シフト軸２の変化する回転位置に応じて変化する。勿論、シフト軸２の並進方向の位置の変化によっても間隔は相応に変化する。
【００８１】
センサ素子５と発生器４の間隔の絶対的な測定の代わりに、非常に狭い範囲での障害耐性の低い相対的な測定を実施するためには、図４から最も良く見て取れるように、発生器４に強磁性の材料から成る基準面が設けられている。この基準面は、シフト軸２の種々の回転位置が検出されるべきシフト軸２の回転領域にわたり、センサ３又はそのセンサ素子５までの十分に一定の間隔を有している。強磁性材料から成るこの基準面は、図４の右側に示されている発生器部分７において、シフト軸２が所定の回転領域において回転する場合、又は、回転軸について所定の回転角だけ回転する場合、図６に例示的に示されているように発生器部分７に対応付けられているセンサ素子５との間隔が一定に維持されるように配置されている。図４の左側の発生器部分６には、前述のように強磁性材料から成る測定面が設けられており、この測定面からセンサ３の所属のセンサ素子５までの間隔はシフト軸２の回転角に依存して変化する。
【００８２】
図４の右側の発生器部分７に設けられている基準面は、シフト軸２に関して設定されている回転角領域にわたり、センサ３のセンサ素子５まで一定の間隔を有しているが、これに対し図４の左側の発生器部分６に設けられている測定面は、それぞれのセンサ素子５まで、シフト軸２の回転角に依存する間隔を有している。
【００８３】
信号処理部の評価回路は、離散的なセンサ素子５の受信信号から、図４の発生器４の左側の発生器部分６の測定面に対応付けられている信号を容易に求めることができる。この測定信号と、図４の右側の発生器部分７における基準面によって形成される基準信号の比は、シフト軸２の回転角に関する尺度を表す。
【００８４】
更には、発生器４が二つの測定面を有するように発生器４を拡張させることも可能である。この場合、一方の測定面とセンサ素子５の間隔変化と他方の測定面とセンサ素子５の間隔変化は、シフト軸２の回転角の少なくとも一部の領域においては、相互に逆方向性である。これによって独立した二つの信号値が得られ、従って、シフト軸２の回転角のより良好な分解能が得られる。二つの測定面が相互に参照される場合には、前述の別個の基準面を省略することも可能である。
【００８５】
例えば、第１の測定面は回転角にわたりセンサ素子５までの実質的に一定の間隔を有していても良い。但し、０°から＋２５°の角度領域においては、第１の測定面とセンサ素子５の間隔が他の領域における間隔よりも大きくされている。第２の測定面も回転角にわたりセンサ素子５までの実質的に一定の間隔を有している。但し、０°から−２５°の角度領域においては、第２の測定面とセンサ素子５の間隔が他の領域における間隔よりも大きくされている。
【００８６】
この前述の実施の形態においては、機械的な制限に基づき、−２５°から＋２５°の角度領域外にある回転角が生じることはない。
【００８７】
二つの測定面に対応付けられているセンサ素子５の信号が等しい場合、回転角は０°丁度である。
【００８８】
第１の測定面に対応付けられている信号が第２の測定面に対応付けられている信号よりも小さい場合には、シフト軸２の回転方向は＋２５°の方向にある。この場合には、シフト軸２の回転角を正確に検出するために、０°から２５°の角度領域において変化しない、第２の測定面に対応付けられている信号を参照することができる。
【００８９】
第２の測定面に対応付けられている信号が第１の測定面に対応付けられている信号よりも小さい場合には、シフト軸２の回転方向は−２５°の方向にある。この場合には、シフト軸２の回転角を正確に検出するために、０°から２５°の角度領域において変化しない、第１の測定面に対応付けられている信号を参照することができる。
【００９０】
図面に示していない発生器４は＋２５°から−２５°の回転角測定領域のために設けられている。これはマニュアルトランスミッションに関しては一般的な値である。
【００９１】
誘導性のセンサ素子５を備えたセンサ３では測定距離が大きくなるに連れ信号分解能は低くなるので、発生器４の構成において、測定精度について最大限の要求が課される領域では、発生器４が可能な限りセンサ３の近傍に配置されることが好適である。トランスミッションの用途においては、０°のアイドリング位置に関して信号に対して最も高い要求が課される。従ってこの位置においては、アイドリング位置を最大の分解能で確実に検出できるようにするために、測定面がセンサ３まで最短の間隔を有しているように測定面は構成されている。
【００９２】
シフト軸２に取り付けられている発生器４の図７に示されている実施の形態においては、シフト軸２の長手軸との間隔がシフト軸２の周方向の経過にわたり変化するように測定面が構成されている。従って、センサ素子５と測定面の間隔はシフト軸２の回転角と共に変化する。
【００９３】
図８においても部分的にしか示されていないシフト軸２に取り付けられている発生器４の図８に示されている実施の形態においては、発生器４の幅、従って測定面の幅がシフト軸２の周方向にわたり変化する。従って、対応するセンサ素子５において検出される測定信号は、シフト軸２の回転角に依存する。
【００９４】
発生器４の図９に示されている実施の形態においては、発生器４又はその測定面に空所が設けられており、この空所の幅がシフト軸２の周方向において変化する。それぞれのセンサ素子５において検出される測定信号も相応に変化する。
【００９５】
発生器４の図１０に示されている実施形態では、この発生器４自体は強磁性ではない。この発生器４には強磁性のフィルム８が接着されており、この強磁性のフィルム８が発生器４の測定面を形成している。フィルム８の幅はシフト軸８の周囲にわたり変化するので、それぞれのセンサ素子５においては、シフト軸２の回転角に依存する測定信号が検出される。
【００９６】
図１１から図１３に示されている発生器４では、第１の発生器部分９及び第２の発生器部分１０が設けられている。第１の発生器部分９は、シフト軸２の長手軸との間隔が周方向において変化する測定面を形成している。第２の発生器部分１０は、シフト軸２の長手軸との間隔が一定である基準面を形成している。
【００９７】
図１４に示した発生器４においても同様に、第１の発生器部分９及び第２の発生器部分１０が設けられている。第１の発生器部分９では、測定面の幅がシフト軸２の周方向において変化する。第２の発生器部分１０によって形成される基準面は、シフト軸２の周囲にわたり一定の幅を有している。
【００９８】
図１５に示した発生器４では、シフト軸２の周囲にわたり幅が変化している空所の右側及び左側に基準面が設けられており、それらの基準面はシフト軸２に対して一定の間隔を有しており、従って基準面として使用することができる。
【００９９】
図１６に示されている、それ自体は強磁性でない発生器４では、シフト軸２の周方向において幅が変化する強磁性のフィルム８と、シフト軸２の周方向において幅が一定である相応の強磁性フィルム１１が発生器４に接着されている。フィルム８と同様に発生器４に接着されている、幅が一定であるフィルム１１によって、発生器４の基準面を形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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