CN102177414A

CN102177414A - 霍尔效应测量装置

Info

Publication number: CN102177414A
Application number: CN2009801400348A
Authority: CN
Inventors: Y·多尔代; E·塞维尔; M·范德金斯特
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies France SAS
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: FR2937126A1; FR2937126B1; WO2010040429A1; US20110227568A1; US8624586B2; CN102177414B

Abstract

本发明涉及一种机动车发动机罩下的霍尔效应测量装置，该装置包括：外壳（30）；霍尔效应传感器（1），其包括有孔磁体（10）和置于所述磁体（10）高斯零点处的芯片（20）；以及-铁磁靶（50），其包括测量表面（51）；其中，芯片（20）固定到磁体（10），并且定义测量平面（21）；传感器（1）和铁磁靶（50）能够被致动进行一个相对于另一个的相对运动；-传感器（1）被置于外壳（30）中，并且构造成沿垂直于测量平面（21）的测量轴（Z），在芯片（20）的垂线上，测量磁体（10）的磁场（B）的值；其特征在于：传感器（1）是线性的；所述装置包括基准位置，其对应于芯片（20）和靶（50）的给定相对位置；所述相对运动具有二个自由度，其中一个和另一个分别对应于平移运动或者旋转运动；所述装置构造成检测距所述基准位置的偏差；根据一种相对运动的靶（50）的形状和/或尺寸分别与根据另一种相对运动的靶（50）的形状和/或尺寸不同。

Description

霍尔效应测量装置

本发明涉及霍尔效应测量装置。

更具体地，本发明涉及机动车发动机罩下的霍尔效应测量装置，该装置包括：

- 外壳；

- 霍尔效应传感器；以及

- 铁磁靶。

在该装置中：

- 所述传感器通常包括有孔磁体和电子芯片，下文中称“芯片”。该芯片固定到该磁体，并且被放置于所述磁体的高斯零点处。所述磁体，通常是大致圆柱体形的，被穿有同心的圆柱形孔；

- 所述铁磁靶包括测量表面；

- 所述芯片固定到所述磁体，也就是说所述芯片的可能运动与所述磁体的可能运动相一致，并且所述芯片定义测量平面；

- 所述霍尔效应传感器和所述铁磁靶能够被致动进行一个相对于另一个的相对运动；以及

- 所述传感器被置于所述外壳中，并且构造成沿垂直于所述测量平面的测量轴，在所述芯片的垂线上（à l’aplomb de la puce），测量所述磁体的磁场值。

这种装置对本领域技术人员来说是已知的。然而，根据现有技术，这种装置在其使用方面限制于测量旋转速度或者频率，尤其是由切换型霍尔效应传感器（所谓的“开关”型）所限制，其中的靶是圆形的并且包括多个齿；这主要允许获得增量传感器。

本发明的目标在于提出一种该种装置的替代。

基于这个目标，根据本发明的装置，除符合前文所引用的前序部分外，其特征还在于：

·霍尔效应传感器1是线性的；

·所述装置包括基准位置，该基准位置与芯片20和铁磁靶50的给定相对位置对应；

·相对运动具有二个自由度，其中一个和另一个分别对应于平移运动或者旋转运动；

·所述装置构造成检测距离所述基准位置的偏差；

·根据一种相对运动的铁磁靶50的形状和/或尺寸分别与根据另一种相对运动的铁磁靶50的形状和/或尺寸不同。

在一个实施例中，根据本发明的装置还包括用于通过测量距离d的测量来测量随所述相对运动变化的距基准位置的偏差的装置。

得益于这样的构造，根据本发明的装置可被用于测量位置，与检测距所述基准位置的偏差互补。

为此，所述装置构造成测量铁磁靶和传感器的相对位置。在本案中，根据本发明的装置包括用于根据测量距离来推导铁磁靶和传感器的相对位置的装置。

优选地，至少所述铁磁靶的测量表面的朝向和形状是相对运动类型的函数，以使得在移动装置的作用下测量距离d在所述相对运动期间变化，所述移动装置为此作用于所述芯片和所述测量表面的相对位置。

在一个实施例中，所述传感器和所述铁磁靶之间沿测量轴的相对偏差是不变的。也就是说，在所述相对运动分别是旋转运动或者平移运动的情况下，测量平面与旋转轴或者平移平面之间的偏差是不变的。

优选地，所述平移相对运动在与所述测量平面平行的平面中实行。

在一个实施例中，铁磁靶的测量表面是平的并且不与所述测量平面平行。

优选地，所述旋转相对运动围绕平行于所述测量平面、并且经过所述芯片的垂线的旋转轴而实行。

优选地，所述传感器的输出信号与所述磁体的磁场变化成比例。

根据本发明的另一个目的，本发明涉及包括根据本发明的装置的变速器。

得益于本发明，可以，例如，确定固定于速度选择轴上的靶的位置，以及确定变速器的控制是否处于“空档点”，该空档点在本案中构成所述的基准位置。

根据本发明的传感器，取决于其是定位在变速杆处还是变速器处，提供变速杆和/或档位选择器的位置信息。

根据本发明装置的优点在于其能够很容易地适应于各种变速器：只需使靶适应于运动和所期望的信息；传感器保持不变。

因此，得益于本发明，铁磁靶的测量表面可以构造成使得测量距离随相对运动而变化，尤其当传感器和铁磁靶之间沿测量轴的相对偏差不变时。

通过阅读接下来的示例性而非限制性地给出并参照附图进行的描述，本发明的其他特征及优点将更加清晰，其中：

- 图1示出了根据现有技术的一种霍尔效应传感器；

- 图2A示出了无铁磁靶情况下霍尔效应测量装置的工作原理；

- 图2B示出了有铁磁靶情况下霍尔效应测量装置的工作原理；

- 图3A示出了根据本发明装置的一个实施例，其中相对运动是相对于测量平面偏移的平移运动；

- 图3B示出了根据本发明装置的一个实施例，其中相对运动是与测量平面平行的平移运动；

- 图3C示出了根据本发明装置的又一实施例，其中相对运动是与测量平面平行的平移运动；

- 图4A示出了根据本发明装置的一个实施例，其中相对运动是围绕与测量平面平行的轴的旋转运动；

- 图4B示出了根据本发明装置的又一实施例，其中相对运动是围绕与测量平面平行的轴的旋转运动；

- 图5示出了以相应于旋转和平移的相对运动为函数的磁体场变化的测量图。

在本发明中采用的传统霍尔效应传感器1如图1所示。其包括，被布置于外壳30（未示出）中的磁体10和固定到该磁体的芯片20，所述芯片构造成用于测量磁体10的磁场，在本案中，测量该磁场的竖直分量Bz，如图2A和图2B所示，其中磁体20示例性地被构造为南极面S在上，北极面N在下。

磁体10是穿有孔的。优选地，磁体的孔11是圆形的，磁体呈现唱片形的横截面。

在如图所示的实现方式中，磁体10具有围绕轴线Z（例如竖直的）的回转对称性，以使磁体和孔是圆形并且同心的。

芯片优选地位于孔11的对面，孔11表征传感器1的敏感区域。

对于根据本发明的装置，存在一个称作磁体的高斯零点的点，在该点磁体磁场的所有分量（Bx, By, Bz）均为零。

高斯零点的优点在于其在时域是相对稳定的并且相对独立于温度，而采用完整的磁体会导致测量的磁场发生偏移，该偏移需要随后进行补偿。此外，该偏移受温度影响很大。

根据本发明，芯片20有利地放置于磁体10的高斯零点处。对于采用线性霍尔效应传感器测量位置来说，高斯零点的稳定性是关键的，这个特征在“开关”型霍尔效应传感器中是可忽略的，因其无需精确的距离测量（通常，该种类型的传感器被用于二元模式（mode binaire）中，并且可以告知靶是否在传感器对面）。

对于偏差的检测或位置的测量，通常在外壳30对面放置铁磁器件50（称为靶）。工作时，靶50以及外壳30被赋予相对运动，传感器1构造成测量该运动的幅度，也就是说，靶和传感器表面之间的相对位置。

图2A示出了霍尔效应测量装置在铁磁靶在传感器1前面通过之前（或者之后）的工作原理。

图2B示出了霍尔效应测量装置在铁磁靶在传感器1前面通过时的工作原理。

通过对比这两幅图可见，磁体的场线14由于靶50的出现而明显偏移了。磁体10的磁场分量Bz被改变，由芯片20测量，并且传感器输出表征该测量的输出信号（见图5）。

根据本发明，这样的测量装置允许确定位置，并且有利地被应用于机动车的变速器中。

例如，可以将传感器1或者布置于变速杆处，或者直接布置于变速器处，比如，用于确定档位选择器的位置。靶50的定位依赖于传感器的定位，并且靶以及相应传感器在变速器中的定位取决于变速器的类型。

根据本发明，在本案中，变速器以及档位选择器可以是用于在相对运动中改变测量距离d的装置。

然而，根据变速器的类型，尤其是涉及手动或自动变速器时，变速杆以及档位选择器之间的机械连接可能是复杂的。

通常，变速杆通过连杆系统被连接到变速器，以使得变速杆的运动引起速度比选择轴的平移型和/或旋转型运动。

对于某些手动变速器，连杆系统的间隙及容差可以导致根据所期望的精确度优选地将传感器定位在速度选择轴处或者在变速杆处。

对于自动变速器，通常，变速杆线性运动。本发明允许知道变速杆的位置，以提供该位置信息，例如，至变速器的操纵系统。

然而，无论何种类型变速器，值得注意的一个位置是被称为“空档点”、对应于通常为大致中央的位置的位置。本发明优选地被实施以检测该空档点位置或者测量相对于该空档点的位置，尤其因为如下原因。

本发明优选地应用于配有“停止及启动”系统的机动车，由于该系统，发动机在机动车暂停时自动停止，并且在驾驶员踩踏油门踏板时自动重启（扭矩需求）。

为此，有必要确定档位选择器的位置。事实上，由于发动机自动重启，必须使离合器踏板踩到底和/或变速杆在空档点，否则机动车可能有向前方或者后方“跃进”的危险。机动车的计算机因此需要被告知档位选择器的位置，得益于本发明这是可能的。

根据本发明，铁磁靶50的测量表面51的形状与相对运动的类型相匹配。

图5示出了磁体的场B以转动角度R（°）和纵向位移X（mm）为函数的变化。

场B的强度是测量距离d的值的函数，该距离d是芯片20和靶的测量表面51之间沿着芯片垂线上的测量轴Z的距离。

图5对应于一种实施方式，其中基准位置对应于变速器的空档点，对于该基准位置，场B最大（芯片20和靶50沿测量轴Z对齐时）。

在这种实施方式中，霍尔效应传感器1和铁磁靶50能够被致动而进行一个相对于另一个的具有二个自由度的相对运动，其中一个对应于平移运动，另一个对应于旋转运动。

在这种实施方式中，靶50具有非对称的形状，在本案中为尺寸是5×3mm的矩形。因此根据一个或者另一个自由度（在本案中为平移或者旋转相对运动）可以得到不同的响应。

当场B的值不再是最大时，可以得出变速器不再位于空档点的结论，并且据此发出例如一个信号。

因此可以检测出距离基准位置“空档点”的偏差。

此外，在另外的实施方式中，根据本发明的装置可以包括不仅用于检测还用于测量距基准位置的偏差的装置。

为此，以相对运动为函数的磁体的磁场B的值可以被存储于存储器中。例如图5可以示出一种绘图法。对于给定的相对运动，磁场B的瞬时值依赖于测量距离d，以此可以推出芯片20和靶50之间的相对偏差。

例如，图3A、3B和3C中的每个示出了根据本发明装置的一种实施方式，其中霍尔效应传感器1和铁磁靶50之间的相对运动是以双箭头表示的、沿平移平面22进行的平移运动。

在一种实施方式中，如图3A所示，平移运动相对于轴X或者相对于测量平面21偏移角度α。

在另外的实施方式中，如图3B和3C所示，平移运动平行于轴X，也就是说平行于平面21，因此传感器1和靶50之间沿测量轴Z的相对偏差不变。

“传感器1和靶50之间的相对偏差不变”，应该理解为例如它们各自重心之间的沿测量轴Z的相对偏差不变。

因此，对于旋转相对运动，传感器（测量平面21）与旋转轴R之间的沿轴Z的偏差不变。

对于平移相对运动，该平移优选地在与测量平面21平行的平移平面22内进行（图3B、3C）。因此传感器（测量平面21）与平移平面22之间的沿轴Z的偏差不变。当该平移在与测量平面21相交的平移平面22内进行时（图3A），需要对由角度α引起的偏移进行补偿。

铁磁靶50的测量表面51可以呈平面（图3A、3B、4A）或者非平面（图3C、4B），在本案中为渐变的（graduelle）。

根据本发明，在铁磁靶50于传感器1前方连续移动期间，测量距离d的变化为单增函数或者为零（或者分别为单减函数或者为零，取决于移动的方向）。

如图3B和图3C所示，铁磁靶50可以为大致三角形截面的形状。其也可以是平行六面体形状的并且相对于传感器倾斜，或者可以是其它任何形状，只要测量表面51在相对运动期间并非持续平行于测量平面21。

图4A和图4B分别示出了根据本发明的装置的实施方式，其中，霍尔效应传感器1和铁磁靶50之间的相对运动类型为旋转运动，在本例中，围绕与平面XOZ垂直的旋转轴R进行。

与有关平移相对运动的实施方式类似，对于旋转相对运动（图4A、图4B），测量表面51可以是渐变的（progressive），也就是说为蜗牛形的（图4A）或者是阶梯形的（图4B）。

本案中，本发明不能使用具有周期性形状的测量表面51的铁磁靶50，通常如齿轮。相反地，如图3C或4B所示，铁磁靶50的测量表面51是阶梯形的，其中，在本案中，每个阶梯在测量时与测量平面21平行，并且一个阶梯与另一个阶梯的相应测量距离d互不相同。

对于阶梯形（图3C、4B），根据本发明的装置有利地构造成使每个阶梯或者阶台分别对应于档位选择器或者变速杆的相应特定位置。

为了确定铁磁靶50和传感器1的相对位置，根据本发明的装置有利地包括用于推导所述相对位置的装置，在本案中，该装置呈由传感器测得的磁场B的值与档位选择器或者变速杆的相应特定位置之间的对应表格的形式。

位置信息之后通过通信装置被发送到例如机动车的计算机。

Claims

1. 一种机动车发动机罩下的霍尔效应测量装置，该装置包括：

- 外壳（30）；

- 霍尔效应传感器（1），包括有孔磁体（10）和置于所述磁体（10）的高斯零点处的芯片（20）；以及

- 铁磁靶（50），包括测量表面（51）；

其中

- 所述芯片（20）固定到所述磁体（10），并且定义测量平面（21）；

- 所述霍尔效应传感器（1）和所述铁磁靶（50）能够被致动进行一个相对于另一个的相对运动；

- 所述传感器（1）被置于所述外壳（30）中，并且构造成沿垂直于所述测量平面（21）的测量轴（Z），在所述芯片（20）的垂线上，测量所述磁体（10）的磁场（B）的值；

其特征在于：

· 所述霍尔效应传感器（1）是线性的；

· 所述装置包括基准位置，所述基准位置对应于所述芯片（20）和所述靶（50）的给定相对位置；

· 所述相对运动具有二个自由度，其中一个和另一个分别对应于平移运动或者旋转运动；

· 所述装置构造成检测距所述基准位置的偏差；

· 根据一种相对运动的靶（50）的形状和/或尺寸分别与根据另一种相对运动的靶（50）的形状和/或尺寸不同。

2. 根据权利要求1的装置，还包括用于测量距所述基准位置的偏差的装置。

3. 根据前述任何一项权利要求的装置，其中，至少所述铁磁靶（50）的测量表面（51）的朝向和形状是相对运动类型的函数，以使得在移动装置的作用下测量距离（d）在所述相对运动期间变化，所述移动装置为此作用于所述芯片（20）和所述测量表面（51）的相对位置。

4. 根据前述任何一项权利要求的装置，其中，所述传感器（1）和所述靶（50）之间的沿所述测量轴（Z）的相对偏差是不变的。

5. 根据前述任何一项权利要求的装置，其中，所述传感器（1）的输出信号与所检测到的所述磁体（10）的磁场变化成比例。

6. 一种变速器，包括根据前述任一项权利要求的装置。