专利名称：使用霍尔效应线性传感器确定磁性元件位置的方法及相关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用霍尔效应线性传感器确定磁性元件位置的方法。本发明还涉及允许实施该方法的设备。更具体地，本发明适用于检测机动车变速箱选择器的位置，并允许确定由驾驶员所选择的速比。
背景技术：
对于手动变速箱，一般通过位于车辆驾驶舱中的变速杆来进行机动车速比的选择，所述变速杆借助于传输连杆系统而允许通过各种齿轮系统在变速箱中选择速比，其中所述传输连杆系统与用于选择变速箱比值的轴连接，所述齿轮系统是本领域技术人员所已 知的，这里不细述。后者一般位于车辆下方，并与车轮和发动机连接。变速杆可以在两个垂直的方向上移动。在该示例中限于变速箱包括六个速比(第一、第二、第三、第四、第五和倒档R，见图2)的情況。“车辆的速度”指的是变速箱中启用的速比，而“空档” N指的是零速比。变速杆的移动在变速箱中被传递给也被称为速度选择器的速度选择轴，该速度选择轴本身相对于变速箱的纵轴线平移和旋转地移动。借助于各种机械齿轮，该速度选择器的平移和旋转运动允许启用由驾驶员所选择的速度。为了实现车辆的某些功能，例如在变速箱处于空档时关闭发动机以减少污染性排放，通常使用速度选择器位置传感器。该位置传感器一般包括与集成电子电路连接的霍尔效应线性単元。“霍尔效应线性単元”指的是由导体或半导体材料制成的元件，该元件被电流流过，并经历与该电流垂直的磁�。迷氪懦『痛┕迷牡缌鞒杀壤氖涑龅缪�。霍尔效应单元的測量平面垂直于由磁性元件发出的磁场。本说明以下称霍尔效应线性单元为霍尔效应单元。如图I中所示，位置传感器60—般位于变速箱30的壳10中，面对(借助于支撑件40)位于速度选择器20上的磁性元件50，该速度选择器在选择速度的时候相对于变速箱30的纵轴线A沿着主方向Z旋转并沿着次方向X平移。磁性元件50的定向使得该磁性元件产生随着期望检测的速度选择器20的移动方向变化的磁场
f。在图I中，磁场P垂直于纵轴线A并相对于速度选择器20横向地定向，这是为了测
量速度选择器20在主方向Z上的旋转运动。磁场的定向在图2中更为清楚地示出，该
图2示出了图I的俯视图。磁场P在该图中沿着变速箱30的横轴线B定向。霍尔效应单
元70检测由磁性元件50的平移或旋转(如在图I中所示的示例中)运动所引起的磁场JZ的变化，并由此确定速度选择器20的位置。然而，由于霍尔效应单元70只在由磁性元件50发出的磁场P的方向上敏感，该检测只能在速度选择器20的移动方向上进行。为了检测变速杆80例如是否处于空档N，霍尔效应单元70和磁性元件50被布置用于确定速度选择器20在主方向Z上的旋转位置。
如上所述及如图2所示，由磁性元件50产生的并由位置传感器60检测的磁场P沿着变速
箱30的横轴线B定向。如果速度选择器20在主方向Z上进行正向旋转，这表示偶数速度(第二、第四)中的ー个或者倒档R被变速杆80选择。如果速度选择器反向即负向旋转，则奇数速度(第一、第三或第五)中的ー个被选择；最后，如果速度选择器在纵轴线A上居中，则变速杆80被视为处于空档。如图2中所示，为了摆脱磁性元件的漂移和磁性元件与位置传感器60之间的间隔的变化，通常使用位于唯——个位置传感器60中的两个霍尔效应单元70a与70b的输出电压之间的比率计量比值(rapport ratiom6trique)。这些霍尔效应单元70a与70b位于相 同的測量平面上，即这些霍尔效应单元是共平面的，都在由纵轴线A和横轴线B所限定的平
面上，并且这些霍尔效应单元測量相同的磁场P。实际上，通过使用两个霍尔单元70a、70b
的输出电压之间的比率计量比值，所述影响被消除。该方法例如在文档FR 2 926 881中说明。在该文档FR 2 926 881中，使用两个霍尔单元的输出电压之间的比率计量比值的反正切，以因此独立于某些变化地检测速度选择器20的旋转位置。目前，所述在唯--个移动方向上的检测是不够的，而能够准确地检测所选择的
速度以通过预计例如速度改变来改善车辆的性能(噪音、排放)则是有用的。因此，有必要不仅能够检测所选择的速度类型(偶数、奇数、空档)，还要能够检测速度本身并因此能够检测速度选择器20在相对于变速箱的纵轴线A旋转和平移的两个移动方向上的运动。为此，通常在速度选择器20上添加额外的磁性元件500，以及添加位于该额外的磁性元件对面(例如位于变速箱30的壳10上)的位置传感器600，其中所述额外的磁性元件被定向为使得该额外的磁性元件在期望检测(在我们的示例中为平移)的第二移动方向或
次方向X上产生磁场I72 ,所述位置传感器600包括ー个或两个霍尔单元700a和700b。这些
霍尔单元位于相同的測量平面上，并且被定向为能够测量该第二磁场P2。这两个霍尔效应
单元700a与700b因此每个都产生与速度选择器20在次方向X的正向上的位移(在该情况下为平移)成比例的输出电压。该配置(每个传感器使用一个霍尔效应单元)在文档WO 9746 815中说明。通过使用两个磁性元件50与500和两个位置传感器60与600 (每个都包括一个或两个霍尔效应单元)，即通过将用于只检测速度选择器20在ー个方向上的位移的设备翻倍，因此可以检测速度选择器在两个方向上的位移，并因此可以准确地确定由使用者通过变速杆所选择的速度。该解决方案是可靠的，但是成本高，因为必须添加磁性元件和位置传感器。
发明内容
因此，本发明g在提出一种通过使用比现有技术的设备更经济的设备来确定速度选择器在平移和旋转方向上的位置的方法。通过ー种用于确定磁性元件位置的方法来达到本发明的目的，其中所述磁性元件位于机动车的变速箱选择器上，并产生磁场ρ·,所述选择器相对于纵轴线沿着两个方向移
动，即围绕纵轴线旋转的主方向和沿着纵轴线平移的次方向，该磁性元件位于面对位置传感器处，所述位置传感器包括三个霍尔效应单元，所述方法在于测量第一霍尔效应单元、第ニ霍尔效应单�：偷谌舳вΦヘ７直鸬牡谝皇涑龅缪�、第二输出电压和第三输出电
压。本发明的显著之处在干，这三个霍尔效应单元沿相同方向定向，以测量磁场f,并且按
以下方式来布置
-两个霍尔效应単元在垂直于速度选择器纵轴线的横轴线上排齐，并在这两个霍尔效应单兀之间具有在横轴线方向上的第一间隔；
-第三霍尔效应单元被置于纵轴线上，即垂直于穿过所述另外两个霍尔效应単元的横轴线，并在纵轴线上具有相对于另外两个单元在该轴线上的位置的第二间隔。所述方法还包括
计算第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之间的比率计量比值P以由此推导出磁性元件在变速箱选择器的次移动方向上的位置的步骤，
第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之间的比率计量比值P按以下方式来定义
权利要求
1.一种用于确定磁性元件(50)位置的方法，其中所述磁性元件位于机动车的变速箱选择器(20)上并产生磁场(^)，所述速度选择器(20)相对于纵轴线(A)沿着两个方向即主方向(Z)和次方向(X)移动，所述磁性元件(50)面对位置传感器(60)，所述位置传感器包括三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)，所述方法在于，测量分别在第一霍尔效应单元(70a)、第二霍尔效应单元(70b)和第三霍尔效应单元(70c)的输出处的第一电压(V1X第二电压(V2)和第三电压(V3)，所述方法的特征在于，该方法包括使用在相同方向上定向以测量磁场(f)的三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)，所述三个霍尔效应单元按以下方式布置 -两个霍尔效应单元(70a、70b)在垂直于所述速度选择器(20)的纵轴线(A)的横轴线(B)上排齐，并在它们之间具有沿着所述横轴线(B)的第一间隔(ei)； -第三霍尔效应单元(70c)被布置在所述纵轴线(A)上，即垂直于穿过另外两个霍尔效应单元的所述横轴线(B)，并相对于所述前两个单元(70a、70b)在所述纵轴线(A)上的位置具有沿着所述纵轴线(A)的第二间隔(e2)， 所述方法的特征还在于，所述方法还包括 计算第一电压(I)、第二电压(V2)和第三电压(V3)之间的比率计量比值(P)的步骤，所述比率计量比值由p =来定义,其中所述第一电压(V1)和第二电压(V2)
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)是共平面的，都在由所述纵轴线(A)和所述横轴线(B)所限定的平面上。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，k=l，Ic1=O并且k3=0，而所述比率计量比值P表达为P=V3/V。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所测量的第一电压(V1)和第二电压(V2)之间的几何平均值(V)线性化。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括预先步骤，该预先步骤在于，根据所测量的每个霍尔效应单元(70a、70b、70c)的输出电压的变化规律来设计以下要素中至少一个的尺寸 所述磁性元件(50)的尺寸； 所述三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)每个之间的、在所述纵轴线(A)和所述横轴线(B)上的间隔(ei、e2)； 所述磁性元件(50)和所述霍尔效应单元(70a、70b、70c)的测量平面之间的、在所述纵轴线(A)和所述横轴线(B)上的间隔， 其中所述所测量的每个霍尔效应单元(70a、70b、70c)的输出电压本身取决于所述磁性元件(50)相对于所述霍尔效应单元(70a、70b、70c)的位置。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用相同的霍尔效应单元(70a、70b、70c)。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主方向(Z)是所述磁性元件(50)围绕所述纵轴线(A)的旋转方向。
8.如权利要求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)在所述纵轴线(A)上的平移方向。
9.如权利要求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)在所述纵轴线(A)上的平移方向。
10.如权利要求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)围绕所述纵轴线(A)的旋转方向。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括预先步骤，该预先步骤在于，计算所述第一电压(V1)和第二电压(V2)之间的比值(Q)的反正切，以由此推导出所述磁性元件(50)在所述变速箱(30)的选择器(20)的主移动方向(Z)上的位置。
12.ー种用于确定磁性元件(50)的位置的设备，其中所述磁性元件(50)位于机动车的变速箱选择器(20)上并产生磁场(P)，所述速度选择器(20)相对于纵轴线(A)沿着两个方向即主方向(Z)和次方向(X)移动，所述磁性元件(50)面对位置传感器(60)，所述位置传感器包括三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)，所述设备包括用于测量分别在第一霍尔效应单元(70a)、第二霍尔效应单元(70b)和第三霍尔效应单元(70c)的输出处的第一电压(V:)、第二电压(V2)和第三电压(V3)的装置，所述设备的特征在于，所述三个霍尔效应单元(70a、.70b、70c)在相同的方向上定向，在相同方向上测量所述磁场(|/·),并按以下方式布置 -两个霍尔效应単元(70a、70b)在垂直于所述速度选择器(20)的纵轴线(A)的横轴线(B)上排齐，并在它们之间具有沿着所述横轴线(B)的第一间隔(ei)； -第三霍尔效应单元(70c)被布置在所述纵轴线(A)上，即垂直于穿过另外两个霍尔效应单元的所述横轴线(B)，并相对于所述前两个单元(70a、70b)在所述纵轴线(A)上的位置具有沿着所述纵轴线(A)的第二间隔(e2)， 所述设备的特征还在于，所述设备还包括 用于计算第一电压(')、第二电压(V2)和第三电压(V3)之间的比率计量比值(P)的装置，所述比率计量比值由p : 77-TT77来定义，其中所述第一电压(V1)和第二电 V キ Λ; V, ^压(V2)之间的几何平均值F =,Mk^k1和k3为与所述位置传感器(60)的尺寸设计相关的常数； 用于推导出所述磁性元件(50)在所述变速箱(30)的选择器(20)的次移动方向(X)上的位置的装置，所述比值P随着所述磁性元件(50)在所述变速箱(30)的选择器(20)的次移动方向(X)上的位置线性地变化。
13.一种用于机动车变速箱选择器(20)的位置传感器(60)，该位置传感器实施如权利要求I至11中任一项所述的方法。
全文摘要
一种用于确定磁性元件(50)的位置的方法，其中所述磁性元件位于机动车的变速箱选择器(20)上，并产生磁场(公式I)，所述速度选择器(20)相对于纵轴线(A)在两个方向即主方向(Z)和次方向(X)上移动，所述磁性元件(50)面对位置传感器(60)，所述位置传感器包括三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)，所述方法在于测量分别在所述三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)输出处的三个电压(V1、V2、V3)，所述方法的特征在于，该方法包括使用在相同方向上定向以测量所述磁场(公式I)的三个霍尔效应单元(70a、70b、70c)，所述三个霍尔效应单元按以下方式布置两个霍尔效应单元(70a、70b)在垂直于所述速度选择器(20)的纵轴线(A)的横轴线(B)上排齐，第三霍尔效应单元(70c)被布置在所述纵轴线(A)上，即垂直于穿过另外两个霍尔效应单元的所述横轴线(B)，所述方法的特征还在于，所述方法还包括计算第一电压(V1)、第二电压(V2)和第三电压(V3)之间的比率计量比值(P)的步骤，所述比率计量比值由公式(II)定义，其中公式(III)，且k、k1和k3为常数；推导出所述磁性元件(50)在所述次方向(X)上的位置的步骤。(I)；(II)； (III)。
文档编号G01D5/14GK102686979SQ201080059583
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月23日 优先权日2009年12月28日
发明者E.塞韦尔 申请人:欧陆汽车有限责任公司, 法国欧陆汽车公司
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