专利名称：线性位置传感器系统的制作方法
技术领域：
线性位置传感器系统通常用来监测机械部件的运动，例如液力致动器、制动系统、或变速器。在已知的包括磁体和位置传感器的线性位置传感器系统中，当所述磁体相对于所述位置传感器沿线性方向运动时，所述位置传感器可测量由所述磁体产生的磁通量、并且产生随所述磁体的位置变化而变化的电信号。
背景技术：
图1是示出一种已知的线性位置传感器系统的输出量的曲线图。图1示出如由位置传感器所测量的沿第一方向的磁通量102对比所述磁体相对于所述位置传感器的位置。图1另外示出如由位置传感器所测量的沿第二方向的磁通量104对比所述磁体相对于所述位置传感器的位置。问题是目前的该线性位置传感器系统仅在沿第一方向的磁通量的近似第一零交叉点106与沿第一方向的磁通量的近似第二零交叉点108之间的区域105中是准确的，其中关于环境温度、线性位置传感器系统的几何形状、在线性位置传感器系统内的空气间隙、磁体的材料、磁化的角度、以及极磁化等的偏差对所述位置传感器用以检测磁体相对于所述置传感器的位置的能力具有极小影响。
发明内容
本解决方案是通过如在此描述的、能够在较大的磁体行程长度上工作的线性位置传感器系统提供的，其中所述线性位置传感器系统能够检测所述磁体在沿第一方向经过磁通量的第一零交叉点106的区域110中的位置、并且检测所述磁体在沿第一方向经过磁通量的第二零交叉点108的区域112中的位置，其中一些因素例如环境温度、线性位置传感器系统的几何形状、在线性位置传感器系统内的空气间隙、磁体的材料、磁化的角度、和极磁化等更显著地影响所述线性位置传感器系统的位置传感器用以检测磁体系统相对于所述位置传感器的位置的能力。
现在将以例子的方式参考附图描述本发明，在附图中:图1是示出一种已知的线性位置传感器系统的输出量的曲线图；图2是线性位置传感器系统的一种实施方式的方框图，其中所述线性位置传感器系统采用了用于检测磁体系统相对于位置传感器的位置的三维/ 二维霍尔(hall)技术；图3是用于检测磁体系统相对于位置传感器的位置的方法的一种实施方式的流程图；图4是曲线图，其示出沿第一方向的测量的磁通量和沿第二方向的测量的磁通量对比磁体系统相对于位置传感器的位置；和图5是曲线图，其示出沿第一方向的测量的磁通量和沿第二方向的测量的磁通量对比磁体系统相对于位置传感器的位置，并且示出沿第一方向的基准磁通量和沿第二方向 的基准磁通量对比所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置。
具体实施例方式下面描述一种能够准确检测磁体系统在延伸的磁体行程长度上相对于位置传感器的位置的、利用三维/二维霍尔技术的线性位置传感器系统。下面描述的线性位置传感器系统能够在延伸的磁体行程长度上，例如以上关于图1所描述在沿第一方向经过磁通量的零交叉点106，108的区域110，112中，工作，其中一些因素例如环境温度、线性位置传感器系统的几何形状、在线性位置传感器系统内的空气间隙、磁体的材料、磁化的角度、和极磁化等影响所述线性位置传感器系统的位置传感器用以检测磁体系统相对于所述位置传感器的位置的能力。图2是用于检测磁体系统的位置的线性位置传感器系统200的方框图。大体上，线性位置传感器系统200包括:控制器202、位置传感器204、和磁体系统206。磁体系统206在线性位置传感器系统200中相对于位置传感器204定位，使得磁体系统206沿线性方向相对于位置传感器204运动。在一些实施方式中，磁体系统206可包括一个磁体,而在其它实施方式中，磁体系统206包括多于一个磁体。可用于磁体系统206中的磁体的例子包括:环形永久磁体和柱形永久磁体。然而，其它类型的磁体也可使用。在一些实施方式中，所述磁体系统可定位在液力致动器、制动位置传感器、变速器、或离合器踏板上。在工作期间，当磁体系统206相对于位置传感器204运动时，位置传感器204测量由磁体系统206产生的沿至少两个方向的磁通量。可用于线性位置传感器系统200中的位置传感器204的例子包括:线性磁性传感器和磁性开关或闩锁。在一些实施方式中，位置传感器204测量磁体系统206正交于位置传感器204的表面而施加的磁通量，并且位置传感器204测量磁体系统206平行于位置传感器204的表面而施加的磁通量。然而，位置传感器204可另外地或替代地测量磁体系统206沿一个或多个其它方向施加到位置传感器204的表面的磁通量。控制器202与位置传感器204通信，并且控制器202利用位置传感器204的磁通量测量来确定在给定时间磁体系统206相对于位置传感器204的位置。在一些实施方式中，控制器202可以是特定用途集成电路(“ASIC”)，而在其它实施方式中，控制器202包括:一个或多个处理器例如微处理器，和一个或多个存储器模块例如有形的计算机可读的储存媒质。在这些实施方式中，所述处理器配置成执行储存在所述存储器中的指令，以使系统200检测磁体系统206相对于位置传感器204的位置。如以下更详细说明的，为检测磁体系统206的位置，控制器202计算用于与沿第一方向磁通量有关的磁通量测量值的第一偏移(offset)和第一增益(gain)。控制器202把与沿第一方向磁通量有关的磁通量测量值同储存在控制器202中的与沿第一方向磁通量有关的基准通量测量进行比较。在一些实施方式中，控制器202基于一个或多个测量的最大通量值、测量的最小通量值、一个或多个基准最大值、和基准最小通量值，来计算第一偏移和第一增益。相似地，控制器202计算用于与沿不同于第一方向的第二方向的磁通量有关的磁通量测量值的第二偏移和第二增益。控制器202把与沿第二方向磁通量有关的磁通量测量值同储存在控制器202中的与沿第二方向磁通量有关的基准通量测量值进行比较。在一些实施方式中，控制器202基于测量的最大通量、测量的最小通量值、基准最大通量值、和基准最小通量值，来计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从而调节与沿第一方向磁通量有关的磁通量测量值的至少一部分，并且控制器202基于第二增益和第二偏移从而调节与沿第二方向磁通量有关的磁通量测量值的至少一部分。控制器202然后可基于在给定时间沿第一方向的测量的磁通量的经调节值和在该给定时间沿第二方向的测量的磁通量的经调节值，来确定在该给定时间磁体系统206相对于位置传感器204的位置。通过将测量的磁通量值调节成与理想的基准磁通量值一致，线性位置传感器系统200能够在磁体行程长度上工作，在此一些因素例如环境温度、线性位置传感器系统的几何形状、在线性位置传感器系统内的空气间隙、磁体的材料、磁化的角度、和极磁化等影响位置传感器204用以例如在经过以上关于图1所描述的沿第一方向磁通量的零交叉点106，108的区域110，112中检测磁体系统206相对于该位置传感器204的位置的能力。图3是例如在以上关于图2所描述的线性位置传感器系统中，一种用于检测磁体系统相对于位置传感器的位置的、计算机执行的方法的一种实施方式的流程图。在步骤302，位置传感器测量由相对于该位置传感器沿线性方向运动的磁体系统所产生的沿第一方向的磁场的磁通量，并且该位置传感器测量由相对于所述位置传感器沿所述线性方向运动的所述磁体系统所产生的沿第二方向的磁场的磁通量，其中所述第一方向和第二方向是不同方向。在一种实施方式中，沿第一方向的磁通量是正交于所述位置传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传感器的表面的磁通量。然而，应认识到，其它方向的磁通量也可采用。图4示出:沿第一方向的测量的磁通量和沿第二方向的测量的磁通量对比所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置的例子。沿第一方向的测量的磁通量标记为402，并且沿第二方向的测量的磁通量标记为404。再次参考图3，在一些实施方式中，在步骤304，所述控制器可在确定第一偏移和第一增益之前从沿第一方向的测量的磁通量滤除一个或多个测量的磁通量值，和/或所述控制器可在确定第二偏移和第二增益之前从沿第二方向的测量的磁通量滤除一个或多个测量的磁通量值。例如，所述控制器可基于是否测量的磁通量的值在理想的基准磁通量的预定量之内，而从沿第一和/或第二方向的测量的磁通量滤除测量的磁通量值。在步骤306，所述控制器基于与沿第一方向所测量磁通量有关的测量的最小通量值、第一测量的最大通量值、和第二测量的最大通量值、以及与沿第一方向磁通量有关的基准最小通量值、第一基准最大通量值、和第二基准最大通量值，来确定第一偏移。如以上所讨论，在一些实施方式中，与沿第一方向磁通量有关的基准最小通量值、第一基准最大通量值、和第二基准最大通量值储存在所述控制器中。图5是示出沿第一方向的测量的磁通量502和沿第二方向的测量的磁通量504对比所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置的曲线图。图5另外示出沿第一方向的基准磁通量506和沿第二方向的基准磁通量508对比所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置。基准磁通量506，508表示理想的磁通量测量，其中一些因素例如环境温度、线性位置传感器系统的几何形状、在线性位置传感器系统内的空气间隙、磁体的材料、磁化的角度、和极磁化等不影响位置传感器用以检测磁体系统相对于所述位置传感器的位置的能力。
沿第一方向的测量的磁通量502包括:第一测量的最大通量值510、第二测量的最大通量值512、和测量的最小通量514。相似地，沿第一方向基准磁通量506包括:第一基准最大通量值516、第二基准最大通量值518、和基准最小通量值520。第一偏移大体上表示在所述线性位置传感器系统内由一些因素例如环境温度、线性位置传感器系统的几何形状、在线性位置传感器系统内的空气间隙、磁体的材料、磁化的角度、和极磁化等引起的误差。在一些实施方式中，在步骤306，所述控制器使用以下方程式确定第一偏移:
权利要求
1.一种计算机执行的用于检测磁体系统的位置的方法，该方法包括: 测量在位置传感器处由磁体系统产生的沿第一方向的磁场的磁通量，和测量在所述位置传感器处由所述磁体系统产生的沿第二方向的磁场的磁通量，其中所述第一方向和所述第二方向是不同方向； 基于与沿第一方向的测量的磁通量有关的测量的最小通量值、第一测量的最大通量值和第二测量的最大通量值，以及与沿所述第一方向的磁通量有关的基准最小通量值、第一基准最大通量值和第二基准最大通量值，来确定第一偏移； 基于与沿所述第一方向的磁通量有关的所述第一基准最大通量值和所述第二基准最大通量值之一、所述第一测量的最大通量值和所述第二测量的最大通量值之一以及所述第一偏移，或基于与沿所述第一方向的磁通量有关的所述基准最小通量值、所述测量的最小通量值和所述第一偏移，来确定第一增益； 在与沿所述第一方向的磁通量有关的零交叉点和与沿所述第二方向的磁通量有关的零交叉点之中的至少之一处，基于所述第一增益和所述第一偏移，调节沿所述第一方向的测量的磁通量的值的至少一部分； 基于与沿所述第二方向的测量的磁通量有关的测量的最大通量值和测量的最小通量值以及与沿所述第二方向的磁通量有关的基准最大通量值和基准最小通量值，来确定第二偏移； 基于与沿所述第二方向的磁通量有关的所述测量的最大通量值和所述基准最大通量值以及所述第二偏移，或基于与沿所述第二方向的磁通量有关的所述基准最小通量值、所述测量的最小通量值和所述第二偏移，来确定第二增益； 在与沿所述第一方向的磁通量有关的零交叉点和与沿所述第二方向的磁通量有关的零交叉点之中的至少之一处，基于所述第二增益和所述第二偏移，来调节沿所述第二方向的测量的磁通量的值的至少一部分；和 基于沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值，来确定在给定时间所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置。
2.如权利要求1所述的计算机执行的方法，其中确定在给定时间所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置包括: 从查找表获取值，所述查找表与在所述给定时间沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和在所述给定时间沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值之间的关系有关；和将来自所述查找表的所述值线性化。
3.如权利要求2所述的计算机执行的方法，其中从查找表获取值包括: 使用反正切函数确定在所述给定时间沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和在所述给定时间沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值之间的关系；和从与所确定的关系有关的查找表获取值。
4.如权利要求2所述的计算机执行的方法，其中从查找表获取值包括: 基于在所述给定时间沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和在所述给定时间沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值，使用坐标旋转数字计算机函数确定角度；和从与所确定的角度有关的查找表获取值。
5.如权利要求1所述的计算机执行的方法， 其中确定在给定时间所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置包括: 使用反正切函数确定在所述给定时间沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和在所述给定时间沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值之间的关系； 使用多项式位置函数确定与所述关系有关的值；和 将所述值线性化。
6.如权利要求1所述的计算机执行的方法，其中确定在给定时间所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置包括: 基于在所述给定时间沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和在所述给定时间沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值，使用坐标旋转数字计算机函数确定角度；使用多项式位置函数确定与所述角度有关的值；和将所述值线性化。
7.如权利要求1所述的计算机执行的方法，进一步包括: 基于下述可信度检查中的至少之一:关于沿所述第一方向的第一测量的最大磁通量、第二测量的最大磁通量、测量的最小磁通量、第一基准最大磁通量、第二基准最大通量和基准最小磁通量的可信度检查，以及关于沿所述第二方向的测量的最大磁通量、测量的最小磁通量、基准最大磁通量和基准最小磁通量的可信度检查，来确定是否所述位置传感器发生故障。
8.如权利要求1所述的计算机执行的方法，进一步包括: 从下述至少之一滤除值:在确定所述第一偏移和所述第一增益之前沿所述第一方向的测量的磁通量，和在确定所述第二偏移和所述第二增益之前沿所述第二方向的测量的磁通量。
9.如权利要求1所述的计算机执行的方法，其中确定所述第一偏移包括: 使用以下方程式计算所述第一偏移:Φ.^ Φ,η,η.1/ ■-Φ1η2χΛ第—.偏移=-^- Φ I__max 及Φ；η.η/ , 其中，κ是所述第一基准最大通量值和所述第二基准最大通量值的平均值，Offlin K是所述基准最小通量值，Φ_ Μ是所述第一测量的最大通量值和所述第二测量的最大通量值的平均值，以及Omin Μ是与沿所述第一方向的磁通量有关的测量的最小通量值；和 其中，所述第一增益是基于与沿所述第一方向的磁通量有关的所述第一基准最大通量值和所述第二基准最大通量值之一、所述第一测量的最大通量值和所述第二测量的最大通量值之一以及所述第一偏移，使用以下方程式而确定的: 链一楊)<；—來 Jri 皿—-JZ-TT-T~—- 苐——偏移+ Φ_^ , 其中，Φ_ Κ是所述第一基准最大通量值和所述第二基准最大通量值之一，并且Φ_ 是所述第一测量的最大通量值和所述第二测量的最大通量值之一。
10.如权利要求9所述的计算机执行的方法，其中确定所述第一偏移包括: 使用以下方程式计算所述第一偏移:
11.如权利要求1所述的计算机执行的方法，其中确定所述第二偏移包括: 使用以下方程式计算所述第二偏移:
12.如权利要求1所述的计算机执行的方法，其中确定所述第二偏移包括: 使用以下方程式计算所述第二偏移:
13.一种用于检测磁体系统相对于位置传感器的位置的线性位置传感器系统，该系统包括: 位置传感器，配置成测量由磁体系统产生的磁场的磁通量；和 与所述位置传感器通信的控制器，所述控制器包括计算机可读的储存媒质和处理器，所述控制器配置成: 指令所述位置传感器测量由磁体系统产生的沿第一方向的磁场的磁通量，和指令所述位置传感器测量由所述磁体系统产生的沿第二方向的磁场的磁通量，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测量的磁通量的测量的最大通量值和测量的最小通量值、以及沿所述第一方向的磁通量的基准最大通量值和基准最小通量值，来确定第一偏移； 基于沿所述第一方向的基准最大通量值中的一基准最大通量值、测量的最大通量值中的一测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准最小通量值、测量的最小通量值以及所述第一偏移，来确定第一增益； 在与沿所述第一方向的磁通量有关的零交叉点和与沿所述第二方向的磁通量有关的零交叉点中的至少之一处，基于所述第一增益和所述第一偏移，调节沿所述第一方向的测量的磁通量的值的至少一部分； 基于沿所述第二方向的测量的磁通量的测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准最大和最小通量值，来确定第二偏移； 基于沿所述第二方向的基准最大通量值、测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准最小通量值、测量的最小通量值和所述第二偏移，来确定第二增.、M ; 在与沿所述第一方向的磁通量有关的零交叉点和与沿所述第二方向的磁通量有关的零交叉点中的至少之一处，基于所述第二增益和所述第二偏移，调节沿所述第二方向的测量的磁通量的值的至少一部分；和 基于沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值，确定在给定时间所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置。
14.如权利要求13所述的系统，其中，为了确定在给定时间所述磁体系统相对于所述位置传感器的位置，所述控制器配置成: 从查找表获取值，所述查找表与在所述给定时间沿所述第一方向的测量的磁通量的经调节值和在所述给定时间沿所述第二方向的测量的磁通量的经调节值之间的关系有关；和将来自所述查找表的所述值线性化。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述控制器进一步配置成基于下述可信度检查的至少之一:关于沿所述第一方向的测量的最大和最小磁通量值和对应的基准最大和最小磁通量值的可信度检查，以及关于沿所述第二方向的测量的最大和最小磁通量值和对应的基准最大和最小磁通量值的可信度检查，来确定是否所述位置传感器发生故障。
全文摘要
一种位置传感器测量由磁体系统产生的沿第一方向和第二方向的磁场的磁通量。与沿第一方向的测量的磁通量有关的值基于第一增益和第一偏移而得到调节，所述第一增益和第一偏移基于沿第一方向的基准磁通量和测量的磁通量而确定的。与沿第二方向的测量的磁通量有关的值基于第二增益和第二偏移而得到调节，所述第二增益和第二偏移基于沿第二方向的基准磁通量和测量的磁通量而确定的。所述磁体系统在给定时间相对于所述位置传感器的位置然后可基于在所述给定时间沿所述第一和第二方向的磁通量的经调节值而确定的。
文档编号G01D5/14GK103210282SQ201180044484
公开日2013年7月17日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月15日
发明者S.赫南德兹-奥利弗, L.S.布赖恩, M.沃尔夫, S.特劳斯维恩 申请人:泰科电子公司, 泰科电子比利时公司, 泰科电子Amp有限责任公司