本發(fā)明涉及感應(yīng)式位置確定設(shè)備。本發(fā)明尤其是涉及確定機(jī)動車車載裝置的位置。

背景技術(shù)：

在機(jī)動車中，在不同的裝置上構(gòu)造有位置傳感器，其探測第一元件相對第二元件的位置，以便例如探測能下降的窗戶的狀態(tài)、座椅的狀態(tài)或擋位桿的換擋位。用于檢測這種位置的位置傳感器可以感應(yīng)式地構(gòu)建，其中，在其中一個元件上安置線圈，而在另一元件上安置能傳導(dǎo)的元件。線圈可以被加載以預(yù)定的頻率的正弦電壓，其中，在線圈上出現(xiàn)依賴于線圈的電感的復(fù)雜的電壓。能傳導(dǎo)的元件越靠近線圈，那么在能傳導(dǎo)的元件中感應(yīng)出且使線圈區(qū)域內(nèi)的磁場削弱的渦流就越強。線圈的電感由此受到負(fù)面的影響，從而線圈上的電壓下降。因此，元件彼此間的位置可以借助在線圈上出現(xiàn)的電壓來確定。

然而，構(gòu)建正弦發(fā)生器通常需要敏感的模擬電路，或者需要昂貴的數(shù)字電路。此外，線圈上的電壓必須通常借助模擬測量放大器去耦，以便可以進(jìn)行評估。這種放大器會導(dǎo)致明顯的溫度漂移、長的起振時間(einschwingzeit)和提高的易出錯性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種改進(jìn)的用于感應(yīng)式位置確定的設(shè)備。本發(fā)明借助具有獨立權(quán)利要求的特征的設(shè)備來解決該任務(wù)。從屬權(quán)利要求給出了優(yōu)選的實施方式。

用于感應(yīng)式位置確定的設(shè)備包括信號發(fā)生器、與信號發(fā)生器連接的線圈、用于依賴于與線圈的間距地影響線圈電感的元件以及用于基于線圈上的電壓來確定元件相對線圈的位置的評估裝置。在此，信號發(fā)生器提供矩形信號。信號發(fā)生器提供用于激勵線圈的矩形信號。因此取消所有有源的電構(gòu)件，它們在常規(guī)情況下是需要的，以便能夠?qū)崿F(xiàn)評估線圈上的電壓。例如，不再需要利用低通過濾器過濾信號發(fā)生器的信號，這是因為正弦形的信號不再是期望的。此外，取消了強制對信號發(fā)生器的信號的放大，于是由此消除了常規(guī)的由于濾波器導(dǎo)致的能量損耗。信號發(fā)生器的矩形信號可以直接和/或僅借助無源的電構(gòu)件來加載線圈，并且這種設(shè)備的制造成本可以因此得到降低。此外，被探測的線圈電壓同樣不再被強制放大。矩形信號例如可以借助數(shù)字邏輯電路或借助可編程的微計算機(jī)實現(xiàn)。矩形信號的電壓在此可以相應(yīng)于常見的邏輯電位，例如0v和+5v，從而矩形信號可以是足夠強的，以便導(dǎo)致線圈上的可以明確地由評估裝置鑒別出和檢測到的電壓。用于矩形信號的放大器和用于線圈電壓的放大器可以同樣是不重要的。

由于有源的電構(gòu)件的數(shù)量通過該方式得到減少，所以直至實現(xiàn)線圈電壓的穩(wěn)定的測量值的起動時間或起振時間得到減少。換言之，當(dāng)矩形脈沖作為矩形信號的一部分由信號發(fā)生器產(chǎn)生時，直到線圈上的電壓穩(wěn)定將持續(xù)特定的時間。由于當(dāng)電壓穩(wěn)定以前探測電壓時對電壓的探測可能得到錯誤的探測值，所以有利的是，起振時間盡可能短。起振時間此外依賴于在信號產(chǎn)生與信號到達(dá)之間在線圈上運行的信號處理時間，以及依賴于環(huán)境溫度。消除低通濾波器和信號放大器可以被視為減少信號處理時間。因此，通過該有創(chuàng)造性的想法大程度地(massiv)縮短了起振時間，其中，“大程度地”在本文中例如可以表示系數(shù)十。由于起振時間的溫度依賴性基本上例如依賴于有源的構(gòu)件的溫度敏感性，例如放大器的溫度敏感性，所以通過減少有源的構(gòu)件同樣在設(shè)備的整個運行溫度范圍內(nèi)縮短了起振時間。用于在機(jī)動車技術(shù)中使用的電子器件的運行溫度區(qū)域例如可以在-40攝氏度至+110攝氏度之間。

矩形信號可以包括關(guān)于基礎(chǔ)頻率的若干諧波，其中，諧波分別可以按相同方式影響線圈上的電壓，從而線圈上的電壓信號可以以改進(jìn)的精確度指明元件的位置。電壓可以具有縮短的上升或下降時間，從而元件的位置可以更快地確定。常見的、相對于正弦電壓的測量例如可能需要大約300微秒的測量時間，而所提出的設(shè)備可以適應(yīng)大約10微秒范圍內(nèi)的測量時間。

此外，消除電構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的更緊湊的結(jié)構(gòu)。可靠性以及期望的使用壽命由此同樣提高。

在一個實施方式中，用于限制電流的電阻以與線圈串聯(lián)的方式接在信號發(fā)生器之后。流過線圈的電流因此可以被限制到預(yù)給定的最大電流值上，并且設(shè)備的使用壽命可以得到提高。

在一個優(yōu)選的實施方式中，線圈構(gòu)造為單層的平面線圈(planarspule)。通過消除線圈上的被探測的電壓中的能量損耗，不再需要在這樣的設(shè)備中多層地設(shè)計平面線圈。因此，制造成本還可以得到下降，這是因為在制造多層線圈時的費用明顯大于在制造單層線圈時的費用。在制造多層線圈時，例如需要單獨地檢驗每個線圈。尤其是必須確保多層線圈的子層之間的電連接。與之相反，單層線圈的完整性或功能良好性可以自動以視覺或光學(xué)的方式來檢驗，這是因為整個線圈在表面上可見。

線圈上的電壓優(yōu)選包括具有矩形信號的頻率的交變電壓并且包括具有矩形信號的多個奇數(shù)倍頻率的至少一個另外的交變電壓(諧波)。另外的交變電壓與第一交變電壓相比通常具有更小的振幅。通常，矩形信號可以由無窮多個具有多倍于基礎(chǔ)頻率的頻率的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)組合成。該組合也作為傅里葉序列公知。組合成矩形電壓的各個信號可以為增大的電壓做出貢獻(xiàn)，該增大的電壓可以作為測量信號在線圈上進(jìn)行探測。元件的位置因此能夠以更大的敏感性或更高的速度來確定。如果借助可編程的微計算機(jī)來評估電壓，那么微計算機(jī)可以由于縮短的測量時間具有更小的效能。

優(yōu)選地，施加在線圈上的交變電壓借助低通濾波器求積分得到直流電壓。這尤其是可以適用于不同的組合成矩形信號的交變電壓。因此，單個電壓可以簡單且高效地組成總電壓，其大小可以更好地指明元件的位置。

此外，優(yōu)選的是，線圈是平面線圈。平面線圈可以例如構(gòu)造為電路板或其他適當(dāng)?shù)某休d材料的表面上的印制電路。在一個實施方式中，平面線圈實施為多層，尤其是兩層。平面線圈通常僅具有少量線匝，例如在大約9至30個線匝的范圍內(nèi)。與此相對應(yīng)地，線圈的基礎(chǔ)電感是相對小的。由于很小的電感，線圈可以更好地影響更高頻率的電壓分量，從而可以評估基礎(chǔ)振動的多個諧波。此外，平面線圈尤其是在機(jī)動車的區(qū)域內(nèi)基于其很小的厚度是能易于操縱的。

在另一實施方式中，能控制的開關(guān)裝置設(shè)置用于連接線圈的端部和預(yù)定的電勢。線圈可以用簡單的方式與預(yù)定的電勢連接，以便執(zhí)行相對線圈的測量。因為開關(guān)裝置通向預(yù)定的電勢，所以其不必適合高頻率地實施，從而代替昂貴的高頻晶體管地例如可以使用廉價的低頻晶體管作為開關(guān)裝置。預(yù)定的電勢尤其可以是地電勢。

也可以設(shè)置有多個線圈，這些線圈分別具有配屬的開關(guān)裝置。由此，信號發(fā)生器、評估裝置和必要時低通濾波器可以經(jīng)濟(jì)地多次使用。

優(yōu)選地也設(shè)置有控制裝置，其被設(shè)立成用于總是僅閉合其中一個開關(guān)裝置，以便執(zhí)行關(guān)于配屬的線圈的位置確定。元件的位置因此可以依次關(guān)于多個線圈執(zhí)行，從而也可以實現(xiàn)在元件的增大的運動區(qū)域上的精測定位。

此外優(yōu)選的是，評估裝置包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和微計算機(jī)，其中，微計算機(jī)包括數(shù)字輸出端，其被設(shè)立成用于提供矩形信號。此外，微計算機(jī)可以被設(shè)立成用于驅(qū)控一個或多個能控制的開關(guān)裝置。因此可以提供簡單且高度集成的結(jié)構(gòu)組件，其可以單獨地來操縱并且被設(shè)立成用于元件的簡單且可靠的位置確定。

在一個實施方式中，元件包括能導(dǎo)電的阻尼元件。線圈的電感在阻尼元件接近時減小，這是因為通過交變磁場在阻尼元件中形成渦流，其減小交變磁場的能量。

在另一實施方式中，元件包括鐵磁性且電絕緣的放大元件。當(dāng)放大元件靠近線圈時，放大元件可以放大線圈區(qū)域中的磁場強度，并且因此增大線圈的電感。

在一個實施方式中，該設(shè)備形成用于選擇機(jī)動車的擋級的換擋設(shè)備的一部分。

附圖說明

本發(fā)明現(xiàn)在借助附圖更詳細(xì)地描述。其中：

圖1示出用于感應(yīng)式位置確定的設(shè)備的示意圖；

圖2示出根據(jù)圖1的模型的擴(kuò)展的設(shè)備的示意圖。

具體實施方式

圖1示出用于感應(yīng)式確定元件105的位置的設(shè)備100。設(shè)備尤其是可以使用在機(jī)動車上，以便確定能運動的元件的位置或狀態(tài)。例如，可以對用于變速器的擋級的選擋桿相對基座的位置進(jìn)行探測。在另一實施方式中，可以對機(jī)動車和借助掛車接合器聯(lián)接的掛車之間的轉(zhuǎn)向角進(jìn)行確定。磁元件105通常是如下元件，該元件影響其所承受的交變磁場。在此，元件105尤其可以是能導(dǎo)電的，以便削弱在線圈115的區(qū)域中的交變磁場，或者可以是鐵磁性且電絕緣的，以便加強在線圈115的區(qū)域中的交變磁場。在第一種情況下，元件105例如可以包括銅或鋁，在第二種情況下例如包括鐵、鎳或鈷。除了元件105以外，設(shè)備100還包括用于提供矩形信號的信號發(fā)生器110、線圈115、評估裝置120和用于限制電流的電阻r，電阻以與線圈115串聯(lián)的方式接在信號發(fā)生器110之后。流過線圈115的電流因此可以被限制到預(yù)給定的最大電流值上，并且設(shè)備的使用壽命可以得到提高。

信號發(fā)生器110在其輸出端提供相對于固定電勢，在圖1的圖示中是相對于地的矩形電壓。線圈115以第一端部與信號發(fā)生器110的輸出端連接，并且以另一端部與另外的固定電勢連接，其可以相應(yīng)于其他的固定電勢。評估裝置120與線圈115連接，并且被設(shè)立成用于探測在線圈115上依賴于信號發(fā)生器110的矩形信號而得到的電壓。為此優(yōu)選地，積分器或低通濾波器125設(shè)置在線圈115與評估裝置120之間?？蛇x地，二極管130可以在從線圈115至低通濾波器125的導(dǎo)通方向上導(dǎo)通。低通濾波器125在預(yù)定的時間段上對線圈115上的高頻信號求積分，并且給評估裝置120提供相應(yīng)的電壓。

元件105相對線圈115的位置影響線圈的電感。依賴于元件105的材料，線圈115的電感可以在元件105接近線圈115時增大或減小。線圈115優(yōu)選地實施為平面線圈，其中，其具有受限的延伸尺寸，以便保持能被操縱。線圈115的電感因此是相對小的。元件105的延伸尺寸通常在平面線圈115的延伸尺寸的范圍內(nèi)。

信號發(fā)生器110的矩形信號可以視為不同頻率和振幅的正弦或余弦信號的疊加。第一正弦信號具有矩形信號的頻率作為基礎(chǔ)頻率。另外的正弦信號具有相應(yīng)于基礎(chǔ)頻率的多個整數(shù)倍的頻率。頻率越高，那么通常該頻率的振幅越小。

多個奇數(shù)倍的基礎(chǔ)頻率相互加強地起作用，因此尤其是當(dāng)線圈的電感很小時，線圈115可以對其中多個正弦信號做出反應(yīng)，從而在線圈上下降的電壓可以同樣多次地受元件105的位置影響。在元件105出現(xiàn)和消失時線圈115上的電壓差異因此可以最大化。測量信號可以具有改進(jìn)的信噪比，并且可以節(jié)省用于測量信號的放大器。

評估裝置120尤其可以包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器可以例如在可編程的微計算機(jī)上提供數(shù)字值。然而，對測量電壓的其他的信號處理也是可能的。

圖2示出根據(jù)圖1的模型的擴(kuò)展的設(shè)備100的示意圖。在此設(shè)置有多個線圈115，它們的一個端部通過電阻r與信號發(fā)生器110連接。它們的另一端部可以借助開關(guān)裝置205與預(yù)定的、恒定的電勢連接。開關(guān)裝置205尤其可以通過晶體管形成。因為開關(guān)裝置205無需考慮信號發(fā)生器110的矩形信號的頻率而不必傳遞高的頻率，所以為此例如可以使用廉價的低頻晶體管。

開關(guān)裝置205通過控制裝置210控制，控制裝置尤其是可以包括可編程的微計算機(jī)。控制裝置210為此被設(shè)立成用于在每個時間點上僅閉合其中一個開關(guān)裝置205，以便執(zhí)行測量一個元件105或多個元件105相對分別配屬的線圈115的位置?？刂蒲b置210也可以執(zhí)行進(jìn)一步地處理借助評估裝置120確定的電壓。尤其是當(dāng)控制裝置210實施為可編程的微計算機(jī)時，評估可以包括數(shù)值上或統(tǒng)計上的運算。

在所示的實施方式中，控制裝置210也構(gòu)造用于提供矩形信號，并且因此也作為信號發(fā)生器110工作。例如，控制裝置210的串行或并行接口可以用于提供具有相對高的振幅(例如在0至3.3v之間，或者在0至5v之間)的矩形信號。針對其他的電壓可以相應(yīng)地使用限制器或放大器。

通過上面描述的矩形信號可以導(dǎo)致線圈115的短的起振時間。也就是說，能在線圈115上截取的電壓與在正弦信號中相比可以更快地指明元件105的出現(xiàn)或消失。利用單個線圈115的測量過程可以由此相對快地執(zhí)行，例如在大約10微妙至20微秒的測量階段期間。在利用不同的線圈115的各個測量階段之間分別可以加入測量暫停，其可以具有類似的持續(xù)時間。由于測量時間很短，因此多個線圈115可以依次通過控制裝置210來查詢，從而利用控制裝置210的很小的處理能力也可以實現(xiàn)安全且順利的位置確定。控制裝置210可以在具有直至大約20個線圈115的常見的應(yīng)用中包括市場上通用的8位微計算機(jī)?？梢怨?jié)省例如針對基于正弦信號的測量方法所需的32位微計算機(jī)。

元件105可以在其尺寸中關(guān)于線圈115的布置以如下方式設(shè)計，即，使得元件可以同時影響多個線圈115。因為每個線圈115的電感依賴于各自與元件105的間距地受到不同程度的影響，所以元件105的精確的位置可以借助通過被影響的線圈115在低通濾波器125上提供的電壓的情況來估計。

附圖標(biāo)記列表

100設(shè)備

105元件

110信號發(fā)生器

115線圈

120評估裝置

125低通濾波器

130二極管

205開關(guān)裝置

210控制裝置

r電阻