用于检测可沿纵向移位和可转动的轴的轴向位置和转动位置的传感器结构制造技术

本发明专利技术涉及一种传感器结构，其可借助于单个传感器以简单又不复杂的方式方法可靠地检测轴(2)的平移运动和转动运动，建议传感器结构(1)具有传感器(3)和探测元件(4)，传感器具有至少两个传感器元件(5)，这些传感器元件沿轴(2)的纵向，较佳为平行于轴(2)成排地并相对于轴(2)固定地设置，而探测元件构造成在轴(2)转动运动时在可单独分析的传感器元件的至少一个内进行与转角有关的明确的测量信号变化。

【技术实现步骤摘要】
用于检测可沿纵向移位和可转动的轴的轴向位置和转动位置的传感器结构
本专利技术涉及一种用于检测可沿纵向移位和可转动的轴，诸如手动变速器的换档轴的轴向位置和转动位置的传感器结构。
技术介绍
借助于这种换档轴的纵向或平移运动来选择例如手动变速器的一个可能的换档叉轴拨块凹槽(Schaltgasse)。接着，借助于换档轴在换档叉轴拨块凹槽内的转动或旋转运动触发换档过程。在典型的手动变速器中，在一个换档叉轴拨块凹槽内设置有至多两个可选档位，诸如档位对“1”和“2”或者档位对“3”和“4”。如果首先挂入一个档位，则以简单的方式由产生的速度和发动机转速求出变速比并分配给一个档位。对于各种控制和监测过程有利的是，提早知晓正在进行的换档过程。此外，对于发动机控制应用有利的是，提早，即还在开始力配合之前就知晓，挂入的或应当挂入的是哪一挡。已知设置用于检测换档轴或换档叉轴拨块凹槽的平移运动的线性位置传感器和附加地用于检测换档轴的旋转运动的转角传感器。然后，线性位置传感器和转角传感器的信号在控制器中关联。然后，作为这种关联的结果，可提供用于期望应用的明确位置。这种现有技术的缺点是，必须采用两个传感器，即线性位置传感器和转角传感器。由此使用于传感器安装和传感器布线的成本翻倍。此外，在手动变速器范围内经常没有用于两个传感器所需的结构空间。在专利文献DE4415688中描述了一种用于不接触地检测可轴向移位并可转过一定角度的轴的确定位置的传感器。所述解决方案的缺点是信息的模棱两可。从传感器的瞬时值中无法得出轴例如是否处于位置“G2”中或者是否在换档叉轴拨块凹槽之间实施平移运动。DE102007032972A描述了一种用于检测轴的轴向位移的测量装置和方法。该方法利用了另一种传感器装置，其提供与轴的垂直于轴向位移的位移相关联的信息。在DE19813318A中公开了一种方法，该方法通过测量离与可转动的轴连接的偏心轮的取决于角度的距离来确定轴的转角。此外，此文献公开了通过应用参考面来补偿关于轴的径向位置的机械误差。DE3244891A描述了一种带有线圈的长度传感器。这些线圈沿测量路径设置并能借助于模拟乘法器被单独选择。
技术实现思路
从上述现有技术出发，本专利技术的任务在于，提供一种用于检测可沿纵向移位和可转动的轴，诸如手动变速器的换档轴的轴向位置和转动位置的传感器结构，其中，借助于单个传感器可简单又不复杂地可靠检测可沿纵向移位和可转动的轴的平移运动和旋转运动。根据本专利技术，该任务通过一种传感器结构来解决，该传感器结构具有带有至少两个传感器元件的线性传感器，以及探测元件，这些传感器元件沿轴的纵向，较佳为成排地平行于轴并关于轴固定地设置，而探测元件构造成在轴进行旋转运动时，在可单独分析的传感器元件中的至少一个传感器元件中进行与转角有关的明确的测量信号变化。根据本专利技术的传感器结构的有利改型，该传感器结构具有测量电子装置，其分配给该至少两个传感器元件并可借助于该至少两个传感器元件中的每一个来单独分析，而探测元件设置在轴处并可随轴移位和转动，并且借助于探测元件可分别在该至少两个传感器元件内产生信号，该信号具有针对轴沿纵向的位移和轴的转动位置的表征性的且明确的信号曲线。针对根据本专利技术的传感器结构的传感器元件可实施如下：传感器的传感器元件有利地构造成机械式、磁式或电容式并构造为测量探头、线圈、电感式传感器元件、涡流传感器元件，较佳为磁性预加载的霍尔传感器元件、电容式传感器元件等等。根据本专利技术的解决方案的基础是在任何情况下都存在一种探测元件，该探测元件能够在传感器元件内产生可再现的测量信号变化。探测元件与一物体固定相连，该物体的位置应参照另一物体来确定。而传感器又与该另一物体固定相连。在手动变速器的情况下，探测元件与换档轴固定相连。传感器与变速器外壳固定相连。在这种结构中，由此可确定换档轴相对于变速器外壳的位置。探测元件对于传感器元件及由此对于测量信号(在测量信号变化的意义下)的可再现作用可以各种对于技术人员来说已知的方式方法来实现。在应用机械扫描的传感器元件时，在扫描位置处，探测元件的轮廓与扫描的传感器元件的距离是探测元件的改变测量信号的特性。在应用由铁磁探测元件和电感式传感器元件构成的组合时，存在通过设计和使铁磁探测元件成形来实现对测量信号的影响的各种可能。探测元件的距离和/或有效的材料量可根据位置而变。具有不同导磁率的材料的组合也可产生在传感器元件内检测到的测量信号的期望的与位置有关的变化。一种可能的构造是离传感器元件的距离的与角度有关的变化。随着距离的增大，探测元件对于电感式传感器元件的铁磁影响减小，且由此在传感器元件处检测到的测量信号变小。另一种构造是探测元件的几何形状，其中在电感式传感器元件或线圈的磁场范围内的铁磁材料量根据转角而变，诸如通过探测元件的宽度不是恒定的方式而变化。更大量的铁磁材料导致测量信号的增大。此外可以组合上述两种构造的可能性。代替铁磁探测元件与电感传感器的组合(其中测量传感器元件的电感变化或磁流变化)，可采用导电探测元件与电感作用的涡流传感器的组合。对于这种涡流传感器，通常测量谐振电路的不同衰减。对于测量信号的效果又取决于传感材料的导电性。对于根据本专利技术的应用，在此情况下如此设计导电的探测元件，以使得产生对于测量信号的与位置有关的作用。这种与位置有关的作用可通过根据位置来改变探测元件与涡流传感器元件之间的距离和/或探测元件在涡流传感器元件的检测区域内的有效面积来实现。根据本专利技术的传感器结构的基本功能通过包括沿测量路径设置的可单独分析的传感器元件的线性传感器和探测元件来实现，该探测元件构造成在转动运动时在可单独分析的传感器元件中的至少一个传感器元件中进行与转角有关的明确的测量信号变化。根据本专利技术的装置构造成该至少两个可单独分析的传感器元件经由固定在轴处的探测元件检测轴的轴向位移。为了能检测轴向位移，探测元件构造成在可单独分析的传感器元件中产生对应于轴向位移的不同测量信号。探测元件可例如是轴中的凸肩(Absatz)。在多个传感器元件的情况下，探测元件运动经过各个传感器元件。从对所有单独的测量值的处理可计算出轴的轴向位置。为了还检测轴的旋转运动，根据本专利技术，这通过以下方式拓宽了实现基本功能的线性传感器结构，即探测元件不是旋转对称的，而是至少在测量技术上待检测的角度区域内关于圆周角作修改。这可以例如是在待检测的角度区域内探测元件的与角度有关的高度。由此角度可明确地对应每个高度。为了在车辆范围内可能较困难的环境条件下确保可靠的测量，有利的是，探测元件设计成可根据至少两个单独在传感器元件处检测到的测量信号的组合在不分析绝对测量值的情况下确定轴的轴向位置和转角。例如，在-40℃到150℃的范围内，由钢ST37制成的铁磁探测元件的导磁率变化约23％。这种性能可借助于测量传感器内的温度来补偿，然而决不能确保传感器外壳内的温度对应于手动变速器内的探测元件的温度。对应的一致性甚至是不可能的。其它的测量误差通过传感器元件和分析电子设备的温度相关性而产生。前述问题在根据本专利技术的传感器结构中如此解决，即用于测定角度位置的传感器结构具有一个或多个基准面，以由此检测并补偿温度的影响。对此，至少一个基准面设置和构造成可借助于传感器结构的至少一个可单独分析的传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.24 DE 102010056271.81.一种用于检测能沿纵向移位和能转动的轴(2)的轴向位置和转动位置的传感器结构，所述传感器结构具有线性传感器(3)和探测元件(4)，所述线性传感器具有至少两个传感器元件(5)，所述传感器元件沿所述轴(2)的纵向、平行于所述轴(2)并相对于所述轴(2)固定地设置，其特征在于，所述探测元件(4)构造成在所述轴(2)转动运动时在至少两个能单独分析的传感器元件(5)中进行与转角有关的明确的测量信号变化，其中，所述探测元件(4)具有参考面，所述参考面在所述轴(2)的在其中应检测到所述轴(2)的不同转动位置的转角区域内具有离所述线性传感器(3)恒定的距离。2.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述传感器结构具有测量电子装置，所述测量电子装置被分配给所述至少两个传感器元件(5)并能借助于所述至少两个传感器元件(5)中的每个传感器元件单独分析，所述探测元件(4)设置在所述轴(2)处，并能随所述轴移位和转动，并且能借助于所述探测元件(4)在所述至少两个传感器元件(5)中分别产生信号，所述信号具有针对所述轴(2)沿纵向的位移和所述轴(2)的转动位置的表征性的且明确的信号曲线。3.如权利要求1或2所述的传感器结构，其特征在于，所述线性传感器(3)的所述传感器元件(5)构造成机械的、磁性的或电容的。4.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述探测元件(4)具有测量面，所述测量面离所述线性传感器(3)的距离在所述轴(2)的在其中应检测到所述轴(2)的不同转动位置的转角区域内按照所述轴(2)的变化的转动位置而变化。5.如权利要求4所述的传感器结构，其特征在于，所述探测元件(4)具有两个测量面，所述测量面离所述线性传感器(3)的距离在所述轴(2)的在其中应检测到所述轴(2)的不同转动位置的转角区域内反向变化。6.如权利要求4所述的传感器结构，其特征在于，所述探测元件(4)具有两个测量面，其中第一或第二测量面在所述轴(2)的在其中应检测所述轴(2)的不同转动位置的转角区域内的第一或第二子区域内具有离所述线性传感器(3)恒定的距离。7.如权利要求4所述的传感器结构，其特征在于，所述轴(2)是手动变速器的换档轴，所述探测元件(4)的所述测量面在所述手动变速器的空转位置具有离所述线性传感器(3)最小的距离。8.如权利要求4所述的传感器结构，其特征在于，所述轴(2)是手动变速器的换档轴，所述线性传感器(3)的传感器元件(5)分配给所述手动变速器的换档轴(2)的每个离散的轴向位置或换档叉轴拨块凹槽。9.如权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述传感器结构(1)或所述线性传感器(3)的信号处理装置构造成，借助于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·孟克莫勒，
申请(专利权)人：帕拉贡股份公司，
类型：发明
国别省市：