CN105805307B - 用于感测空档和倒档的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于感测空档和倒档的传感器装置，包括：设置在换档轴(101)上的空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)，以及空档传感器(105)、倒档传感器(106)和判断装置(606)；所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)与空档传感器(105)和倒档传感器(106)的设置使得空档区间(204)和倒档区间(202)之间有一个部分重合区域(310)；在所述重合区域(310)中，空档传感器(105)和倒档传感器(106)分别产生空档信号和倒档信号，所述判断装置(606)空档信号和倒档信号之一为有效信号，使空档传感器(105)和倒档传感器(106)的感测区间的盲区得以消除。
Description
技术领域
本发明涉及感测装置，特别涉及汽车变速箱在空档和倒档位置感测传感器。
背景技术
使用位置感测装置来探测汽车变速箱转轴的位置在行业内是已知的。
已有使用电子感测装置来感测转轴的转动和直线移动(以判断倒档和空档)档位，然而，所建议的电子感测装置同样会面临设计可行性和制造误差等原因，造成测量出现盲区、测量精度表现不佳的缺陷。
因此，有必要提供有一款位置感测装置，该位置感测装置克服现有的位置感测装置在探测转轴空档和倒档位置时存在的缺陷和不足。
发明内容
本发明欲解决以上某个技术问题，提供一种传感器装置。
具体为：一种用于感测空档和倒档的传感器装置，包括：设置在换档轴(101)上的空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)，所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)随着换档轴(101)的转动而旋转；
空档传感器(105)，用于通过感测所述空档磁铁(103)的旋转来感测所述换档轴(101)是否在空档区间(204)中，当换档轴(101)在空档区间(204)中时，所述空档传感器(105)产生空档信号，当换档轴(101)不在空档区间(204)中时，所述空档传感器(105)产生非空档信号；和
倒档传感器(106)，用于通过感测所述倒档磁铁(104)的旋转来感测所述换档轴(101)是否在倒档区间(202)中，当换档轴(101)在倒档区间(202)中时，所述倒档传感器(106)产生倒档信号，当换档轴(101)不在倒档区间(202)中时，所述倒档传感器(106)产生非倒档信号；所述传感器装置还包括：
判断装置(606)；
所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)与空档传感器(105)和倒档传感器(106)的设置使得空档区间(204)和倒档区间(202)之间有一个部分重合区域(310)；
在所述重合区域(310)中，空档传感器(105)和倒档传感器(106)分别产生空档信号和倒档信号，所述判断装置(606)空档信号和倒档信号之一为有效信号。
本发明分别采用对空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)来反映换档轴(101)的运动，并分别通过空档传感器(105)和倒档传感器(106)对空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)进行感测，并将空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)之间的角度调小产生空档传感器(105)和倒档传感器(106)的感测区间的部分重合区域(310)并同时产生感测信号，并通过判断装置(606)判断空档信号和倒档信号之一为有效信号，使空档传感器(105)和倒档传感器(106)的感测区间的盲区得以消除。
附图说明
图1为本发明传感器装置应用在换档轴(101)上的结构示意图。
图2为现有技术中空档区间(204)和倒档区间(202)的分布结构示意图。
图3为本发明空档区间(204)和倒档区间(202)的分布结构示意图。
图4为现有技术中空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)的布置结构示意图。
图5为本发明中空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)的布置结构示意图。
图6为本发明传感器装置的控制电路的结构示意图。
图7A为信号处理器602处理的的二进制空档信号(N-1)和倒档信号(R-1)示意图。
图7B为本发明经非计算的空档信号(N-2)和未经处理的倒档信号(R-1)示意图。
图7C为未经处理的空档信号(N-1)示意图。
图7D为经过与计算的倒档信号(R-2)示意图。
图8A为本发明传感器装置又一实施例的结构示意图。
图8B为图8A中实施例中磁屏蔽件(810)的放大结构示意图。
具体实施方式
下面将参考构成本说明书一部分的附图对本发明的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本发明中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本发明的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。在可能的情况下，本发明中使用的相同或者相类似的附图标记指的是相同的部件。
图1为本发明传感器装置应用在换档轴(101)上的结构示意图。
如图1所示，本发明适用于汽车发动机变速档为手动6档的换档轴，换档轴101上有前进档1、2、3、4、5，倒档R，以及向上处于中间位置的空档，一共7个档位，倒档档位R在换档轴101转向一端的一侧侧面位置；空档档位为竖直向上的位置，倒档档位R相对的一侧为前进档5档。换档轴101上分别设有倒档磁铁104和空档磁铁103，倒档磁铁104表示倒档档位R，空档磁铁103表示空档档位。在倒档档位R方向设有倒档传感器106，在空档档位方向设有空档传感器105。当换档轴101旋转到空档档位时，空档磁铁103会靠近空档传感器105，空档传感器105感测到空档磁铁103的带来的磁场变化因而会发出空档信号；当换档轴101旋转到倒档档位时，倒档磁铁104会靠近倒档传感器106，倒档传感器106感测到倒档磁铁104带来的磁场变化因而会发出倒档信号。
图2为现有技术中空档区间(204)和倒档区间(202)的分布结构示意图。
如图2所示，现有技术中深色涂影扇形区域为空档区间204，当换档轴101的旋转角度在空档区间204内时，空档传感器105会感测到空档磁铁103的带来的磁场变化因而会发出空档信号，倒档传感器106因未感测到倒档磁铁104而产生非倒档信号；浅色涂影扇形区域为倒档区间202，当换档轴101的旋转角度在倒档区间202内时，倒档传感器106会感测到倒档磁铁104带来的磁场变化因而会发出倒档信号，空档传感器105未感测到空档磁铁103并发出非空档信号。传感器装置的判断装置606(见图6)会判断换档轴101在空档和倒档位置，从而传感器装置会向汽车控制系统发出正确的档位信息，汽车控制系统会做出相应反应。
如图2所示，理想状态下，倒档区间202与空档区间204相邻的边界是刚好相邻的，换档轴101在倒档区间202和空档区间204之间来回运动，在空档区间204内时，传感器装置发出空档信号和非倒档信号，在倒档区间202内时，传感器装置发出倒档信号和非空档信号。但由于实际制造过程中会不可避免的出现误差，会使倒档区间202与空档区间204的边界都会出现一定的机械公差，即倒档区间202与空档区间204相邻边界的机械公差206，以及空档区间204与的两侧边界机械公差208。由于机械公差206和208不可避免的存在，导致倒档区间202与空档区间204相邻边界在极端情况下出现空白区域或盲区(图中未示出)。在空白区域内，倒档传感器106因感测不到倒档磁铁104，会认为换档轴101不在倒档区域202而发出非倒档信号；同样空档传感器105因感测不到空档磁铁103，会认为换档轴101不在空档区域204而发出非空档信号，传感器装置的判断装置606(见图6)会判断换档轴101在既不在空档位置也不在倒档位置，而认为换档轴101在前进档位置，并向汽车控制系统发出前进档(前进档1、2、3、4或5档)的档位信息，但事实上，换档轴101此时在空档和倒档之间，汽车控制系统会做出错误的反应而发生危险。
图3为本发明空档区间(204)和倒档区间(202)的分布结构示意图。
如图3所示，为了避免图2所示的故障发生，本发明更改了空档区间204和倒档区间202的空间设计，使得在机械公差范围即使在最极端的情况下，空档区间204和倒档区间202仍旧存在一重合区域310，即在空档区间204和倒档区间202相邻的边界相互设置到对方区域内，即使在机械公差最极端时，始终存在这一重合区域。
当换档轴101旋转到重合区域310内时，空档传感器105和倒档传感器106分别产生空档信号和倒档信号，判断装置606(见图6)判断空档信号和倒档信号之一为有效信号。在一个实施例中，判断装置606(见图6)判断空档信号为有效信号而倒档信号为无效信号。
当换档轴101在空档区间204与倒档区间202之间转动，并且当换档轴101在空档区间204且不在所述重合区域310内时，空档传感器105产生空档信号而倒档传感器106产生非倒档信号；当换档轴101在空档区间204和倒档区间202之间转动，并且当换档轴101在倒档区间202且不在所述重合区域310内时，倒档传感器106产生倒档信号而空档传感器105产生非空档信号。
空档磁铁103和倒档磁铁104与空档传感器105和倒档传感器106的设置使得所述空档传感器105和倒档传感器106在所述重合区域310内可能同时产生空档信号和倒档信号，而使得所述空档传感器105和倒档传感器106不可能同时产生非空档信号和非倒档信号，而导致前文所述的判断为前进档(前进档1、2、3、4或5档)的错误信息。
图4为现有技术中空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)的布置结构示意图。
如图4所示，空档磁铁103和倒档磁铁104与空档传感器105和倒档传感器106的设置，其产生的效果为图2所示的空档区间204和倒档区间202的设置。图中，空档磁铁103设置在换档轴101正上方，空档传感器105设置在空档磁铁103正上方以感应空档磁铁103随换档轴101旋转的运动。倒档传感器106设置在换档轴101左边下方，倒档磁铁104设置在倒档传感器106与换档轴101之间的偏下位置，感应倒档磁铁104随换档轴101旋转的运动。
图5为本发明中空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)的布置结构示意图。
如图5所示，空档传感器105和空档磁铁103的设置位置不变，倒档传感器106设置在换档轴101左边下方，倒档磁铁104设置在倒档传感器106与换档轴101之间的中部位置，感应倒档磁铁104随换档轴101旋转的运动。这种方式使倒档磁铁104与空档磁铁103之间的夹角变小，空档区间204和倒档区间202重叠产生重合区域310。
图6为本发明传感器装置的控制电路的结构示意图。
如图6所示，控制电路包括空档传感器105、倒档传感器106、信号处理器602、和判断装置(非门604和与门606)。空档传感器105和倒档传感器106分别感测空档磁铁103和倒档磁铁104的运动并产生原始的正弦波模拟电压形式的空档信号(包括非空档信号)和余弦波模拟电压形式的倒档信号(包括非倒档信号)。并将空档信号和倒档信号发给信号处理器602。信号处理器602将从空档传感器105和倒档传感器106接收的正余弦模拟电压形式的空档信号和倒档信号转化成数字信号，然后将余弦数字电压信号和正弦数字电压信号转化成一条线性电压输出，计算方法如以下公式所示：
(1)输出电压(V)＝角度的函数＝m x(角度)+b＝m xθ+b
(2)tan(θ)＝sin(θ)/cos(θ)＝Bx/By
(3)θ＝arctan(θ)＝arc(sin(θ)/cos(θ))＝arc(Bx/By)
(4)输出电压(V)＝m x arc((sin(θ)/cos(θ))+b＝m x arc(Bx/By)+b
在上述四个数学公式所反映的步骤中，m，b校准/模拟的线性函数的常数，其中m表示线性函数的斜率，b限定与所测量的角度有关的输出的起始点，参数b和m可根据为空档传感器105和倒档传感器106实际使用的器件通过模拟得出；sin(θ)和cos(θ)分别表示正弦波模拟电压形式的空档信号函数线和余弦波模拟电压形式的倒档信号函数线；等式(4)表示线性函数线形式的电压输出，Bx和By分别为在X反向和Y方向上的磁通量。
为了将得到的线性函数输出转换成二状态输出，信号处理器602有设定校准(或模拟)程序中，信号处理器602在线性函数线的电压输出上确认两个参考电压点(或两个参考或数值)。具体地，两个参考电压的确认分别与对应图3中空档区间204和倒档区间202的两个转动角位置。通过将等于或在两个参考电压点(或电压)之间的线性函数线上的所有电压点(或电压)匹配(或指定)为第一两状态信号(高电平)，并且通过将小于第一参考电压或大于第二参考电压的线性函数线上的所有电压点匹配(或指定)为第二两状态信号(低电平)从而形成两状态信号。若校准(或模拟)后的输出被送到示波器时，即如图7A所示。
此外，控制电路中的非门604和与门606可以讲二进制形式的空档信号和倒档信号进行逻辑计算。
图7A-7D为本发明的空档信号和倒档信号的处理过程示意图。
具体的，图7A为信号处理器602输出端608和609输出的二进制空档信号(N-1)和倒档信号(R-2)，第一条信号N-1表示经信号处理器602处理后经输出端608输出的二进制形式的空档信号，第二条信号R-1表示经信号处理器602处理后经输出端609输出的二进制形式的倒档信号。第一条信号N-1高电平表示空档信号，低电平表示非空档信号；第二条信号R-1的高电平表示倒档信号，低电平表示非倒档信号。纵向虚线表示的是在空档区间204、倒档区间202和重合区域310内两个信号的不同的值。在空档区间204内，第一条信号N-1为高电平，即为空档信号，第二条信号R-1为低电平，即为非倒档信号；在重合区域310内(即阴影部分)，第一条信号N-1和第二条信号R-1都为高电平，同时为空档信号和倒档信号；在倒档区间202，第一条信号N-1为低电平，即为非空档信号，第二条信号R-1为高电平，即为倒档信号。图中可以看出，在重合区域310内时，第一条信号N-1和第二条信号R-1都为高电平，若同时将同为高电平的空档信号和倒档信号的换档轴位置信号发给汽车控制系统，汽车控制系统将无法操作，因此需要进行计算处理。处理过程如图7B-7D。
图7B为本发明经非计算的空档信号(N-2)和未经处理的倒档信号(R-1)示意图。空档信号N-2是第一条信号N-1经控制电路中的非门604(见图6)进行非计算后的波形图。二条信号R-1仍旧是未经计算处理的倒档信号R-1。
图7C为未经处理的空档信号(N-1)示意图。信号处理器602默认将重合区域310内的空档信号N-1为高电平，故可以将空档信号N-1直接输出给汽车控制系统。
图7D为经过与计算的倒档信号(R-2)示意图。将信号处理器602输出端608输出的空档信号N-1经非门604处理后，即前图7B中的空档信号N-2，输入到与门606中，同时将信号处理器602输出端609输出的倒档信号R-1输出到与门606，与门606将两个信号进行与计算，即可得到如图7D所述的倒档信号R-2。与门606将本来在重合区域310内为高电平的处理成低电平，避免了与信号处理器602直接输出的高电平空档信号N-1冲突，实现了对重合区域301内的控制信号的处理，即判断换档轴101在空档位置。本发明重合区域310的设置使得空白区间不会发生，空档传感器105和倒档传感器106亦不会同时产生非空档信号和非倒档信号而被判断为前进档(前进档1、2、3、4或5档)。
图8A-8B为本发明传感器装置又一实施例的结构示意图。
如图8A所示，在倒档磁铁104上靠近相邻前进档的一侧设有磁屏蔽件810，该磁屏蔽件810为集磁件810，集磁件810可以阻挡磁铁104的磁场对相邻档位的传感器的干扰，也可以防止相邻档位磁铁的磁场对倒档传感器106的干扰，防止出现假触发的情形。如图8B所示，集磁件810紧靠倒档磁铁104一侧设置，防止或减少倒档磁铁104的磁场向侧面辐射。
尽管参考附图中出示的具体实施方式将对本发明进行描述，但是应当理解，在不背离本发明的精神和范围和背景下，本发明用于感测空档和倒档的传感器装置可以有许多变化。本领域技术普通技术人员还将意识到有不同的方式来改变本发明所公开的实施例中的参数，例如尺寸、形状、或元件或材料的类型，均落入本发明和权利要求的精神和范围内。
Claims (10)
1.一种用于感测车辆换档轴空档和倒档的传感器装置，包括：
设置在换档轴(101)上的空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)，所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)随着换档轴(101)运动；
空档传感器(105)，用于通过感测所述空档磁铁(103)的运动来感测所述换档轴(101)是否在空档区间(204)中并输出对应的感测信号，当换档轴(101)在空档区间(204)中时，所述空档传感器(105)产生空档信号，当换档轴(101)不在空档区间(204)中时，所述空档传感器(105)产生非空档信号；
倒档传感器(106)，用于通过感测所述倒档磁铁(104)的运动来感测所述换档轴(101)是否在倒档区间(202)中并输出对应的感测信号，当换档轴(101)在倒档区间(202)中时，所述倒档传感器(106)产生倒档信号，当换档轴(101)不在倒档区间(202)中时，所述倒档传感器(106)产生非倒档信号；
所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)与空档传感器(105)和倒档传感器(106)的设置使得空档区间(204)和倒档区间(202)之间有一个部分重合区域(310)，当换档轴(101)在重合区域(310)中时，所述空档传感器(105)产生空档信号，所述倒档传感器(106)产生倒档信号；
所述传感器装置根据所述空档传感器(105)和所述倒档传感器(106)分别感测的一对位置信号，判定换档轴的空档、倒档、和前进档位置；
所述传感器装置还包括：
判断装置(606)；
在所述重合区域(310)中，所述判断装置(606)判断空档信号和倒档信号之一为有效信号。
2.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
在所述重合区域(310)内，所述判断装置(606)判断空档信号为有效信号而倒档信号为无效信号。
3.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
当换档轴(101)在倒档区间(202)与空档区间(204)之间转动，并且当换档轴(101)在空档区间(204)且不在所述重合区域(310)内时，所述判断装置(606)判断空档传感器(105)产生的空档信号为有效信号。
4.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
当换档轴(101)在倒档区间(202)与空档区间(204)之间转动，并且当换档轴(101)在倒档区间(202)且不在所述重合区域(310)内时，所述判断装置(606)判断倒档传感器(106)产生的倒档信号为有效信号。
5.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
在换档轴(101)运作过程中，当空档传感器(105)产生非空档信号，且倒档传感器(106)产生非倒档信号时；所述判断装置(606)判断换档轴(101)处于前进档位置。
6.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)与空档传感器(105)和倒档传感器(106)的设置使得所述空档传感器(105)和倒档传感器(106)在所述重合区域(310)内可能同时产生空档信号和倒档信号，而使得所述空档传感器(105)和倒档传感器(106)不可能同时产生非空档信号和非倒档信号。
7.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
所述空档磁铁(103)和倒档磁铁(104)与空档传感器(105)和倒档传感器(106)的设置使得在机械公差范围最极端的情况下，在空档区间(204)和倒档区间(202)存在重合区域(310)。
8.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：
空档传感器(105)感应磁场的角度；和
倒档传感器(106)感应磁场的大小。
9.如权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：所述传感器装置还包括：
磁屏蔽件(810)；
磁屏蔽件(810)设置在所述倒档磁铁(104)上靠近相邻前进档的一侧。
10.如权利要求9所述的传感器装置，其特征在于：
所述磁屏蔽件(810)为集磁件。
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