專利名稱：線性位置傳感器系統的制作方法
技術領域：
線性位置傳感器系統通常用來監測機械部件的運動，例如液力致動器、制動系統、或變速器。在已知的包括磁體和位置傳感器的線性位置傳感器系統中，當所述磁體相對于所述位置傳感器沿線性方向運動時，所述位置傳感器可測量由所述磁體產生的磁通量、并且產生隨所述磁體的位置變化而變化的電信號。
背景技術：
圖1是示出一種已知的線性位置傳感器系統的輸出量的曲線圖。圖1示出如由位置傳感器所測量的沿第一方向的磁通量102對比所述磁體相對于所述位置傳感器的位置。圖1另外示出如由位置傳感器所測量的沿第二方向的磁通量104對比所述磁體相對于所述位置傳感器的位置。問題是目前的該線性位置傳感器系統僅在沿第一方向的磁通量的近似第一零交叉點106與沿第一方向的磁通量的近似第二零交叉點108之間的區域105中是準確的，其中關于環境溫度、線性位置傳感器系統的幾何形狀、在線性位置傳感器系統內的空氣間隙、磁體的材料、磁化的角度、以及極磁化等的偏差對所述位置傳感器用以檢測磁體相對于所述置傳感器的位置的能力具有極小影響。
發明內容
本解決方案是通過如在此描述的、能夠在較大的磁體行程長度上工作的線性位置傳感器系統提供的，其中所述線性位置傳感器系統能夠檢測所述磁體在沿第一方向經過磁通量的第一零交叉點106的區域110中的位置、并且檢測所述磁體在沿第一方向經過磁通量的第二零交叉點108的區域112中的位置，其中一些因素例如環境溫度、線性位置傳感器系統的幾何形狀、在線性位置傳感器系統內的空氣間隙、磁體的材料、磁化的角度、和極磁化等更顯著地影響所述線性位置傳感器系統的位置傳感器用以檢測磁體系統相對于所述位置傳感器的位置的能力。
現在將以例子的方式參考附圖描述本發明，在附圖中:圖1是示出一種已知的線性位置傳感器系統的輸出量的曲線圖；圖2是線性位置傳感器系統的一種實施方式的方框圖，其中所述線性位置傳感器系統采用了用于檢測磁體系統相對于位置傳感器的位置的三維/ 二維霍爾(hall)技術；圖3是用于檢測磁體系統相對于位置傳感器的位置的方法的一種實施方式的流程圖；圖4是曲線圖，其示出沿第一方向的測量的磁通量和沿第二方向的測量的磁通量對比磁體系統相對于位置傳感器的位置；和圖5是曲線圖，其示出沿第一方向的測量的磁通量和沿第二方向的測量的磁通量對比磁體系統相對于位置傳感器的位置，并且示出沿第一方向的基準磁通量和沿第二方向 的基準磁通量對比所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置。
具體實施例方式下面描述一種能夠準確檢測磁體系統在延伸的磁體行程長度上相對于位置傳感器的位置的、利用三維/二維霍爾技術的線性位置傳感器系統。下面描述的線性位置傳感器系統能夠在延伸的磁體行程長度上，例如以上關于圖1所描述在沿第一方向經過磁通量的零交叉點106，108的區域110，112中，工作，其中一些因素例如環境溫度、線性位置傳感器系統的幾何形狀、在線性位置傳感器系統內的空氣間隙、磁體的材料、磁化的角度、和極磁化等影響所述線性位置傳感器系統的位置傳感器用以檢測磁體系統相對于所述位置傳感器的位置的能力。圖2是用于檢測磁體系統的位置的線性位置傳感器系統200的方框圖。大體上，線性位置傳感器系統200包括:控制器202、位置傳感器204、和磁體系統206。磁體系統206在線性位置傳感器系統200中相對于位置傳感器204定位，使得磁體系統206沿線性方向相對于位置傳感器204運動。在一些實施方式中，磁體系統206可包括一個磁體,而在其它實施方式中，磁體系統206包括多于一個磁體。可用于磁體系統206中的磁體的例子包括:環形永久磁體和柱形永久磁體。然而，其它類型的磁體也可使用。在一些實施方式中，所述磁體系統可定位在液力致動器、制動位置傳感器、變速器、或離合器踏板上。在工作期間，當磁體系統206相對于位置傳感器204運動時，位置傳感器204測量由磁體系統206產生的沿至少兩個方向的磁通量。可用于線性位置傳感器系統200中的位置傳感器204的例子包括:線性磁性傳感器和磁性開關或閂鎖。在一些實施方式中，位置傳感器204測量磁體系統206正交于位置傳感器204的表面而施加的磁通量，并且位置傳感器204測量磁體系統206平行于位置傳感器204的表面而施加的磁通量。然而，位置傳感器204可另外地或替代地測量磁體系統206沿一個或多個其它方向施加到位置傳感器204的表面的磁通量。控制器202與位置傳感器204通信，并且控制器202利用位置傳感器204的磁通量測量來確定在給定時間磁體系統206相對于位置傳感器204的位置。在一些實施方式中，控制器202可以是特定用途集成電路(“ASIC”)，而在其它實施方式中，控制器202包括:一個或多個處理器例如微處理器，和一個或多個存儲器模塊例如有形的計算機可讀的儲存媒質。在這些實施方式中，所述處理器配置成執行儲存在所述存儲器中的指令，以使系統200檢測磁體系統206相對于位置傳感器204的位置。如以下更詳細說明的，為檢測磁體系統206的位置，控制器202計算用于與沿第一方向磁通量有關的磁通量測量值的第一偏移(offset)和第一增益(gain)。控制器202把與沿第一方向磁通量有關的磁通量測量值同儲存在控制器202中的與沿第一方向磁通量有關的基準通量測量進行比較。在一些實施方式中，控制器202基于一個或多個測量的最大通量值、測量的最小通量值、一個或多個基準最大值、和基準最小通量值，來計算第一偏移和第一增益。相似地，控制器202計算用于與沿不同于第一方向的第二方向的磁通量有關的磁通量測量值的第二偏移和第二增益。控制器202把與沿第二方向磁通量有關的磁通量測量值同儲存在控制器202中的與沿第二方向磁通量有關的基準通量測量值進行比較。在一些實施方式中，控制器202基于測量的最大通量、測量的最小通量值、基準最大通量值、和基準最小通量值，來計算第二偏移和第二增益。控制器202基于第一增益和第一偏移從而調節與沿第一方向磁通量有關的磁通量測量值的至少一部分，并且控制器202基于第二增益和第二偏移從而調節與沿第二方向磁通量有關的磁通量測量值的至少一部分。控制器202然后可基于在給定時間沿第一方向的測量的磁通量的經調節值和在該給定時間沿第二方向的測量的磁通量的經調節值，來確定在該給定時間磁體系統206相對于位置傳感器204的位置。通過將測量的磁通量值調節成與理想的基準磁通量值一致，線性位置傳感器系統200能夠在磁體行程長度上工作，在此一些因素例如環境溫度、線性位置傳感器系統的幾何形狀、在線性位置傳感器系統內的空氣間隙、磁體的材料、磁化的角度、和極磁化等影響位置傳感器204用以例如在經過以上關于圖1所描述的沿第一方向磁通量的零交叉點106，108的區域110，112中檢測磁體系統206相對于該位置傳感器204的位置的能力。圖3是例如在以上關于圖2所描述的線性位置傳感器系統中，一種用于檢測磁體系統相對于位置傳感器的位置的、計算機執行的方法的一種實施方式的流程圖。在步驟302，位置傳感器測量由相對于該位置傳感器沿線性方向運動的磁體系統所產生的沿第一方向的磁場的磁通量，并且該位置傳感器測量由相對于所述位置傳感器沿所述線性方向運動的所述磁體系統所產生的沿第二方向的磁場的磁通量，其中所述第一方向和第二方向是不同方向。在一種實施方式中，沿第一方向的磁通量是正交于所述位置傳感器的表面的磁通量，并且沿第二方向的磁通量是平行于所述位置傳感器的表面的磁通量。然而，應認識到，其它方向的磁通量也可采用。圖4示出:沿第一方向的測量的磁通量和沿第二方向的測量的磁通量對比所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置的例子。沿第一方向的測量的磁通量標記為402，并且沿第二方向的測量的磁通量標記為404。再次參考圖3，在一些實施方式中，在步驟304，所述控制器可在確定第一偏移和第一增益之前從沿第一方向的測量的磁通量濾除一個或多個測量的磁通量值，和/或所述控制器可在確定第二偏移和第二增益之前從沿第二方向的測量的磁通量濾除一個或多個測量的磁通量值。例如，所述控制器可基于是否測量的磁通量的值在理想的基準磁通量的預定量之內，而從沿第一和/或第二方向的測量的磁通量濾除測量的磁通量值。在步驟306，所述控制器基于與沿第一方向所測量磁通量有關的測量的最小通量值、第一測量的最大通量值、和第二測量的最大通量值、以及與沿第一方向磁通量有關的基準最小通量值、第一基準最大通量值、和第二基準最大通量值，來確定第一偏移。如以上所討論，在一些實施方式中，與沿第一方向磁通量有關的基準最小通量值、第一基準最大通量值、和第二基準最大通量值儲存在所述控制器中。圖5是示出沿第一方向的測量的磁通量502和沿第二方向的測量的磁通量504對比所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置的曲線圖。圖5另外示出沿第一方向的基準磁通量506和沿第二方向的基準磁通量508對比所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置。基準磁通量506，508表示理想的磁通量測量，其中一些因素例如環境溫度、線性位置傳感器系統的幾何形狀、在線性位置傳感器系統內的空氣間隙、磁體的材料、磁化的角度、和極磁化等不影響位置傳感器用以檢測磁體系統相對于所述位置傳感器的位置的能力。
沿第一方向的測量的磁通量502包括:第一測量的最大通量值510、第二測量的最大通量值512、和測量的最小通量514。相似地，沿第一方向基準磁通量506包括:第一基準最大通量值516、第二基準最大通量值518、和基準最小通量值520。第一偏移大體上表示在所述線性位置傳感器系統內由一些因素例如環境溫度、線性位置傳感器系統的幾何形狀、在線性位置傳感器系統內的空氣間隙、磁體的材料、磁化的角度、和極磁化等引起的誤差。在一些實施方式中，在步驟306，所述控制器使用以下方程式確定第一偏移:
權利要求
1.一種計算機執行的用于檢測磁體系統的位置的方法，該方法包括: 測量在位置傳感器處由磁體系統產生的沿第一方向的磁場的磁通量，和測量在所述位置傳感器處由所述磁體系統產生的沿第二方向的磁場的磁通量，其中所述第一方向和所述第二方向是不同方向； 基于與沿第一方向的測量的磁通量有關的測量的最小通量值、第一測量的最大通量值和第二測量的最大通量值，以及與沿所述第一方向的磁通量有關的基準最小通量值、第一基準最大通量值和第二基準最大通量值，來確定第一偏移； 基于與沿所述第一方向的磁通量有關的所述第一基準最大通量值和所述第二基準最大通量值之一、所述第一測量的最大通量值和所述第二測量的最大通量值之一以及所述第一偏移，或基于與沿所述第一方向的磁通量有關的所述基準最小通量值、所述測量的最小通量值和所述第一偏移，來確定第一增益； 在與沿所述第一方向的磁通量有關的零交叉點和與沿所述第二方向的磁通量有關的零交叉點之中的至少之一處，基于所述第一增益和所述第一偏移，調節沿所述第一方向的測量的磁通量的值的至少一部分； 基于與沿所述第二方向的測量的磁通量有關的測量的最大通量值和測量的最小通量值以及與沿所述第二方向的磁通量有關的基準最大通量值和基準最小通量值，來確定第二偏移； 基于與沿所述第二方向的磁通量有關的所述測量的最大通量值和所述基準最大通量值以及所述第二偏移，或基于與沿所述第二方向的磁通量有關的所述基準最小通量值、所述測量的最小通量值和所述第二偏移，來確定第二增益； 在與沿所述第一方向的磁通量有關的零交叉點和與沿所述第二方向的磁通量有關的零交叉點之中的至少之一處，基于所述第二增益和所述第二偏移，來調節沿所述第二方向的測量的磁通量的值的至少一部分；和 基于沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值，來確定在給定時間所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置。
2.如權利要求1所述的計算機執行的方法，其中確定在給定時間所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置包括: 從查找表獲取值，所述查找表與在所述給定時間沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和在所述給定時間沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值之間的關系有關；和將來自所述查找表的所述值線性化。
3.如權利要求2所述的計算機執行的方法，其中從查找表獲取值包括: 使用反正切函數確定在所述給定時間沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和在所述給定時間沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值之間的關系；和從與所確定的關系有關的查找表獲取值。
4.如權利要求2所述的計算機執行的方法，其中從查找表獲取值包括: 基于在所述給定時間沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和在所述給定時間沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值，使用坐標旋轉數字計算機函數確定角度；和從與所確定的角度有關的查找表獲取值。
5.如權利要求1所述的計算機執行的方法， 其中確定在給定時間所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置包括: 使用反正切函數確定在所述給定時間沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和在所述給定時間沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值之間的關系； 使用多項式位置函數確定與所述關系有關的值；和 將所述值線性化。
6.如權利要求1所述的計算機執行的方法，其中確定在給定時間所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置包括: 基于在所述給定時間沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和在所述給定時間沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值，使用坐標旋轉數字計算機函數確定角度；使用多項式位置函數確定與所述角度有關的值；和將所述值線性化。
7.如權利要求1所述的計算機執行的方法，進一步包括: 基于下述可信度檢查中的至少之一:關于沿所述第一方向的第一測量的最大磁通量、第二測量的最大磁通量、測量的最小磁通量、第一基準最大磁通量、第二基準最大通量和基準最小磁通量的可信度檢查，以及關于沿所述第二方向的測量的最大磁通量、測量的最小磁通量、基準最大磁通量和基準最小磁通量的可信度檢查，來確定是否所述位置傳感器發生故障。
8.如權利要求1所述的計算機執行的方法，進一步包括: 從下述至少之一濾除值:在確定所述第一偏移和所述第一增益之前沿所述第一方向的測量的磁通量，和在確定所述第二偏移和所述第二增益之前沿所述第二方向的測量的磁通量。
9.如權利要求1所述的計算機執行的方法，其中確定所述第一偏移包括: 使用以下方程式計算所述第一偏移:Φ.^ Φ,η,η.1/ ■-Φ1η2χΛ第—.偏移=-^- Φ I__max 及Φ；η.η/ , 其中，κ是所述第一基準最大通量值和所述第二基準最大通量值的平均值，Offlin K是所述基準最小通量值，Φ_ Μ是所述第一測量的最大通量值和所述第二測量的最大通量值的平均值，以及Omin Μ是與沿所述第一方向的磁通量有關的測量的最小通量值；和 其中，所述第一增益是基于與沿所述第一方向的磁通量有關的所述第一基準最大通量值和所述第二基準最大通量值之一、所述第一測量的最大通量值和所述第二測量的最大通量值之一以及所述第一偏移，使用以下方程式而確定的: 鏈一楊)<；—來 Jri 皿—-JZ-TT-T~—- 苐——偏移+ Φ_^ , 其中，Φ_ Κ是所述第一基準最大通量值和所述第二基準最大通量值之一，并且Φ_ 是所述第一測量的最大通量值和所述第二測量的最大通量值之一。
10.如權利要求9所述的計算機執行的方法，其中確定所述第一偏移包括: 使用以下方程式計算所述第一偏移:
11.如權利要求1所述的計算機執行的方法，其中確定所述第二偏移包括: 使用以下方程式計算所述第二偏移:
12.如權利要求1所述的計算機執行的方法，其中確定所述第二偏移包括: 使用以下方程式計算所述第二偏移:
13.一種用于檢測磁體系統相對于位置傳感器的位置的線性位置傳感器系統，該系統包括: 位置傳感器，配置成測量由磁體系統產生的磁場的磁通量；和 與所述位置傳感器通信的控制器，所述控制器包括計算機可讀的儲存媒質和處理器，所述控制器配置成: 指令所述位置傳感器測量由磁體系統產生的沿第一方向的磁場的磁通量，和指令所述位置傳感器測量由所述磁體系統產生的沿第二方向的磁場的磁通量，其中所述第一方向和所述第二方向是不同方向； 基于沿所述第一方向的測量的磁通量的測量的最大通量值和測量的最小通量值、以及沿所述第一方向的磁通量的基準最大通量值和基準最小通量值，來確定第一偏移； 基于沿所述第一方向的基準最大通量值中的一基準最大通量值、測量的最大通量值中的一測量的最大通量值以及所述第一偏移，或基于沿所述第一方向的基準最小通量值、測量的最小通量值以及所述第一偏移，來確定第一增益； 在與沿所述第一方向的磁通量有關的零交叉點和與沿所述第二方向的磁通量有關的零交叉點中的至少之一處，基于所述第一增益和所述第一偏移，調節沿所述第一方向的測量的磁通量的值的至少一部分； 基于沿所述第二方向的測量的磁通量的測量的最大和最小通量值、以及沿所述第二方向的磁通量的基準最大和最小通量值，來確定第二偏移； 基于沿所述第二方向的基準最大通量值、測量的最大通量值和所述第二偏移，或基于沿所述第二方向的基準最小通量值、測量的最小通量值和所述第二偏移，來確定第二增.、M ; 在與沿所述第一方向的磁通量有關的零交叉點和與沿所述第二方向的磁通量有關的零交叉點中的至少之一處，基于所述第二增益和所述第二偏移，調節沿所述第二方向的測量的磁通量的值的至少一部分；和 基于沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值，確定在給定時間所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置。
14.如權利要求13所述的系統，其中，為了確定在給定時間所述磁體系統相對于所述位置傳感器的位置，所述控制器配置成: 從查找表獲取值，所述查找表與在所述給定時間沿所述第一方向的測量的磁通量的經調節值和在所述給定時間沿所述第二方向的測量的磁通量的經調節值之間的關系有關；和將來自所述查找表的所述值線性化。
15.如權利要求13所述的系統，其中所述控制器進一步配置成基于下述可信度檢查的至少之一:關于沿所述第一方向的測量的最大和最小磁通量值和對應的基準最大和最小磁通量值的可信度檢查，以及關于沿所述第二方向的測量的最大和最小磁通量值和對應的基準最大和最小磁通量值的可信度檢查，來確定是否所述位置傳感器發生故障。
全文摘要
一種位置傳感器測量由磁體系統產生的沿第一方向和第二方向的磁場的磁通量。與沿第一方向的測量的磁通量有關的值基于第一增益和第一偏移而得到調節，所述第一增益和第一偏移基于沿第一方向的基準磁通量和測量的磁通量而確定的。與沿第二方向的測量的磁通量有關的值基于第二增益和第二偏移而得到調節，所述第二增益和第二偏移基于沿第二方向的基準磁通量和測量的磁通量而確定的。所述磁體系統在給定時間相對于所述位置傳感器的位置然后可基于在所述給定時間沿所述第一和第二方向的磁通量的經調節值而確定的。
文檔編號G01D5/14GK103210282SQ201180044484
公開日2013年7月17日 申請日期2011年7月13日 優先權日2010年7月15日
發明者S.赫南德茲-奧利弗, L.S.布賴恩, M.沃爾夫, S.特勞斯維恩 申請人:泰科電子公司, 泰科電子比利時公司, 泰科電子Amp有限責任公司