專利名稱：使用霍爾效應(yīng)線性傳感器確定磁性元件位置的方法及相關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用霍爾效應(yīng)線性傳感器確定磁性元件位置的方法。本發(fā)明還涉及允許實(shí)施該方法的設(shè)備。更具體地，本發(fā)明適用于檢測(cè)機(jī)動(dòng)車變速箱選擇器的位置，并允許確定由駕駛員所選擇的速比。
背景技術(shù)：
對(duì)于手動(dòng)變速箱，一般通過位于車輛駕駛艙中的變速桿來進(jìn)行機(jī)動(dòng)車速比的選擇，所述變速桿借助于傳輸連桿系統(tǒng)而允許通過各種齒輪系統(tǒng)在變速箱中選擇速比，其中所述傳輸連桿系統(tǒng)與用于選擇變速箱比值的軸連接，所述齒輪系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所已 知的，這里不細(xì)述。后者一般位于車輛下方，并與車輪和發(fā)動(dòng)機(jī)連接。變速桿可以在兩個(gè)垂直的方向上移動(dòng)。在該示例中限于變速箱包括六個(gè)速比(第一、第二、第三、第四、第五和倒檔R，見圖2)的情況?！败囕v的速度”指的是變速箱中啟用的速比，而“空檔” N指的是零速比。變速桿的移動(dòng)在變速箱中被傳遞給也被稱為速度選擇器的速度選擇軸，該速度選擇軸本身相對(duì)于變速箱的縱軸線平移和旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)。借助于各種機(jī)械齒輪，該速度選擇器的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)允許啟用由駕駛員所選擇的速度。為了實(shí)現(xiàn)車輛的某些功能，例如在變速箱處于空檔時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)以減少污染性排放，通常使用速度選擇器位置傳感器。該位置傳感器一般包括與集成電子電路連接的霍爾效應(yīng)線性単元。“霍爾效應(yīng)線性単元”指的是由導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的元件，該元件被電流流過，并經(jīng)歷與該電流垂直的磁場(chǎng)，該元件產(chǎn)生與磁場(chǎng)和穿過該元件的電流成比例的輸出電壓?；魻栃?yīng)單元的測(cè)量平面垂直于由磁性元件發(fā)出的磁場(chǎng)。本說明以下稱霍爾效應(yīng)線性單元為霍爾效應(yīng)單元。如圖I中所示，位置傳感器60—般位于變速箱30的殼10中，面對(duì)(借助于支撐件40)位于速度選擇器20上的磁性元件50，該速度選擇器在選擇速度的時(shí)候相對(duì)于變速箱30的縱軸線A沿著主方向Z旋轉(zhuǎn)并沿著次方向X平移。磁性元件50的定向使得該磁性元件產(chǎn)生隨著期望檢測(cè)的速度選擇器20的移動(dòng)方向變化的磁場(chǎng)
f。在圖I中，磁場(chǎng)P垂直于縱軸線A并相對(duì)于速度選擇器20橫向地定向，這是為了測(cè)
量速度選擇器20在主方向Z上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)的定向在圖2中更為清楚地示出，該
圖2示出了圖I的俯視圖。磁場(chǎng)P在該圖中沿著變速箱30的橫軸線B定向?；魻栃?yīng)單
元70檢測(cè)由磁性元件50的平移或旋轉(zhuǎn)(如在圖I中所示的示例中)運(yùn)動(dòng)所引起的磁場(chǎng)JZ的變化，并由此確定速度選擇器20的位置。然而，由于霍爾效應(yīng)單元70只在由磁性元件50發(fā)出的磁場(chǎng)P的方向上敏感，該檢測(cè)只能在速度選擇器20的移動(dòng)方向上進(jìn)行。為了檢測(cè)變速桿80例如是否處于空檔N，霍爾效應(yīng)單元70和磁性元件50被布置用于確定速度選擇器20在主方向Z上的旋轉(zhuǎn)位置。
如上所述及如圖2所示，由磁性元件50產(chǎn)生的并由位置傳感器60檢測(cè)的磁場(chǎng)P沿著變速
箱30的橫軸線B定向。如果速度選擇器20在主方向Z上進(jìn)行正向旋轉(zhuǎn)，這表示偶數(shù)速度(第二、第四)中的ー個(gè)或者倒檔R被變速桿80選擇。如果速度選擇器反向即負(fù)向旋轉(zhuǎn)，則奇數(shù)速度(第一、第三或第五)中的ー個(gè)被選擇；最后，如果速度選擇器在縱軸線A上居中，則變速桿80被視為處于空檔。如圖2中所示，為了擺脫磁性元件的漂移和磁性元件與位置傳感器60之間的間隔的變化，通常使用位于唯——個(gè)位置傳感器60中的兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元70a與70b的輸出電壓之間的比率計(jì)量比值(rapport ratiom6trique)。這些霍爾效應(yīng)單元70a與70b位于相 同的測(cè)量平面上，即這些霍爾效應(yīng)單元是共平面的，都在由縱軸線A和橫軸線B所限定的平
面上，并且這些霍爾效應(yīng)單元測(cè)量相同的磁場(chǎng)P。實(shí)際上，通過使用兩個(gè)霍爾單元70a、70b
的輸出電壓之間的比率計(jì)量比值，所述影響被消除。該方法例如在文檔FR 2 926 881中說明。在該文檔FR 2 926 881中，使用兩個(gè)霍爾單元的輸出電壓之間的比率計(jì)量比值的反正切，以因此獨(dú)立于某些變化地檢測(cè)速度選擇器20的旋轉(zhuǎn)位置。目前，所述在唯--個(gè)移動(dòng)方向上的檢測(cè)是不夠的，而能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)所選擇的
速度以通過預(yù)計(jì)例如速度改變來改善車輛的性能(噪音、排放)則是有用的。因此，有必要不僅能夠檢測(cè)所選擇的速度類型(偶數(shù)、奇數(shù)、空檔)，還要能夠檢測(cè)速度本身并因此能夠檢測(cè)速度選擇器20在相對(duì)于變速箱的縱軸線A旋轉(zhuǎn)和平移的兩個(gè)移動(dòng)方向上的運(yùn)動(dòng)。為此，通常在速度選擇器20上添加額外的磁性元件500，以及添加位于該額外的磁性元件對(duì)面(例如位于變速箱30的殼10上)的位置傳感器600，其中所述額外的磁性元件被定向?yàn)槭沟迷擃~外的磁性元件在期望檢測(cè)(在我們的示例中為平移)的第二移動(dòng)方向或
次方向X上產(chǎn)生磁場(chǎng)I72 ,所述位置傳感器600包括ー個(gè)或兩個(gè)霍爾單元700a和700b。這些
霍爾單元位于相同的測(cè)量平面上，并且被定向?yàn)槟軌驕y(cè)量該第二磁場(chǎng)P2。這兩個(gè)霍爾效應(yīng)
單元700a與700b因此每個(gè)都產(chǎn)生與速度選擇器20在次方向X的正向上的位移(在該情況下為平移)成比例的輸出電壓。該配置(每個(gè)傳感器使用一個(gè)霍爾效應(yīng)單元)在文檔WO 9746 815中說明。通過使用兩個(gè)磁性元件50與500和兩個(gè)位置傳感器60與600 (每個(gè)都包括一個(gè)或兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元)，即通過將用于只檢測(cè)速度選擇器20在ー個(gè)方向上的位移的設(shè)備翻倍，因此可以檢測(cè)速度選擇器在兩個(gè)方向上的位移，并因此可以準(zhǔn)確地確定由使用者通過變速桿所選擇的速度。該解決方案是可靠的，但是成本高，因?yàn)楸仨毺砑哟判栽臀恢脗鞲衅鳌?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明g在提出一種通過使用比現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備更經(jīng)濟(jì)的設(shè)備來確定速度選擇器在平移和旋轉(zhuǎn)方向上的位置的方法。通過ー種用于確定磁性元件位置的方法來達(dá)到本發(fā)明的目的，其中所述磁性元件位于機(jī)動(dòng)車的變速箱選擇器上，并產(chǎn)生磁場(chǎng)ρ·,所述選擇器相對(duì)于縱軸線沿著兩個(gè)方向移
動(dòng)，即圍繞縱軸線旋轉(zhuǎn)的主方向和沿著縱軸線平移的次方向，該磁性元件位于面對(duì)位置傳感器處，所述位置傳感器包括三個(gè)霍爾效應(yīng)單元，所述方法在于測(cè)量第一霍爾效應(yīng)單元、第ニ霍爾效應(yīng)單兀和第三霍爾效應(yīng)單兀分別的第一輸出電壓、第二輸出電壓和第三輸出電
壓。本發(fā)明的顯著之處在干，這三個(gè)霍爾效應(yīng)單元沿相同方向定向，以測(cè)量磁場(chǎng)f,并且按
以下方式來布置
-兩個(gè)霍爾效應(yīng)単元在垂直于速度選擇器縱軸線的橫軸線上排齊，并在這兩個(gè)霍爾效應(yīng)單兀之間具有在橫軸線方向上的第一間隔；
-第三霍爾效應(yīng)單元被置于縱軸線上，即垂直于穿過所述另外兩個(gè)霍爾效應(yīng)単元的橫軸線，并在縱軸線上具有相對(duì)于另外兩個(gè)單元在該軸線上的位置的第二間隔。所述方法還包括
計(jì)算第一電壓V1、第二電壓V2和第三電壓V3之間的比率計(jì)量比值P以由此推導(dǎo)出磁性元件在變速箱選擇器的次移動(dòng)方向上的位置的步驟，
第一電壓V1、第二電壓V2和第三電壓V3之間的比率計(jì)量比值P按以下方式來定義
權(quán)利要求
1.一種用于確定磁性元件(50)位置的方法，其中所述磁性元件位于機(jī)動(dòng)車的變速箱選擇器(20)上并產(chǎn)生磁場(chǎng)(^)，所述速度選擇器(20)相對(duì)于縱軸線(A)沿著兩個(gè)方向即主方向(Z)和次方向(X)移動(dòng)，所述磁性元件(50)面對(duì)位置傳感器(60)，所述位置傳感器包括三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)，所述方法在于，測(cè)量分別在第一霍爾效應(yīng)單元(70a)、第二霍爾效應(yīng)單元(70b)和第三霍爾效應(yīng)單元(70c)的輸出處的第一電壓(V1X第二電壓(V2)和第三電壓(V3)，所述方法的特征在于，該方法包括使用在相同方向上定向以測(cè)量磁場(chǎng)(f)的三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)，所述三個(gè)霍爾效應(yīng)單元按以下方式布置 -兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b)在垂直于所述速度選擇器(20)的縱軸線(A)的橫軸線(B)上排齊，并在它們之間具有沿著所述橫軸線(B)的第一間隔(ei)； -第三霍爾效應(yīng)單元(70c)被布置在所述縱軸線(A)上，即垂直于穿過另外兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元的所述橫軸線(B)，并相對(duì)于所述前兩個(gè)單元(70a、70b)在所述縱軸線(A)上的位置具有沿著所述縱軸線(A)的第二間隔(e2)， 所述方法的特征還在于，所述方法還包括 計(jì)算第一電壓(I)、第二電壓(V2)和第三電壓(V3)之間的比率計(jì)量比值(P)的步驟，所述比率計(jì)量比值由p =來定義,其中所述第一電壓(V1)和第二電壓(V2)
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)是共平面的，都在由所述縱軸線(A)和所述橫軸線(B)所限定的平面上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，k=l，Ic1=O并且k3=0，而所述比率計(jì)量比值P表達(dá)為P=V3/V。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所測(cè)量的第一電壓(V1)和第二電壓(V2)之間的幾何平均值(V)線性化。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括預(yù)先步驟，該預(yù)先步驟在于，根據(jù)所測(cè)量的每個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)的輸出電壓的變化規(guī)律來設(shè)計(jì)以下要素中至少一個(gè)的尺寸 所述磁性元件(50)的尺寸； 所述三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)每個(gè)之間的、在所述縱軸線(A)和所述橫軸線(B)上的間隔(ei、e2)； 所述磁性元件(50)和所述霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)的測(cè)量平面之間的、在所述縱軸線(A)和所述橫軸線(B)上的間隔， 其中所述所測(cè)量的每個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)的輸出電壓本身取決于所述磁性元件(50)相對(duì)于所述霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)的位置。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用相同的霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述主方向(Z)是所述磁性元件(50)圍繞所述縱軸線(A)的旋轉(zhuǎn)方向。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述次方向(X)是所述磁性元件(50)在所述縱軸線(A)上的平移方向。
9.如權(quán)利要求I至6所述的方法，其特征在于，所述主方向(Z)是所述磁性元件(50)在所述縱軸線(A)上的平移方向。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述次方向(X)是所述磁性元件(50)圍繞所述縱軸線(A)的旋轉(zhuǎn)方向。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括預(yù)先步驟，該預(yù)先步驟在于，計(jì)算所述第一電壓(V1)和第二電壓(V2)之間的比值(Q)的反正切，以由此推導(dǎo)出所述磁性元件(50)在所述變速箱(30)的選擇器(20)的主移動(dòng)方向(Z)上的位置。
12.ー種用于確定磁性元件(50)的位置的設(shè)備，其中所述磁性元件(50)位于機(jī)動(dòng)車的變速箱選擇器(20)上并產(chǎn)生磁場(chǎng)(P)，所述速度選擇器(20)相對(duì)于縱軸線(A)沿著兩個(gè)方向即主方向(Z)和次方向(X)移動(dòng)，所述磁性元件(50)面對(duì)位置傳感器(60)，所述位置傳感器包括三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)，所述設(shè)備包括用于測(cè)量分別在第一霍爾效應(yīng)單元(70a)、第二霍爾效應(yīng)單元(70b)和第三霍爾效應(yīng)單元(70c)的輸出處的第一電壓(V:)、第二電壓(V2)和第三電壓(V3)的裝置，所述設(shè)備的特征在于，所述三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、.70b、70c)在相同的方向上定向，在相同方向上測(cè)量所述磁場(chǎng)(|/·),并按以下方式布置 -兩個(gè)霍爾效應(yīng)単元(70a、70b)在垂直于所述速度選擇器(20)的縱軸線(A)的橫軸線(B)上排齊，并在它們之間具有沿著所述橫軸線(B)的第一間隔(ei)； -第三霍爾效應(yīng)單元(70c)被布置在所述縱軸線(A)上，即垂直于穿過另外兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元的所述橫軸線(B)，并相對(duì)于所述前兩個(gè)單元(70a、70b)在所述縱軸線(A)上的位置具有沿著所述縱軸線(A)的第二間隔(e2)， 所述設(shè)備的特征還在于，所述設(shè)備還包括 用于計(jì)算第一電壓(')、第二電壓(V2)和第三電壓(V3)之間的比率計(jì)量比值(P)的裝置，所述比率計(jì)量比值由p : 77-TT77來定義，其中所述第一電壓(V1)和第二電 V キ Λ; V, ^壓(V2)之間的幾何平均值F =,Mk^k1和k3為與所述位置傳感器(60)的尺寸設(shè)計(jì)相關(guān)的常數(shù)； 用于推導(dǎo)出所述磁性元件(50)在所述變速箱(30)的選擇器(20)的次移動(dòng)方向(X)上的位置的裝置，所述比值P隨著所述磁性元件(50)在所述變速箱(30)的選擇器(20)的次移動(dòng)方向(X)上的位置線性地變化。
13.一種用于機(jī)動(dòng)車變速箱選擇器(20)的位置傳感器(60)，該位置傳感器實(shí)施如權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
一種用于確定磁性元件(50)的位置的方法，其中所述磁性元件位于機(jī)動(dòng)車的變速箱選擇器(20)上，并產(chǎn)生磁場(chǎng)(公式I)，所述速度選擇器(20)相對(duì)于縱軸線(A)在兩個(gè)方向即主方向(Z)和次方向(X)上移動(dòng)，所述磁性元件(50)面對(duì)位置傳感器(60)，所述位置傳感器包括三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)，所述方法在于測(cè)量分別在所述三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)輸出處的三個(gè)電壓(V1、V2、V3)，所述方法的特征在于，該方法包括使用在相同方向上定向以測(cè)量所述磁場(chǎng)(公式I)的三個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b、70c)，所述三個(gè)霍爾效應(yīng)單元按以下方式布置兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元(70a、70b)在垂直于所述速度選擇器(20)的縱軸線(A)的橫軸線(B)上排齊，第三霍爾效應(yīng)單元(70c)被布置在所述縱軸線(A)上，即垂直于穿過另外兩個(gè)霍爾效應(yīng)單元的所述橫軸線(B)，所述方法的特征還在于，所述方法還包括計(jì)算第一電壓(V1)、第二電壓(V2)和第三電壓(V3)之間的比率計(jì)量比值(P)的步驟，所述比率計(jì)量比值由公式(II)定義，其中公式(III)，且k、k1和k3為常數(shù)；推導(dǎo)出所述磁性元件(50)在所述次方向(X)上的位置的步驟。(I)；(II)； (III)。
文檔編號(hào)G01D5/14GK102686979SQ201080059583
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者E.塞韋爾 申請(qǐng)人:歐陸汽車有限責(zé)任公司, 法國歐陸汽車公司