一種移動物體運動位置的感測方法及系統與流程

本發明涉及一種移動物體運動位置的感測方法及系統，特別是較長行程的移動物體運動位置的感測方法和系統，例如汽車發動機離合器主缸活塞位置的感測方法和裝置。

背景技術：

在控制技術中，感測裝置通常用來感測移動物體的運動位置。當移動物體運動行程較長超出感測裝置的感測范圍時，現有的感測裝置無法覆蓋此類長行程，因此無法完成此類長行程移動物體的位置感測。

例如，在汽車的控制技術中，需要感測汽車發動機離合器位置，并產生離合器位置信號。目前離合器位置信號可由安裝在離合器主缸(clutchmastercylinder或cmc)上的傳感系統產生。隨著離合器踏板的踩動，現有的安裝在離合器主缸上的傳感系統能產生離合器活塞在離合器行程內運動的位置信號。

但是卡車等大型車輛，其離合器主缸活塞的行程較長，現有的離合器活塞感測裝置可以感測到的運動行程無法覆蓋這種長行程的活塞運動。

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種感測方法，解決上述問題，具體的：

一種移動物體運動位置的感測方法，用于感測移動物體在一個行程內的運動位置，所述行程的長度分成至少兩段行程，所述移動物體在所述行程中運動，以產生移動物體在第一段行程內的運動位置信號和在第二段行程內的運動位置信號；

分別感測所述移動物體在第一段行程的運動位置信號和所述移動物體在第二段行程的運動位置信號，并產生第一感測信號和第二感測信號；所述第一感測信號和第二感測信號隨著所述移動物體在對應的所述第一段行程和第二段行程中運動而變化；

將所述第一感測信號和第二感測信號按行程順序(或時間)合成，以產生全程感測信號，所述全程感測信號隨著所述移動物體在所述行程中運動而變化。

如前文所述的感測方法，還包括：

對應所述第一段行程設置第一感測元件，用于感測所述移動物體經過第一段行程時的運動，并產生所述第一感測信號；

對應所述第二段行程設置第二感測元件，用于感測所述移動物體經過第二段行程時的運動，并產生所述第二感測信號。

如前文所述的感測方法，還包括：

所述第一感測元件在二維空間方向中上感測所述移動物體的在所述第一段行程內的運動產生反映移動物體在所述第一段行程內運動的為正弦和余弦波形的第一周期信 號；

所述第二感測元件在在二維空間方向上感測所述移動物體的在第二段行程內的運動產生反映移動物體在第二段行程內運動的為正弦和余弦波形的第二周期信號。

如前文所述的感測方法，還包括：

將所述第一感測元件感測到的第一周期信號從模擬信號轉換成數字信號；

將所述第二感測元件感測到的第二周期信號從模擬信號轉換成數字信號。

如前文所述的感測方法，將數字形式的正弦和余弦波形的第一周期信號轉換成線性形式的所述第一感測信號；

將數字形式的正弦和余弦波形的第二周期信號轉換成線性形式的所述第二感測信號。

如前文所述的感測方法，還包括：

感測所述感測元件的環境溫度獲得環境溫度信號；

根據環境溫度信號對所述第一感測信號和第二感測信號進行溫度補償，得到溫度補償后線性信號斜率一致的第一補償感測信號和第二補償感測信號。

如前文所述的感測方法，存儲不同環境溫度信號對應的不同的溫度補償系數；

根據不同的溫度參數分別對所述第一感測信號和第二感測信號進行溫度補償；得到第一補償感測信號和第二補償感測信號。

如前文所述的感測方法，進行溫度補償采用如下計算式：

tang_n＝k×ang_n+b；

其中k為溫度補償系數，b為截距，n為≥1的整數，ang_n為第n感測信號，tang_n為第n補償感測信號。

如前文所述的感測方法，還包括：

分別對所述第一補償感測信號和所述第二補償感測信號進行修正，得到第一修正感測信號和第二修正感測信號；

對第一修正感測信號和第二修正感測信號按行程順序合成；

生成呈線性的反應所述活塞在整個行程內運動的全程感測信號。

如前文所述的感測方法，對所述第一補償感測信號和第二補償感測信號進行修正，修正所采用如下計算式進行：

lin_n＝sn×tang_n+in；

其中，lin_n為修正后的第n修正感測信號，sn為第n補償感測信號的斜率修正系數，in為第n補償感測信號的截距調整系數，n為≥1的整數

如前文所述的感測方法，所述對修正后的補償線性第一修正感測信號和補償線性第二修正感測信號按行程順序合并；所述按行程順序合并是通過以下計算式得到的：

snorm＝lin_1+lin_2+lin_3+lin_4+.....+lin_n；

其中，n為≥1的整數，snorm為合并后的運動位置信號。

如前文所述的感測方法，還包括：

對所述修正感測信號進行診斷；

診斷采用如下比較式：

1)若lin_n<workrangelcl，則輸出lin_n＝clamp_low；

2)若lin_n>workrangelcl，則輸出；lin_n＝clamp_high；

3)若workrangelcl>lin_n<workrangeucl，則輸出lin_n＝sn×tang+in；

其中，clamp_low表示信號輸出低鉗位模式，clamp_high表示信號輸出高鉗位模式，workrangelcl表示最小有效工作區間，workrangeucl表示最大有效工作區間。

如前文所述的感測方法，在所述移動物體上固定設置磁鐵裝置，所述磁鐵裝置隨所述移動物體運動而運動，感測所述磁鐵裝置的運動以確定所述移動物體的運動。

如前文所述的感測方法，所述感測元件為3d霍爾感應元件，所述3d霍爾感應元件感測所述磁鐵裝置的磁場強度在二維空間中二個方向上的磁場信號，并使用其該磁場信號作為運行信號進行運算。

如前文所述的感測方法，所述移動物體是離合器活塞，所述行程是活塞缸中的可移動距離。

本發明的目的之二是為了解決前述的技術問題，提供一種裝置，具體方案如下：

一種移動物體運動位置的感測系統，用于感測移動物體在一個行程內的運動位置，所述行程的長度分成至少兩段行程，所述移動物體在所述行程中運動，以產生移動物體在第一段行程內的運動位置信號和在第二段行程內的運動位置信號；包括：

多個感測元件，用于分別感測所述移動物體在第一段行程的運動位置信號和所述移動物體在第二段行程的運動位置信號，并產生第一感測信號和第二感測信號；所述第一感測信號和第二感測信號隨著所述移動物體在對應的所述第一段行程和第二段行程中運動而變化；

微控制單元，用于將所述第一感測信號和第二感測信號按行程順序(或時間)合成全程感測信號，所述全程感測信號隨著所述移動物體在所述行程中運動而變化。

如前文所述的感測系統，所述感測元件包括第一感測元件和第二感測元件；

所述第一感測元件設置在所述第一段行程上，用于感測所述移動物體經過第一段行程時的運動，并產生所述第一感測信號；

所述第二感測元件設置在所述第二段行程上，用于感測所述移動物體經過第二段行程時的運動，并產生所述第二感測信號。

如前文所述的感測系統，所述第一感測元件在二維空間中兩個方向上感測所述移 動物體的在所述第一段行程內的運動產生反映磁鐵裝置在所述第一段行程內運動的為正弦和余弦波形的第一周期信號；

所述第二感測元件在在二維空間中兩個方向上感測所述移動物體的在第二段行程內的運動產生反映磁鐵裝置在第二段行程內運動的為正弦和余弦波形的第二周期信號。

如前文所述的感測系統，所述微控制單元將感測到的第一周期信號從模擬信號轉換成數字信號；

所述微控制單元將感測到的第二周期信號從模擬信號轉換成數字信號。

如前文所述的感測系統，所述微控制單元將數字形式的正弦和余弦波形的第一周期信號轉換成線性形式的所述第一感測信號；

所述微控制單元將數字形式的正弦和余弦波形的第二周期信號轉換成線性形式的所述第二感測信號。

如前文所述的感測系統，還包括：

溫度感測電路；

所述溫度感測電路感測所述感測元件的環境溫度獲得環境溫度信號；

所述微控制單元根據環境溫度信號對所述第一感測信號和第二感測信號進行溫度補償，得到溫度補償后線性信號斜率一致的第一補償感測信號和第二補償感測信號。

如前文所述的感測系統，所述微控制單元存儲不同環境溫度信號對應的不同的溫度補償參數；

所述微控制單元根據不同的溫度參數分別對所述第一感測信號和第二感測信號進行溫度補償；得到第一補償感測信號和第二補償感測信號。

如前文所述的感測系統，所述微控制單元進行溫度補償采用如下計算式：

tang_n＝k×ang_n+b；

其中k為溫度補償系數，b為截距，n為≥1的整數，ang_n為第n感測信號，tang_n為第n補償感測信號。

如前文所述的感測系統，還包括：

所述微控制單元分別對所述第一補償感測信號和所述第二補償感測信號進行修正，得到第一修正感測信號和第二修正感測信號；

所述微控制單元對第一修正感測信號和第二修正感測信號按行程順序合成，生成呈線性的反應所述活塞在整個行程內運動的全程感測信號。

如前文所述的感測系統，所述微控制單元對所述第一補償感測信號和第二補償感測信號進行修正，修正所采用如下計算式進行：

lin_n＝sn×tang_n+in；

其中，lin_n為修正后的第n修正感測信號，sn為第n補償感測信號的斜率修正 系數，in為第n補償感測信號的截距調整系數，n為≥1的整數。

如前文所述的感測系統，所述微控制單元分時的對修正后的第一修正感測信號和第二修正感測信號按行程順序合并；所述按行程順序合并是通過以下計算式得到的：

snorm＝lin_1+lin_2+lin_3+lin_4+.....+lin_n；

其中，n為≥1的整數，snorm為合并后的運動位置信號。

如前文所述的感測系統，還包括：

所述微控制單元對所述修正感測信號進行診斷；

診斷采用如下比較式：

1)若lin_n<workrangelcl，則輸出lin_n＝clamp_low；

2)若lin_n>workrangelcl，則輸出；lin_n＝clamp_high；

3)若workrangelcl>lin_n<workrangeucl，則輸出lin_n＝sn×tang+in；

其中，clamp_low表示信號輸出低鉗位模式，clamp_high表示信號輸出高鉗位模式，workrangelcl表示最小有效工作區間，workrangeucl表示最大有效工作區間。

如前文所述的感測系統，還包括：

電壓轉換電路，用于將所述感測系統的工作電壓調整為5v。

如前文所述的感測系統，還包括：

休眠控制電路，設有休眠感測元件，用于感測所述移動物體的位置并產生休眠控制信號，所述微控制單元接收所述休眠控制信號控制所述感測系統處于啟動或者休眠模式。

如前文所述的感測系統，所述休眠控制電路，感測所述移動物體的位置；

當移動物體被驅動到某一設定位置時，所述休眠控制電路發出啟動控制信號；

當移動物體被驅動到某一設定位置時，所述休眠控制電路發出休眠控制信號。

如前文所述的感測系統，所述啟動控制信號為上升沿階躍信號，當所述微控制單元接收到該啟動控制信號后，使所述感測系統輸出1ms的啟動首位符后輸出正常信號；

所述休眠控制信號為下降沿階躍信號，當所述微控制單元接收到該休眠控制信號后，使所述感測系統輸出2.5ms的正常信號后無信號輸出。

如前文所述的感測系統，在所述移動物體上固定設置磁鐵裝置，所述磁鐵裝置隨所述移動物體運動而運動。

如前文所述的感測系統，所述感測元件為3d霍爾感應元件，所述3d霍爾感應元件感測所述磁鐵裝置的磁場強度在二維空間中二個方向上的磁場信號，并使用其該磁場信號作為運行信號進行運算。

如前文所述的感測系統，所述移動物體是離合器活塞，所述行程是離合器活塞在活塞缸中的可移動距離。

如前文所述的感測系統，還包括：

在所述活塞缸外增設集磁件用于增強所述磁鐵裝置的磁場延伸強度。

如前文所述的感測系統，還包括pcb板，

所述多個感測元件設置在pcb板的一側；

所述集磁件設置在所述pcb板的另一側，所述集磁件與所述多個感測元件位置對齊。

本發明的移動物體運動位置的感測系統，例如離合器活塞位置感測，為了感測行程較長的活塞運動，活塞的行程分成若干個區域，在每個區域分別設置霍爾感應器感測隨活塞運動經過各區域時的磁鐵，分別產生各個區域的感測信號，微控制單元接收到分段的感測信號之后將其進行溫度補償、修正、按時序合并等處理后疊加成連續的反映整個行程的活塞運動信號，已達到感測長行程活塞運動的目的。此外，該系統和方法還設有溫度感測電路，用于感測感測元件的溫度提供溫度補償修正參數；還在活塞缸為設置了集磁件以增強并延長活塞上磁鐵的磁場分布，還設有休眠控制電路，監測活塞是否被驅動并提供監測信號，使整個感測系統控制在休眠或啟動狀態，以節省能源。整個發明同時在磁路設計、電路設計及軟件算法上改進了對長行程活塞運動的感測。

附圖說明

圖1為本發明的移動物體位置感測系統在離合器活塞中應用的結構示意圖。

圖2為本發明離合器活塞位置感測系統的電路結構示意圖；

圖3為本發明微控制單元片選電路結構示意圖；

圖4為本發明微控制單元片內部電路結構示意圖；

圖5為本發明溫度感測電路的電路結構示意圖；

圖6a為本發明一個感測單元感測到的兩個正弦和余弦波形式的周期信號波形示意圖；

圖6b為圖6a的正弦和余弦信號轉換成線性形式的感測信號波形示意圖；

圖7a為本發明一個實施例中將行程分為3段的各段感測信號的信號示意圖；

圖7b為本發明前述實施例中將行程分為3段的各段感測信號進行溫度補償后的感測信號示意圖；

圖7c為本發明前述實施例中將行程分為3段的各段感測信號進行溫度補償后的感測信號示意圖；

圖8為本發明對信號處理的流程示意圖；

圖9為本發明對修正感測信號進出檢測診斷的處理流程示意圖；

圖10為本發明不同溫度下的感測信號波形示意圖。

具體實施方式

下面將參考構成本說明書一部分的附圖對本發明的各種具體實施方式進行描述。應該理解的是，雖然在本發明中使用表示方向的術語，諸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本發明的各種示例結構部分和元件，但是在此使用這些術語只是為了方便說明的目的，基于附圖中顯示的示例方位而確定的。由于本發明所公開的實施例可以按照不同的方向設置，所以這些表示方向的術語只是作為說明而不應視作為限制。在可能的情況下，本發明中使用的相同或者相類似的附圖標記指的是相同的部件。

在控制技術中，通常用感測裝置來感測某移動物體的運動位置，例如將磁鐵固定在移動物體上，用霍爾感應器等感測裝置感測磁鐵的磁場信號，磁場裝置的運動信號反映移動物體的運動。但當移動物體運動行程較長，超出感測裝置的感測范圍時，現有的感測裝置無法覆蓋此類長行程，因此無法完成此類長行程移動物體的位置感測。為了解決這種問題，本發明以汽車離合器活塞往復運動的位置感測為一實施例進行演示，以說明本發明的移動物體感測方法是如何感測長行程移動物體的運動的。當然，本發明的移動物體感測方法和裝置不僅僅限于汽車離合器活塞位置的感測。

圖1為本發明的移動物體位置感測系統在離合器活塞中應用的結構示意圖。

以汽車離合器活塞的運動為例，圖1示出活塞缸體108的內部結構以及離合器活塞109和活塞缸體105的示意配合關系。如圖1所示，離合器主活塞組件包括活塞缸體108。活塞缸體105中具有空腔108，活塞109伸入活塞缸體空腔108中，能在活塞缸體空腔108中來回作直線移動。例如，活塞109的近端109a被離合器踏板(未示出)所驅動，隨著離合器踏板的踩動和放開，活塞109作直線往復運動。活塞109的遠端109b上設置有磁鐵裝置166(作為一個實施例磁鐵166可以是如圍繞活塞109的環形磁鐵)，并且該磁鐵裝置166適合于隨著活塞109的直線移動在活塞缸體108中作往復(或其他)運動。在如圖1所示的實施例中，磁鐵裝置166隨活塞109在缸頂位置和缸底位置之間做往復移動。盡管圖中未示出，磁鐵裝置166還可設置安裝在活塞109軸向的其它位置。由于活塞109的近端109a被離合器踏板所驅動，所以磁鐵裝置166在活塞缸104中的相應位置反映了離合器踏板的操作位置，從而反映了離合器的相應操作位置。

在圖1中，安裝在活塞109上的磁鐵裝置166在活塞缸體108的空腔108中移動，可移動的總距離為l。作為一個實施例，將可移動的總距離為l均勻劃分為三段，分別是第一段行程s1、第二段行程s2、第三段行程s3(也可以不均分)。

離合器活塞位置感測系統在活塞缸體105外壁上設置有多個感測元件，例如第一感 測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103。第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103分別設置在第一段行程s1、第二段行程s2、第三段行程s3的行程上。該多個感測元件可設置成多種感測元件中的一種，如3d霍爾感應元件。第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103分別感測磁鐵裝置166隨活塞109運動到第一段行程s1、第二段行程s2、第三段行程s3時的磁場信號。感測元件通過多種方式固定在活塞缸體105上。例如，感測元件是通過安裝支架110安裝在活塞缸體105外壁上。在如圖1所示的實施例中，感測元件在活塞缸體108軸向的位置對應于磁鐵裝置166在缸頂位置和缸底位置之間往復運動的區域。當磁鐵裝置166在缸底位置和缸頂位置之間的任何位置時，感測元件中的探測電路感測磁鐵裝置166產生的磁場(或磁通)變化。

系統工作過程中，當磁鐵裝置166隨著活塞109在活塞缸體105的第一段行程s1、第二段行程s2、第三段行程s3之間移動時，磁鐵裝置166在第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103產生的磁場(或磁通)發生相應變化。設置在活塞主缸108外壁上的第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103中探測電路感測到磁鐵裝置166的磁場(或磁通)的變化，在特定時間拾取相應的數據從而產生用于指示離合器位置的信號(見圖3)。在本發明的這一實施例中，用3d霍爾感應元件的第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103所產生的指示離合器位置的信號包括在二維空間中x、y(或z方向)兩個方向上感測所述磁鐵裝置166的在每一段行程(s1、s2、s3)內的運動產生的正弦和余弦波形的周期信號bx_1、by_1；bx_2、by_2和bx_3、by_3(見圖6a)。

此外，活塞主缸108外壁上還設有休眠感測元件104(例如，3d霍爾感應元件)，用于感測活塞109的位置并產生休眠控制信號cts，休眠控制信號cts表示離合器處于被踩動到脫離了自由狀態、磁鐵裝置166到了剛剛對離合器摩擦片施加分離力的缸體頂部位置(設定位置)，但此時離合器摩擦片處于貼緊位置，齒輪箱和發動機處于嚙合狀態。微控制單元210接受休眠控制信號cts控制感測系統處于啟動或者休眠模式(見圖2)。休眠控制信號cts包括啟動控制信號和休眠控制信號：啟動控制信號為上升沿階躍信號，當微控制單元210接收到該啟動控制信號后，使所述感測系統輸出1ms的啟動首位符后輸出正常信號；休眠控制信號為下降沿階躍信號，當所述微控制單元(210)接收到該休眠控制信號后，使所述感測系統輸出2.5ms的正常信號后無信號輸出。當離合器未被踩動時，處于待機休眠狀態，當微控制單元210從休眠狀態轉換到啟動轉態時不需要重新初始化所有部件，節省系統啟動時間，同時處于休眠狀態的系統會節省能量。

進一步的，在活塞缸105外增設一強磁件106，強磁件106為一長條狀鐵片(其他導磁材料亦可)，設置在磁鐵裝置166運動的的行程一側，與所述多個感測元件(101、102、103)位置對齊，用于增強磁鐵裝置166的磁場延伸強度，把磁場的分布范圍拉長。

此外，感測系統還包括pcb板(圖中省略)，多個感測元件(101、102)設置在pcb板的一側；集磁件106設置在pcb板的另一側，集磁件與所述多個感測元件(101、102)位置對齊。

圖2為本發明離合器活塞位置感測系統的電路結構示意圖。如圖2所示，離合器活塞位置感測系統的電路結構包括有第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103和休眠感測元件104、微控制單元210等。如同圖1所示，活塞缸105內有運動的活塞109，活塞109上固定設有磁鐵裝置166。活塞缸105外有感測磁鐵裝置166運動的第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103以及休眠感測元件104。

第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103以及休眠感測元件104獨立運作，分別感測磁鐵裝置166在不同位置產生的磁通密度和/或磁場，然后產生并輸出對應的符合函數線的模擬電壓信號，例如，正弦形或余弦形模擬電壓信號(具體見圖6a)。微控制單元210對信號進行處理分析診斷(具體過程見圖6a-圖9)，最終將處理完成的活塞位置信號發送給ecu207(electroniccontrolunit，電子控制單元，俗稱行車電腦)，ecu207用于控制汽車的行使。

此外，離合器活塞位置感測系統還包括有溫度感測電路206，溫度感測電路206感測第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103的工作溫度，獲得環境溫度信號temp，并通過線路246提供給微控制單元210。微控制單元210根據環境溫度信號temp對所述感測信號ang_n進行溫度補償(具體見圖5)。

此外，離合器活塞位置感測系統還電壓轉換電路218，用于將整個感測系統的工作電壓調整為5v。

圖3為本發明微控制單元片選電路結構示意圖。

磁鐵裝置106在不同的時間經過第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103所在的位置，微控制單元210需要在不同的時間選取第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103發出的感測信號。圖3所示的串行片選電路結構即解釋微控制單元210如何在不同的時刻選取不同的感測元件感測的信號。如圖3所示，第一感測元件101設有三個通訊端口與微控制單元210進行通訊，分別是片選端311、時鐘端312和數據傳輸端313。同樣第二感測元件102和第三感測元件103各自分別設有片選端321、331，時鐘端322、332和數據傳輸端323、333與微控制單元210進行通訊。通過時鐘端312、時鐘端322和時鐘端332，微控制單元210同時向第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103發送一個同頻率的時鐘信號sclk，同時在不同的時刻，或磁鐵裝置166經過某感測元件(第一感測元件101、第二感測元件102或第三感測元件103)的時刻，微控制單元210通過片選端(311、321或321)向該感測元件 發送一個片選信號ss，接收到片選信號ss的感測單元，以第一感測單元101為例，即通過數據傳輸端311發送一個數據包信號給微控制單元210，一個數據包信號在本實施例中為8位(也可以16位或其他)，分別是x方向磁場信號、y方向磁場信號、z方向磁場信號、合磁場(x+y+z)信號、是否低于有效磁場判斷信號、是否高于有效磁場判斷信號、是否信號缺位、供電是否正常信號。微控制單元210對連續收到的第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103的所有信號信息對解析處理。本說明書后續部分著重描述包括x方向磁場信號、y方向磁場信號、z方向磁場信號的活塞位置感測信號進行分析處理。

圖4為本發明微控制單元片內部電路結構示意圖；

圖4顯示了微處理單元210具體結構的一個實施例框圖。如圖4所示，微處理單元210至少包括模數(a/d)轉換電路472和處理器474。例如，在本發明的一優選實施例中，第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103各自在二維方向上(例如bx、by或bz維度)感測磁通密度變化和/或磁場變化而產生的符合兩條函數線的模擬電壓信號(運動信號epb)輸出(例如，一條輸出曲線為余弦形模擬電壓信號輸出，另一條輸出曲線為正弦形模擬電壓信號輸出)。第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103各自在不同時刻將其余弦形模擬電壓信號輸出和正弦形模擬電壓信號輸出傳送到模數(a/d)轉換電路472。

模數(a/d)轉換電路472將從第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103出接收各自產生的兩個余弦形模擬電壓信號輸出(或兩個正弦形模擬電壓信號輸出)轉換成數字信號輸出。處理器474對轉換成數字信號的bx、by進出處理。

圖5為本發明溫度感測電路的電路結構示意圖。

圖5示出本發明的溫度感測電路206的一個具體實施例，如圖中所示，溫度感測電路206包括熱敏電阻510、固定電阻512和電容511。其中，熱敏電阻510的下端511和固定電阻512的上端514串聯，串聯后熱敏電阻510上端513連接5v電壓，固定電阻512下端515接地，電容511的上端516連接在熱敏電阻510的下端511和固定電阻512的上端514，電容511的下端517接地。熱敏電阻510的下端511連接微處理單元的210的輸入端518。串聯的熱敏電阻510和固定電阻512構成分壓電路。熱敏電阻510具有隨外界溫度改變阻值的特性，不同溫度時其阻值會發生變化，和固定電阻512串聯時阻值越大，分得的電壓越大，故而可以向微處理單元210提供不同的電壓信號。將多個熱敏電阻510分別設置在第一感測元件101、第二感測元件102和第三感測元件103處，微處理單元210將獲得第一感測元件101、第二感測元件102和第三感測元件103的環境溫度信號temp_1、temp_2和temp_3。

圖6a為本發明一個感測單元感測到的兩個正弦和余弦波形式的周期信號波形示意圖。

每個3d霍爾感測元件101，102，103可在多個維度方向，如：x、y、z維度上感測磁鐵裝置166在不同位置產生的磁通密度和/或磁場。以第一感測元件101為例，3d霍爾感應單元101可感測二哥維度方向(x、y或z維度)上的磁通密度和/或磁場，產生二個正弦或余弦波形的周期信號bx_1、by_1，本發明的微處理單元210適用該信號于計算活塞運動的位置信號。以bx_1、by_1為例，其信號波形如圖6a所以，其中bx_1為正弦波形，by_1為余弦波形。

如此相同，第二感測元件102和第三感測元件103也會感測磁鐵裝置166在x、y或z維度上的磁通量變化并分別產生兩組信號bx_2、by_2和bx_3、by_3，微處理單元210適用該信號作為計算活塞運動的位置信號。

圖6b為圖6a的正弦和余弦信號轉換成線性形式的感測信號波形示意圖；

如前文所述，隨著磁鐵裝置166在活塞缸的空腔108中的來回移動的位置，第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103各自在二維方向上感測磁通密度變化和/或磁場變化而產生的三組信號bx_1、by_1、bx_2、by_2和bx_3、by_3發送給微處理單元210，三組信號符合正弦和余弦函數線的電壓輸出。

微處理單元210將用模數(a/d)轉換電路472將三組模擬信號轉換成數字信號之后，選擇每組信號中的兩個(一個余弦形電壓輸出和一個正弦形電壓輸出)輸送到處理器474。處理器364將從模數(a/d)轉換電路472輸送來的余弦數字電壓信號和正弦數字電壓信號轉化成一條線性電壓輸出，以第一感測元件101輸入的bx_1、by_1為例，計算方法如以下公式所示：

ang_1＝mod(atan2(bx_1，by_1)*180/pi,360)；

在上述計算公式中，磁鐵裝置166在活塞缸空腔108中有效行程lx2對應于一個圓周周期；即：進入行程從活塞缸頂到缸底可對應于圓周期的上半周，而退出行程從活塞缸底到缸頂可對應于圓周期的下半周。ang_1表示第一感測信號。公式中atan2函數表示了對正弦bx_n和余弦量by_n進行反正切運算，且該反正切函數的值域是±pi弧度；通過將該反正切弧度量*180/pi()得到對應的角度量±180度；再對該角度量相對360取余，即mod(ref,360)函數，將±180度角度范圍轉換成0～360度角度范圍。生成的線性函數ang_1即為圖6b所示，第二感測元件102、第三感測元件103發送的數據處理方法如此相同，不再贅述。

圖7a為本發明一個實施例中將行程分為3段的各段感測信號進行溫度補償前的感 測信號示意圖，

微處理單元210將第一感測元件101、第二感測元件102、第三感測元件103發送的第一周期信號(bx_1、by_1)、第二周期信號(bx_2、by_2)和第三周期信號(bx_3、by_3)全部經過圖6a-圖6b的處理后，得到圖7a所示的信號結構示意圖。

圖中橫坐標表示行程s，分別第一段行程s1、第二段行程s2、第三段行程s3；豎坐標表示信號值v。圖中第一段行程s1區域內表示的是第一感測信號ang_1，第二段行程s1區域內表示的是第二感測信號ang_2，第三段行程s3區域內表示的是第三感測信號ang_3。若是完全相同的感測元件，在相同的溫度下感測的移動物體的運動，得到的感測信號線性斜率是相同的，三者之間是平行的。但由于感測元件的的物理屬性不相同，不同的霍爾感應器在不同溫度下，感測到的信號值ang_n會隨溫度變化產生偏移(具體參見圖10)。與常溫下感測的信號值v相比，圖7a中實線表示的各個感測元件的線性函數斜率都不同：各個感測元件的屬性不相同，工作溫度變化時導致的各個感測元件的霍爾系數不同，產生的線性函數斜率也不相同。計算得到的函數會出現圖中所示的情形：變化的第一感測信號ang_1、第二感測信號ang_2和第三感測信號ang_3的斜率不相同。斜率不同的感測信號在后續的合并計算中會出現不平滑的斷點，進行合并時會放大疊加。

圖7a為本發明一個實施例中將行程分為3段的各段感測信號進行溫度補償后的感測信號示意圖。

為了解決前述問題，需要對每個感謝信號就行溫度補償修正，得到線性信號斜率轉一致的函數。即采用圖5所示的溫度補償電路采集每個感測元件的溫度信號，根據每一個感測元件的屬性，不同的溫度對應不同的霍爾系數，對感測元件產生的感測信號ang_n進行溫度補償。以第一感測元件101為例，其預先測得的溫度補償系數表如下表所示：

表1：第一感測元件101溫度補償系數表

表1中，第一列為第一感測元件101的工作溫度，第二列為熱敏電阻510的不同阻值，第三列為熱敏電阻510分壓后輸入到微處理單元210的電壓信號，斜率k為對應的溫度補償系數，截距b為溫度補償截距。

以第一感測信號ang_1、進行溫度補償為例進行計算，計算式如下：

tang_1＝k×ang_1+b；

其中k為溫度補償系數，b為截距，ang_1為第1感測信號，tang_1為第一補償感測信號。

第二感測信號ang_2和第三感測信號ang_3進行溫度補償計算的方法與之類似。當采用相同的感測元件時，各個感測信號的溫度補償計算方法也相同。

溫度補償之后得到的第一補償感測信號tang_1、第二補償感測信號tang_2和第三補償感測信號tang_3如圖7b中實線段所示。如圖7b所示，對第一感測信號ang_1、第二感測信號ang_2和第三感測信號ang_3進行溫度補償后得到線性信號斜率一致的第一補償感測信號tang_1、第二補償感測信號tang_2和第三補償感測信號tang_3。

本發明最終需要得到一條收尾相互銜接起來構成一條反應活塞109在整個行程中運動的線性函數，顯然需要對第一補償感測信號tang_1、第二補償感測信號tang_2和第三補償感測信號tang_3進行調整修正。同樣以第一補償感測信號tang_1為例，其修正調整的計算公式為：

lin_1＝s1×tang_1+i1；

其中，lin_1為修正后的第一修正感測信號，s1為第一補償感測信號的斜率調整修正系數，i1為第一補償感測信號的截距調整系數。斜率調整修正系數sn和截距調整系數in為處理器計算得到。

第二補償感測信號tang_2和第三補償感測信號tang_3也適用同樣的修正公式進行調整，調整后的第一修正感測信號lin_1、第二修正感測信號lin_2和第三修正感測信號lin_3如圖7c所示。

圖7c為本發明前述實施例中將行程分為3段的各段感測信號進行溫度補償后的感測信號示意圖。

如圖7c所示，為調整后的第一修正感測信號lin_1、第二修正感測信號lin_2和第三修正感測信號lin_3，且斜率一致、收尾連續相連、中間無斷點的運動位置信。將第一修正感測信號lin_1、第二修正感測信號lin_2和第三修正感測信號lin_3按行程順序合成得到最終輸出信號snorm，具體計算公式是：

snorm＝lin_1+lin_2+lin_3

其中，snorm為合并后的按照活塞運動行程、時序連續的運動位置信號，。

微處理單元210將合并后活塞運動位置信號snorm發送給ecu207。

圖8為本發明對信號處理方法的流程示意圖；

如前文所示，三個3d霍爾感測元件101、102、103感測得到第一周期信號(bx_1、by_1)、第二周期信號(bx_2、by_2)和第三周期信號(bx_3、by_3、bz_3)經過公式：

①ang_n＝mod(atan2(bx_1,by_1)*180/pi,360；n為≥1的整數；

得到第一感測信號ang_1、第二感測信號ang_2和第三感測信號ang_3，同時溫度溫度補償電路206采集得到每個感測元件的溫度信號，查表得到每個感測元件的溫度補償系數k和溫度補償截距b，通過公式：

②tang_n＝k×ang_n+b；n為≥1的整數；

得到第一補償感測信號tang_1、第二補償感測信號tang_2和第三補償感測信號tang_3，因需要對第一補償感測信號tang_1、第二補償感測信號tang_2和第三補償感測信號tang_3進行合并疊加，故需要對其再次進行調整，通過公式：

③lin_n＝sn×tang_n+in；n為≥1的整數；.

得到第一修正感測信號lin_1、第二修正感測信號lin_2和第三修正感測信號lin_3，將第一修正感測信號lin_1、第二修正感測信號lin_2和第三修正感測信號lin_3按照行程順序疊加，通過公式：

④snorm＝lin_1+lin_2+lin_3+lin_4+.....+lin_n；n為≥1的整數；

得到最終從微處理單元210輸出到ecu207的合并后活塞運動位置信號snorm。

圖9為本發明對修正感測信號進出檢測診斷的處理流程示意圖；

如圖9所示，微控制單元210對修正感測信號lin_n進行診斷，診斷采用如下比較式：

1)若lin_n<workrangelcl，則輸出lin_n＝clamp_low；

2)若lin_n>workrangelcl，則輸出；lin_n＝clamp_high；

3)若workrangelcl>lin_n<workrangeucl，則輸出lin_n＝sn×tang+in；

其中，clamp_low表示信號輸出低鉗位模式，clamp_high表示信號輸出高鉗位模式，workrangelcl表示最小有效工作區間，workrangeucl表示最大有效工作區間。故當修正感測信號lin_n處在最小有效工作區間和最大有效工作區間之間是，才輸出爭取的lin_n＝sn×tang+in信號。

圖10為本發明不同溫度下的感測信號波形示意圖。

如前文圖7a中所描述的，因每個感測元件的屬性不相同，不同的工作溫度會導致每個感測元件的霍爾系數不同，產生的線性函數斜率也不相同。圖10中三條曲線1001、1002和1003分半表示溫度在-40℃、25℃和150℃下同一個霍爾感測元件的感測信號ang_n的輸出，溫度越低，斜率為高，反之亦然。通過測量不同溫度下的感測元件輸出信號，即可建立每個感測元件的溫度補償系數表，對應不同的修正系數。

盡管參考附圖中出示的具體實施方式將對本發明進行描述，但是應當理解，在不背離本發明教導的精神和范圍和背景下，本發明的離合器活塞位置傳感器及系統可以有許多變化形式。本領域技術普通技術人員還將意識到有不同的方式來改變本發明所公開的實施例中的參數，例如尺寸、形狀、或元件或材料的類型，均落入本發明和權利要求的精神和范圍內。