Wie sich alle Schaltpositionen unabhängig von Drehzahl und Geschwindigkeit erkennen lassen

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

CADFEM Germany GmbH

AB Elektronik GmbH

Patentierter Ansatz zur Gangerkennung

Der Getriebesensor von AB Electronics kann in den Bauraum eines Rückfahr-Licht-Schalters integriert werden, also in ein Loch im Getriebegehäuse, ohne direkten Kontakt zur Schaltwelle, die in diesem Fall direkt vor dem Sensor liegt. Wird der Schalthebel von links nach rechts und umgekehrt bewegt, gewegt sich die Schalwelle geradlinig. Wird hingegen von einem Gang über Neutral zum nächsten Gang geschaltet, dreht sie sich. Die Aufgabe ist folglich das Erfassen diskreter Positionen im zweidimensionalen gekrümmten Raum: vor dem Sensor bewegt sich im Prinzip ein Teil einer Zylinder-Oberfläche.

Der patentierte Ansatz liegt darin, einen magnetisch empfindlichen Sensor (Hall) mit einem eingebauten Magneten (back-biased) in das Getriebe zu verbauen und dort an der Schaltwelle ein magnetisch leitfähiges Geberelement zu montieren. Dieser Ansatz bietet den Vorteil, keinen weiteren Magneten direkt im Getriebe unterzubringen, da Spanansammlungen weitestgehend vermieden werden sollen.

Das Geberelement, auch Kulisse genannt, entspricht in der Form dem erwähnten Teilzylinder und bewegt sich mit der Schaltwelle. Damit werden verschiedene Bereiche der Kulisse vor den Sensor gebracht und beeinflussen das vom sensorinternen Magneten erzeugte Feld. Sind nun die verschiedenen Bereiche der Kulisse so geformt, dass an den einzelnen Positionen unterschiedliche Feld-Verzerrungen erfolgen, können diese vom Sensor erkannt werden.

Die Position des Schalthebels wird mittels Signalverarbeitung berechnet

Der AB-Sensor kann das Magnetfeld in drei Achsen aufnehmen. Mittels einer anschließenden Signalverarbeitung werden daraus, der Position des Schalthebels, entsprechende Signalfeldstärken und Winkel berechnet. Diese werden im nachfolgenden Algorithmus miteinander logisch verknüpft und durch Schwellwerte daraufhin überprüft, ob die neutrale Position oder ein Gang eingelegt ist. Mittels des Algorithmus kann dann auch der einzelne Gang ermittelt werden.

Diese prinzipiell temperaturunabhängigen Werte können, je nach Geberkulisse, eindeutige Indikatoren für die Positionen sein. Aufgabe der Signalauswertung ist also die Berechnung der notwendigen Winkel, Ausführen einer Fallunterscheidung auf Basis dieser Rechenergebnisse, und der Vergleich mit einer Tabelle, in der die auszugebenden Signale entsprechend den Gangpositionen abgelegt sind. Zusätzlich wird in der Auswertung noch eine Temperaturkompensation durchgeführt, da neben den Winkeln auch die Absolutwerte in die Gangbestimmung mit eingehen.

Ein Sensor genügt zum Erkennen aller Schaltpositionen

Dieses System arbeitet sehr schnell und zudem auch sehr genau. Die optimale Steuerung von neuartigen, emissionssenkenden Zusatzfunktionen ist möglich. Mit bisherigen Systemen war die geforderte Genauigkeit nicht zu erreichen. Zudem ist es mit dem Lateral-Hall-Sensor möglich, nur einen Sensor zur Detektion aller Gänge einzusetzen, was Kosten reduziert, Bauraum spart und eventuell sogar zusätzliche Leitungen im Kabelbaum enfallen lässt.

Da durch die Auslegung des Systems alle Positionen lückenlos detektiert werden können, bietet sich die Kombination mit Komfortfunktionen zur Fahrerunterstützung als zusätzliches Feature an.

Mit dem Sensorsystem von AB Elektronik lässt sich mit nur einem Sensor die komplette Positionserkennung im Fahrzeuggetriebe realisieren. Schnelligkeit und Genauigkeit entsprechen den Forderungen innovativer Start/Stopp- und Anfahr-Assistent-Systeme. Zusätzliche Benefits werden durch Gewichts- und Kostenreduzierung gegenüber herkömmlichen Systemen erreicht. Auch die Montage mit nur einer Schraube, die in Größe und Anzugsmoment dem bestehenden Serienprozess angepasst wird, ist vorteilhaft.

Es kann also ohne mechanischen Kontakt und mit nur einem Sensor die Position der Schaltwelle direkt gemessen werden, wobei problemlos bis zu acht Gänge die Neutralposition und natürlich der Übergangszustand erfasst und ausgegeben werden kann. Insbesondere letzteres ermöglicht es dem Steuergerät, die Schaltabsicht vorbereitend umzusetzen.

*Marcus Irrgang ist Entwicklungsingenieur Fachbereich Elektronik bei der AB Elektronik GmbH in Werne.

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