专利名称：用于使用线性霍尔效应单元确定磁性元件的位置的方法和设备的制作方法
用于使用线性霍尔效应单元确定磁性元件的位置的方法和
设备本发明涉及一种用于使用线性霍尔效应位置传感器来确定磁性元件的位置的设备。本发明还涉及一种与该设备相关联的方法。更特别地，本发明涉及检测机动车的齿轮箱选择器的位置并且允许对驾驶员所选择的齿轮比进行预期。机动车的齿轮比的选择，对于手动齿轮箱，通常经由位于车辆乘客舱的变速杆来实现，并且其经由连接到齿轮箱比的选择轴的杆联接传动系统，而允许经由本领域技术人员所知的在此没有详细描述的各种齿轮系统来选择齿轮箱的齿轮比。后者一般位于车辆下面，并且连接到车轮和发动机。变速杆可以以两个垂直的方向移动。在这个示例中，讨论将限于齿轮箱包括6种齿轮比的情况:第一、第二、第三、第四、第五、以及倒挡R (参见图2)。表述“车辆的排挡”被理解为表示接合于齿轮箱的齿轮比以及“空挡”N，零齿轮比。变速杆的运动被传送到齿轮箱，到齿轮比选择轴-也被称作齿轮比选择器，所述选择器沿纵轴平移并且绕齿轮箱的纵轴旋转。通过各种机械传动系统，齿轮比选择器的这种平移和旋转运动允许驾驶员所选择的齿轮比被接合。为了使车辆执行一些操作，例如当齿轮箱处于空挡以便减少污染废气排放时，为了关闭发动机，通常使用包括齿轮比选择器的位置传感器的设备。所述位置传感器通常包括连接到集成电子电路的线性 霍尔效应单元。表述“线性霍尔效应单元”将被理解为表示由电流流经的导体或半导体制成的元件，该元件受到垂直于该电流的磁场，由此产生与磁场和流经所述单元的电流成比例的输出电压。霍尔效应单元的测量平面垂直于由磁性元件所发射的磁场。本描述的其余部分中“霍尔效应单元”被理解为表示“线性霍尔效应单元”。如
图1所不,位置传感器60 —般位于齿轮箱30的外壳10上,在位于齿轮比选择器20上(经由支架40)的磁性元件50对面，在齿轮比选择期间，所述齿轮比选择器相对于选择器20的纵轴A以主方向Z旋转并且以次方向X平移。以这样一种方式为磁性兀件50定向:磁性元件50产生磁场f ,所述磁场随我们希望检测到的齿轮比选择器20的运动方向而变化。在图1中，磁场5被定向为垂直于纵轴A,并且横向地相对于齿轮比选择器20,这是为了测量齿轮比选择器20在主方向Z的旋转运动。在图2中更清楚地图示了磁场J的方向，图2示出了图1的顶视图。其中，磁场彥沿齿轮箱30的横轴B被定向。霍尔效应单元70检测由磁性元件50的平移或旋转运动(如图1所示的示例)引起的磁场J的变化，并且从而确定齿轮比选择器20的位置。然而，这种检测只能发生在齿轮比选择器20的一个运动方向上，霍尔效应单元70只在由磁性元件50发射的磁场身的一个方向上是灵敏的。为了检测何时变速杆80例如位于空挡，定位霍尔效应单元70和磁性元件50，以便确定齿轮比选择器20在主方向Z上的旋转的位置。如上所解释，并且如图2所示，由磁性元件50产生、并且被位置传感器60检测的磁场i沿齿轮箱30的横轴B被定向。如果齿轮比选择器20以主方向Z的正向转动，这表示由齿轮箱80选择了偶数排挡(第二、第四)或倒挡R。如果齿轮比选择器20以相反的方向，即负向转动，则选择了奇数排挡中的一个(第一、第三、第五)，并且最后，如果齿轮比选择器20以纵轴A为中心，则认为变速杆80位于空挡。如图2所示，为了克服磁性元件的漂移以及分隔磁性元件和位置传感器60的距离的变化，通常在两个霍尔效应单元70a和70b的输出电压之间使用比率计量比(ratiometric ratio),所述单元被包含于单个位置传感器60中。这些霍尔效应单元70a和70b位于相同的测量平面，即所述单元在由纵轴A和横轴B所确定的平面内共面，并且它们测量相同的磁场万。具体地，通过在两个霍尔单元70a和70b的输出电压之间使用比率计量比，这种影响被抵消了。例如，在专利申请FR2 926 881中描述了这种方法。在该专利申请FR2 926 881中，使用两个霍尔单元的输出电压间的比率计量比的反正切来检测齿轮比选择器20在旋转上的位置，因此独立于一些变化。目前，人们不满足于在单一的运动方向上的检测，为了通过预期例如齿轮比的改变来改善车辆的性能(噪音、排气)，能够精确检测所选择的齿轮比是有用的。因此，不仅需要能够检测选择的齿轮比的类型(偶数、奇数、空挡)，还需要能够检测齿轮比本身，并且因此检测齿轮比选择器20在两个运动方向上的运动，相对于齿轮箱纵轴A的旋转和平移。为此，常规做法是，为了设备添加在齿轮比选择器20上的附加的磁性元件500，所述磁性元件以在我们希望检测的第二运动方向或次方向X (在我们的示例中，平移)上产
生磁场民的方式被定向，并且添加位于所述附加的磁性元件(例如，在齿轮箱30的外壳10
上，没有示于图3中)对面并且包括一个或两个霍尔单元700a和700b的位置传感器600。后
者位于相同的测量平面，并且被定向以便测量所述第二磁场互3。这两个霍尔效应单元700a
和700b因此均产生与齿轮比选择器20的运动成比例的输出电压，在本例中，在次方向X的正向的平移。在专利申请WO 97 46 815中描述了每个位置传感器采用单个霍尔效应单元的配置。使用包括两个磁性元件50和500以及两个位置传感器60和600 (均包括一个或两个霍尔效应单元)的设备从而使得检测齿轮比选择器在两个方向上的运动成为可能，旋转和平移，并且从而使得确定由用户通过变速杆所选择的齿轮比成为可能。然而，该设备具有需要各自与磁性元件相关联的两个位置传感器的缺陷。由此该设备经证明为在成本和大小方面非常不利。因此，本发明提出了通过提供一种设备来克服该缺陷，所述设备只需要单个磁性元件，而关于齿轮比选择器在两个方向上的位置保持同样的准确度。本发明的一个主题是一种用于确定磁性元件的位置的设备，所述磁性元件能够以相对于纵轴的至少两个方向被移动，被称为主方向的第一方向，和被称为次方向的第二方向。所述设备包括:
测量由磁性元件产生的相同磁场的两组两个霍尔效应单元，第一组包括沿基本垂直于纵轴的第一轴的第一单元和第二单元，并且第二 组包括沿基本平行于第一轴的第二轴的第三单元和第四单元，所述磁性元件相对于所述两组两个霍尔效应单元是可移动的；
用于测量由每个霍尔效应单元输出的电压的装置；第一装置，用于计算磁性元件在主方向上的位置；以及 第二装置，用于计算磁性元件在次方向上的位置。在该设备的一个实施例中，所述设备包括两个邻近的位置传感器，每个传感器包括一组两个霍尔效应单元。在该设备的一个优选实施例中，所述设备包括一个位置传感器，所述传感器包括两组两个霍尔效应单元。有益地，位置传感器被放置于由磁性元件产生的磁场中，并且位于所述磁性元件对面。位置传感器包括四个霍尔效应单元，每个单元提供与磁性元件产生的磁场的幅度成比例的输出电压。根据特定实施例，该设备包括一个或多个下述特征，无论单独地还是任何技术上可能的组合:
霍尔效应单元是线性霍尔效应单元；
霍尔效应单元基本是彼此相同的；
霍尔效应单元是共面的；
霍尔效应单元以相同的方向被定向；和/或 磁性元件是简单磁体，即该磁性元件不是多极磁体。在一个实施例中，第一和第二计算装置是单独的装置。在优选实施例中，有益地，第一和第二计算装置是相同装置。在一个实施例中，测量装置对于每个霍尔效应单元是单独的装置。在优选实施例中，有益地，测量装置对四个霍尔效应单元是共同的。在本发明的一个实施例中，主方向是磁性元件绕纵轴的旋转的方向，并且次方向是磁性元件沿纵轴的平移的方向。在本发明的另一个实施例中，主方向是磁性元件沿纵轴的平移的方向，并且次方向是磁性元件绕纵轴的旋转的方向。在一个优选实施例中，该设备允许检测机动车的齿轮箱的选择器的旋转和平移。在这种实施例中，磁性元件被放置在轴为纵向的齿轮比选择器上。优选地，测量装置是已装备于车辆的、能够测量霍尔效应单元的端子之间的电压的装置。作为可选地共同装置的第一和第二装置包括至少一个计算机，所述计算机能够根据由测量装置得到的作为霍尔效应单元的输出的电压而计算磁性元件的位置。在一个特定实施例中，计算机可以是车辆计算机，该计算机还执行其他功能。在第一实施例中，并且在典型的用于前轮驱动车辆的齿轮箱配置中，主运动方向是齿轮比选择器绕纵轴的旋转的方向，并且次方向是齿轮比选择器沿纵向的平移的方向。在第二实施例中，并且在典型的用于后轮驱动车辆的齿轮箱配置中，主运动方向是齿轮比选择器沿纵轴的平移的方向，并且次方向是齿轮比选择器绕纵轴的旋转的方向。本发明还涉及一种用于使用所述设备来确定磁性元件的位置的方法。所述方法包括步骤:
使用测量装置来测量由每个霍尔效应单元输出的电压；
使用第二计算装置，根据四个测量电压对
权利要求
1.一种用于使用设备(I)来确定磁性元件(50)的位置的方法，所述磁性元件(50)能够以相对于纵轴(A)的至少两个方向被移动，被称为主方向(Z)的第一方向，以及被称为次方向(X)的第二方向，所述设备包括: 位置传感器(60)，包括测量由磁性元件产生的相同磁场的两组两个霍尔效应单元，第一组包括沿基本垂直于纵轴(A)的第一轴(B)的第一单元(70a)和第二单元(70b)，以及第二组包括沿基本平行于第一轴(B)的第二轴(C)的第三单元(70c)和第四单元(70d)，磁性元件相对于所述两组两个霍尔效应单元是可移动的； 装置(90)，用于测量由每个霍尔效应单元输出的电压； 第一装置(91)，用于计算磁性元件在主方向(Z)上的位置；以及 第二装置(92)，用于计算磁性元件在次方向(X)上的位置， 所述方法特征在于，它包括如下步骤: 使用测量装置(90)来测量由每个霍尔效应单元输出的电压； 使用第二计算装置(92)对值P进行计算，所述值P根据取决于四个测量电压V1,F2, Vi, V4的几何平均数.,/F12 + F32、%/r32 + F42来计算，其中F1是第一单元(70a)的端子之间的电压，V2是第二单元(70b )的端子之间的电压，Vt是第三单元(70c )的端子之间的电压，并且F4是第四单元(70d)的端子之间的电压；以及 使用计算的值P确定磁性元件(50)在次方向(X)上的位置。
2.如前述权利要求所述的方法，其中，对值P进行计算，以使得所述值P等于: 由
3.如权利要求2所述的方法，其中，值P被选择，以使得:
4.如权利要求1至3中的一个所述的方法，包括根据描述每个组在几何平均数上的差异的关系，校准如下元素的至少一个的值的步骤: 磁性元件(50)的大小； 所述两个组在纵轴上分隔的距离， 其中所述几何平均数本身取决于磁性元件(50)相对于所述组的位置。
5.如权利要求1至4的一个所述的方法，包括使用第一计算装置(91)，通过计算第一电压F1和第二电圧F2间的反正切和/或通过计算第三电圧R和第四电压F4间的反正切来确定磁性元件(50)在主方向(Z)上的位置的步骤。
6.如权利要求1和5的任何一个所述的方法，其中，主方向(Z)是磁性元件绕纵轴(A)的旋转的方向，并且次方向(X)是磁性元件沿着所述纵轴(A)的平移的方向。
7.一种如前述权利要求中的任何一个所述的方法的用途，用于检测机动车的齿轮箱(30)的齿轮比选择器(20)的旋转和平移，磁性元件(50)被置于轴为纵轴(A)的齿轮比选择器(20)上。
8.一种用于确定磁性元件(50)的位置的设备(1)，实现如前述权利要求1至6所述的方法，所述磁性元件能够以相对于纵轴(A)的至少两个方向被移动，被称为主方向(Z)的第一方向，以及被称为次方向(X)的第二方向，其特征在于，所述设备包括: 位置传感器，包括测量由磁性元件产生的相同磁场的两组两个霍尔效应单元，第一组包括沿基本垂直于纵轴(A)的第一轴(B)的第一单元(70a)和第二单元(70b)，以及第二组包括沿基本平行于第一轴(B)的第二轴(C)的第三单元(70c)和第四单元(70d)，所述磁性单元相对于所述两组两个霍尔效应单元是可移动的； 装置(90)，用于测量由每个霍尔效应单元输出的电压； 第一装置(91)，用于计算磁性元件在主方向(Z)上的位置；以及 第二装置(92 )，用于计算磁性元件在次方向(X)上的位置。
全文摘要
本发明涉及一种用于使用设备来确定磁性元件(50)的位置的方法，所述磁性元件能够以相对于纵轴(A)的至少两个方向被移动，即第一方向(Z)和第二方向(X)。所述设备包括位置传感器(60)，包括测量由磁性元件产生的单个磁场的两组两个霍尔效应单元，沿基本垂直于纵轴(A)的第一轴(B)提供的第一组，以及沿基本平行于第一轴(B)的第二轴(C)提供的第二组，其中所述磁性元件相对于所述位置传感器是可移动的；用于测量每个霍尔效应单元的输出处的电压的装置(90)；以及第一及第二装置(91，92)，用于计算磁性元件在主方向(Z)和次方向(X)上的位置。所述方法包括以下步骤计算值P，所述值P是根据在四个霍尔效应单元的端子之间测量的四个电压V1到V4的平均数计算的；并且根据由此计算的值P确定磁性元件(50)在次方向(X)上的位置。
文档编号G01D5/14GK103250032SQ201180053155
公开日2013年8月14日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年11月4日
发明者E.塞维尔 申请人:法国大陆汽车公司, 大陆汽车有限公司