鲁棒位置测量方法
【专利摘要】本发明涉及鲁棒位置测量方法。一种改善磁场传感器对离合器致动器的线性位置感测的方法，利用专用磁场传感器单独检测环境磁场。典型的三位液压离合器致动器包括一对主动式磁场传感器和一对相邻永磁体，上述主动式传感器中的一个与上述致动器中的一对活塞的每一个相关联，上述磁体中的一个与上述活塞中的每一个相关联。本发明提供接近主动式磁场传感器布置的辅助磁场传感器，该辅助磁场传感器感测接近该主动式磁场传感器的周围（杂散的、背景或寄生的）磁场并且提供信号给电子电路或软件，该电子电路或软件积极且实时地修正来自主动式磁场传感器的信号，其方式是消除由辅助传感器检测到的杂散磁场的大小。
【专利说明】鲁棒位置测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种方法，提供汽车应用中的鲁棒线性位置测量，并且尤其涉及一种方法，通过利用用于检测背景磁场强度的磁场传感器提供汽车变速器应用中的鲁棒线性位
置测量。
【背景技术】
[0002]本节陈述只是提供与本发明相关的背景信息，并且可构成或不构成现有技术。
[0003]在许多现代的汽车变速器中，特别是在双离合变速器(DCT’s)中，多个液压致动器(执行机构)执行指令，这些指令提供期望换档和换档顺序。为了控制这些执行机构并确认达到期望位置，通常的做法是采用多个状态或比例线性位置传感器，在前一种情况下，当已经获得特定的执行机构位置时提供例如从第一状态变化到第二状态的信号，在后一种情况下，提供在第一致动器位置与第二致动器位置之间线性(成比例地)变化的信号。
[0004]显然，来自比例传感器的数据提供更有用的信息，因为它们不但表明什么时候达到多个独特的致动器位置，而且还提供移动期间致动器的实时位置，并且如果求微分，是致动器的速度。由于这些优势，比例传感器是到目前为止最常用的线性位置传感器，并且磁场传感器例如霍尔效应传感器是最常用的类型。
[0005]在典型的磁场线性传感器组件中，永磁体安装到移动部件例如致动器活塞、输出轴或相关的拨叉导轨上，磁性传感器是不动的，其以邻近且感测永磁体的关系紧固到壳体、法兰、辐板或其它不动的变速器部件上。永磁体的移动因此改变传感器感测到的磁场强度，并且以适当的调节、缩放和软件，能够确定致动器和相关换档部件的位置。
[0006]虽然精确且可靠，但是，磁场强度传感器不是没有缺点。可论证地，最大问题是它对杂散磁场的敏感性。杂散磁场能够模仿相关永磁体产生的磁场，这样，磁场传感器可能提供表明致动器处于某一位置的信号，其实并不是。反之亦然，杂散磁场可能干扰来自永磁体的磁场并且导致传感器表明致动器和相关换档部件没能达到期望位置，而事实上，它们已经达到了。
[0007]这个问题的一种解决方法是邻近磁场传感器提供例如镍铁高导磁合金材料的防护，其目的是最小化杂散磁场并且因此减少来自磁场传感器的不准确信号。令人遗憾地，这种解决方案增加了重量，并且，在机动车自动变速器中，占用了早已拥挤环境中的空间。此夕卜，常常难以充分地保护传感器，因为，某些区域必须保留成未防护的状态以允许传感器适当地起作用。
[0008]根据前面所述的，显然，磁场传感器隔离技术的改善将是既是所希望的也是有利的。于是就这样引导出本发明。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种方法，通过提供辅助专用磁场传感器用于单独检测环境磁场和其中的变化，来改善磁场传感器对离合器和换档致动器(执行机构)的线性位置感测。具体地说，在典型的双离合变速器中，三位液压离合器致动器将包括一对主动式磁场传感器和一对相邻的永磁体,上述主动式传感器中的一个与上述致动器中的一对活塞中的每一个相关联，上述磁体中的一个与上述活塞中的每一个相关联。本发明包括提供接近主动式磁场传感器布置的辅助磁场传感器，该辅助磁场传感器感测接近该主动式磁场传感器的周围(杂散的、外界的、寄生的或背景)磁场(但其对与活塞相关联的磁体不敏感)并且提供信号给补偿电路，该补偿电路积极且实时地修正来自主动式磁场传感器的信号，其方式是消除由辅助传感器检测到的杂散磁场。因此，有效地消除杂散(寄生的)磁场，并且，来自主动式传感器的信号具有大大改善的完整性、精确性、鲁棒性和可靠性。取决于主动式传感器的位置和该系统要求的期望精确度，也就是，(多个)杂散或寄生信号必须被精确和完整地消除或抑制的程度，可以使用一个以上的辅助(补偿)磁场传感器。
[0010]因此，本发明的一个方面是提供一种方法，其提高由机动车变速器中的磁场活塞位置传感器提供的信号的精确性和鲁棒性。
[0011 ] 本发明的更多一个方面是提供一种方法，其感测和消除由机动车变速器中的磁场致动器位置传感器感测的环境或寄生磁场。
[0012]本发明的更多一个方面是提供一种方法，其使用主动式和补偿磁场传感器来消除来自主动式致动器活塞位置传感器的输出的周围磁场信号。
[0013]本发明的更多一个方面是提供一种设备，其包括主动式和补偿磁场传感器来消除来自主动式致动器活塞位置传感器的信号的周围磁场干扰。
[0014]本发明提供下列技术方案。
[0015]技术方案1.一种确定致动器活塞位置的方法，包括的步骤有:
提供具有活塞的液压致动器，
提供附连在所述活塞上的永磁体，
提供与所述永磁体处于感测关系的第一磁场传感器，
提供接近所述第一磁场传感器且基本上与所述永磁体隔离的第二磁场传感器，和 用所述第二磁场传感器的输出修正所述第一磁场传感器的输出以补偿杂散磁场。
[0016]技术方案2.如技术方案I所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供在所述液压致动器中的第二活塞、提供附连在所述第二活塞上的第二永磁体，提供与所述第二永磁体处于感测关系的第三磁场传感器，以及，用所述第二磁场传感器的输出修正所述第三磁场传感器的第三输出以补偿杂散磁场。
[0017]技术方案3.如技术方案2所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供来自所述第一磁场传感器和所述第三磁场传感器的所述修正输出给控制模块。
[0018]技术方案4.如技术方案I所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供来自所述第一磁场传感器的所述修正输出给变速器控制模块。
[0019]技术方案5.如技术方案I所述的确定致动器活塞位置的方法，其中，所述活塞移动拨叉导轨和至少一个同步器离合器。
[0020]技术方案6.如技术方案5所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供变速器壳体用于容纳所述液压致动器、所述拨叉导轨和所述至少一个同步器离合器。
[0021]技术方案7.如技术方案I所述的确定致动器活塞位置的方法，其中，所述修正步骤是通过对来自所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器的相位信号求和而实现的。
[0022]技术方案8.—种为液压致动器提供修正活塞位置信号的方法，包括的步骤有: 提供具有第一活塞的液压致动器，
提供附连在所述第一活塞上的第一永磁体，
提供与所述第一永磁体处于感测关系的第一活塞磁场传感器，
提供基本上与所述第一永磁体隔离的杂散磁场传感器；和
用所述杂散磁场传感器的输出补偿所述第一活塞磁场传感器的输出以修正杂散磁场。
[0023]技术方案9.如技术方案8所述的提供修正活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供在所述液压致动器中的第二活塞、提供附连在所述第二活塞上的第二永磁体，提供与所述第二永磁体处于感测关系的第二活塞磁场传感器，以及，用所述杂散磁场传感器的输出补偿所述第二磁场传感器的第二输出以修正杂散磁场。
[0024]技术方案10.如技术方案9所述的提供修正活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供来自所述第一活塞磁场传感器和所述第二活塞磁场传感器的所述补偿输出给变速器控制模块。
[0025]技术方案11.如技术方案8所述的提供修正活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供来自所述第一活塞磁场传感器的所述补偿输出给变速器控制模块。
[0026]技术方案12.如技术方案8所述的提供修正活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供变速器壳体用于容纳所述液压致动器、由所述液压致动器移动的拨叉导轨和由所述拨叉导轨移动的至少一个同步器离合器。
[0027]技术方案13.如技术方案8所述的提供修正活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供具有正输入和负输入的比较器。
[0028]技术方案14.一种补偿受寄生磁场影响的活塞位置信号的方法，包括的步骤有: 提供具有第一活塞的液压致动器，
提供布置成随所述第一活塞移动的第一永磁体，
提供与所述第一永磁体处于感测关系的第一磁场传感器，
提供基本上与所述第一永磁体隔离的寄生磁场传感器；和 用所述寄生磁场传感器的输出补偿所述第一磁场传感器的输出以修正寄生磁场，
由此消除在所述第一磁场传感器中由寄生磁场引起的信号。
[0029]技术方案15.如技术方案14所述的补偿受寄生磁场影响的活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供在所述液压致动器中的第二活塞、提供附连在所述第二活塞上的第二永磁体，提供与所述第二永磁体处于感测关系的第二磁场传感器，以及，用所述寄生磁场传感器的输出补偿所述第二磁场传感器的第二输出以修正寄生磁场。
[0030]技术方案16.如技术方案14所述的补偿受寄生磁场影响的活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供变速器壳体用于容纳所述液压致动器、所述第一磁场传感器和所述寄生磁场传感器。
[0031]技术方案17.如技术方案14所述的补偿受寄生磁场影响的活塞位置信号的方法，其中，所述修正步骤是通过对来自所述第一磁场传感器和所述寄生磁场传感器的相位信号求和而实现的。
[0032]通过本文提供的描述将更明显看到更多方面、优点和适用领域。应当理解，这个描述和特定例子仅仅意图用于说明并且不意图限制本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]本文描述的附图只是起到举例的作用，而决不意图限制本发明的范围。
[0034]图1是并有本发明的双离合变速器的一部分的图解侧视图；
图2是并有本发明的磁场传感器的液压致动器的放大剖视图；
图3是根据本发明的线性磁场传感器组件的放大侧视图；
图4是并有本发明的示范性线性位置感测电路的机械和电器部件的示意图；和图5是图表，给出了致动器位置传感器输出、环境磁场强度和补偿或修正致动器位置传感器输出的曲线。
【具体实施方式】
[0035]下列描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明、应用或用途。
[0036]参照图1和2，示出了双离合变速器的一部分，并且总体上标为附图标记10。变速器10包括铸造金属壳体12，该壳体容纳、定位、支撑和保护多个机械部件，例如齿轮、轴、轴承、致动器、液压流体通道等等。变速器包括输入轴14，该输入轴驱动离合器输入构件或壳体16。布置在离合器输入构件或壳体16中的是连接到第一离合器输出构件或轴20的第一摩擦离合器片或盘18和连接到第二离合器输出构件或主轴24的第二摩擦离合器片或盘22。
[0037]变速器致动器26中的一个致动或操作摩擦离合器18和22，并且在图1中示出。致动器26包括圆柱形壳体或缸体28，其可以与金属壳体12 —体形成或者安装在金属壳体12之内并且容纳着双向移动活塞组件30。典型地且优选地，壳体12和缸体28将是铝、镁或其它非磁性金属或合金的铸件。活塞组件30通过离合器操纵联杆32连接到摩擦离合器18和22，该离合器操纵联杆连接到摩擦离合器片或盘18和22并且使摩擦离合器片或盘18和22双向、独立地移动成接触离合器输入构件或壳体16以独立地提供驱动转矩给第一离合器输出构件或轴20或第二离合器输出构件或主轴24并且从那里到变速器10内的齿轮副(未示出)。
[0038]如所提及的，活塞组件30独立地接合两个摩擦离合器18和22中的一个。它因此在三个不同位置之间移动并且提供这三个不同位置:中央或空档位置，在第一端(例如左端)接合第一摩擦离合器18的第一末端位置，以及，在第二端(例如右端)接合第二摩擦离合器22的第二末端位置。照此，活塞组件30将典型地包括第一或内活塞34和第二或外活塞
36。增压液压流体向第一或内活塞34和第二或外活塞36的表面的受控供应确定离合器操纵联杆32和摩擦离合器18和22的位置，如上所述。
[0039]现在参照图3，示出了用于感测活塞34和36的位置的典型且示范性磁场传感器组件40。磁场传感器组件40包括非铁框架或安装架42，其支撑和定位磁性传感器44。磁性传感器44是细长棒或构件，其封装着多个磁性线圈46。磁性线圈46的数量取决于活塞34和36的动作程度、磁性传感器44的大小(长度)和期望精确度，该期望精确度是由传感器44提供的线性精确度或分辨率，磁性线圈46越多提供的精度和分辨率越高。已经发现从四个到十个磁性线圈46为满足大多数应用，但是，根据需要和预期，可以使用更多或更少。[0040]现在参照图1和2，固定到且接近磁场传感器组件40布置以与其形成感测关系的是永磁体50，该永磁体附连在第一或内活塞34上且随其一起移动。类似地，第二或外活塞36包括附连在其上且随其一起移动的第二永磁体52以及接近第二永磁体52布置从而感测第二或外活塞36的移动的第二磁场传感器组件48。如上所述，壳体12和缸体28通常且优选为非磁性金属或合金例如铝或镁的铸件，从而可以分别由磁场传感器组件40和48很容易地感测磁体50和52的(移动)磁场。
[0041]还布置在壳体12中优选为对立于也就是直径方向上与磁场传感器组件40和第二磁场传感器48相对立但是与永磁体50和第二永磁体52隔开距离的是补偿磁场传感器60。补偿磁场传感器60定位成使得它基本上对永磁体50和52的磁场不敏感且不受永磁体50和52的磁场的影响，但是将感测和提供与总磁场相关的数据，也就是，变速器10实时暴露于或经受的环境或周围磁场。因此，补偿磁场传感器60优选为需要单个线圈62，该线圈主要感测变速器10在任何给定时间所暴露的环境(寄生的)磁场。本文使用的术语"寄生的"是表示任何来源例如桥梁和道路中的磁化钢制构件、工具和设备或强电流输送导线作用在变速器10上的不需要的干扰背景或杂散磁场。
[0042]现在参照图4，用于车辆变速器的补偿线性位置感测电路的示意示范图用附图标记70表示。起先，应当理解，提供电路70主要是用于解释信号或数据流和处理，并且，集成电子补偿电路和数字信号分析调节应用软件和特定算法能够用于承担本文描述的信号处理。电路70包括第一磁场传感器组件40、第一或内活塞34上的第一永磁体50、第二磁场传感器组件48、第二或外活塞36上的第二永磁体52和补偿磁场传感器60。多导线电缆72把第一传感器组件40和第二传感器组件48的输出传送到比较器74和76的输入。提供给比较器74和76的倒相输入是来自电缆78的补偿磁场传感器60的信号。比较器74和76对提供给它们的输入的信号求和，由此有效地消除杂散、背景或寄生磁场信号。陈述的稍微有不同，但是，比较器74和76主要用作异相求和装置，其中，来自例如第一和第二磁场传感器组件40和48的信号是单相的并且施加到正输入，因此可用于消除来自补偿磁场传感器60的信号，该信号是同相但是施加到负输入。应当理解，微处理器使用的其它电子电路以及软件和算法被认为在本发明的权限范围内，其中，来自代表背景或寄生磁场的补偿磁场传感器60的信号用于修正和抑制第一和第二磁场传感器组件40和48的输出中的干扰信号。
[0043]因为第一和第二磁场传感器组件40和48以及补偿磁场传感器60都暴露于或经受外部或寄生磁场，然而，仅仅第一和第二磁场传感器组件40和48暴露于或经受来自它们相应的永磁体50和52的磁场，当来自补偿磁场传感器60的信号被反相且求和(相加)到来自第一和第二磁场传感器组件40和48的信号时,第一和第二磁场传感器组件40和48感测的外部或寄生磁场被消除，只剩下来自第一和第二磁场传感器组件40和48的分别由永磁体50和52产生的信号(数据)，它们代表着活塞34和36的位置。这些信号(数据)被提供给变速器控制模块80，在这，它们被用于提供与活塞34和36的当前实时位置相关的高精度信息。变速器控制模块80还可以包括微处理器，其包括子程序、算法和查阅表，它们接收来自比较器74和76或其它电子装置的信号并且提供在后面的部件和操作中用到的数据，代表着活塞34和36并因此是换档联杆32和摩擦离合器18和22 (图1所示)的实时位置。
[0044]图5提供基于时间的图表，是与本发明的操作相关的多条曲线。横(X)轴代表时间，竖(Y)轴显示多个信号和过渡操作状态。起先，应当注意，这些曲线的竖向对齐很重要，允许在没有和有本发明的情况下的信号(数据)的迅速比较及其效果。第一曲线82显示来自磁场传感器组件40或48之一的信号，向右的过渡或脉冲表示例如活塞34或36的某一位置的获得。第二曲线84代表过渡干扰事件(在左边)，其中，变速器10暴露于或经受来自磁化桥、道路部件或其它来源的暂时寄生磁场。
[0045]第三曲线86同样是来自磁场传感器组件40或48之一的信号，其是第一曲线82和第二曲线84的总和。也就是说，来自磁场传感器组件40或48之一的信号已经受到曲线84的过渡干扰事件的影响，该信号还提供存在于曲线82的来自活塞34或36之一的移动的数据。注意到，来自干扰事件的假性不需要数据可能模仿来自活塞34或36的移动的期望数据，致使活塞34或36的实际位置的精确计算困难或不可行。第四曲线88代表提供给变速器控制模块80的比较器或运算放大器74和76的输出。在此，曲线84和86的补偿磁场传感器60感测到的假性寄生信号已经移除，剩下代表着活塞34或36的真实实时位置的信号(数据)。应当理解，代表着磁场强度的曲线82、84、86和88的矩形和信号已经被采用以利于解释和比较，并且，磁场强度的基于实际时间的曲线和信号可以采用多种形状，例如正弦曲线、梯形和不同于所示矩形的形状。
[0046]如上所述，假定，单个补偿磁场传感器60提供足以代表寄生磁场的信号，变速器10及其多个致动器和位置传感器暴露于该磁场，因此只需要使用单单一个补偿磁场传感器60。然而，取决于产生且提供给例如变速器控制模块80的信号的所需精度和多个磁场传感器组件40和48的具体位置以及与其它液压致动器相关联的磁场传感器，可能优选且合乎需要的是利用辅助补偿磁场传感器，例如在接近其它致动器的多个位置和远离单个补偿磁场传感器60的位置。这样的带有多个补偿磁场传感器的变速器，完全在本发明的权限以内。
[0047]发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的变形也在本发明的范围内。这些变形不看成是偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种确定致动器活塞位置的方法，包括的步骤有: 提供具有活塞的液压致动器， 提供附连在所述活塞上的永磁体， 提供与所述永磁体处于感测关系的第一磁场传感器， 提供接近所述第一磁场传感器且基本上与所述永磁体隔离的第二磁场传感器，和 用所述第二磁场传感器的输出修正所述第一磁场传感器的输出以补偿杂散磁场。
2.如权利要求1所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供在所述液压致动器中的第二活塞、提供附连在所述第二活塞上的第二永磁体，提供与所述第二永磁体处于感测关系的第三磁场传感器，以及，用所述第二磁场传感器的输出修正所述第三磁场传感器的第三输出以补偿杂散磁场。
3.如权利要求2所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供来自所述第一磁场传感器和所述第三磁场传感器的所述修正输出给控制模块。
4.如权利要求1所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供来自所述第一磁场传感器的所述修正输出给变速器控制模块。
5.如权利要求1所述的确定致动器活塞位置的方法，其中，所述活塞移动拨叉导轨和至少一个同步器离合器。
6.如权利要求5所述的确定致动器活塞位置的方法，进一步包括的步骤是，提供变速器壳体用于容纳所述液压致动器、所述拨叉导轨和所述至少一个同步器离合器。
7.如权利要求1所述的确定致动器活塞位置的方法，其中，所述修正步骤是通过对来自所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器的相位信号求和而实现的。
8.一种为液压致动器提供修正活塞位置信号的方法，包括的步骤有: 提供具有第一活塞的液压致动器， 提供附连在所述第一活塞上的第一永磁体， 提供与所述第一永磁体处于感测关系的第一活塞磁场传感器， 提供基本上与所述第一永磁体隔离的杂散磁场传感器；和 用所述杂散磁场传感器的输出补偿所述第一活塞磁场传感器的输出以修正杂散磁场。
9.如权利要求8所述的提供修正活塞位置信号的方法，进一步包括的步骤是，提供在所述液压致动器中的第二活塞、提供附连在所述第二活塞上的第二永磁体，提供与所述第二永磁体处于感测关系的第二活塞磁场传感器，以及，用所述杂散磁场传感器的输出补偿所述第二磁场传感器的第二输出以修正杂散磁场。
10.一种补偿受寄生磁场影响的活塞位置信号的方法，包括的步骤有: 提供具有第一活塞的液压致动器， 提供布置成随所述第一活塞移动的第一永磁体， 提供与所述第一永磁体处于感测关系的第一磁场传感器， 提供基本上与所述第一永磁体隔离的寄生磁场传感器；和 用所述寄生磁场传感器的输出补偿所述第一磁场传感器的输出以修正寄生磁场， 由此消除在所述第一磁场传感器中由寄生磁场引起的信号。
【文档编号】G01B7/00GK103673855SQ201310437338
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】R.谢斯塔科夫 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司