CN101268335B - 位置传感器和运行位置传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种位置传感器和一种用于运行位置传感器的方法。为了在位置传感器、尤其是机动车的自动变速器中的选择区域传感器中改善位置传感器与相应的评估电子设备之间的连接提出这样一种传感器装置，即可移动的滑块无接触地与一排霍尔元件保持磁性接通，其中，所述滑块在移动方向上对应于每个霍尔传感器配备有一个由位编码的永磁体构成的条带，评估电子设备与所述霍尔元件连接以传输每个霍尔元件的测量信号，其中，所述评估电子设备被构造用于基于每个霍尔元件的测量信号来确定所述滑块的当前位置，其中，每两个霍尔传感器的信号输出端被结合以使输出信号相加。

Description

位置传感器和运行位置传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种位置传感器以及一种运行位置传感器的方法。
背景技术
位置传感器的重要的应用领域涉及机动车的自动变速器。在此，目的是借助于位置传感器来测定作为位置的相应的驾驶模式(停车、倒车、空档、行驶)或者P、R、N、D以及附加的驾驶模式2、3、4，其中该位置传感器在此也被称作为选择区域传感器。
为此，可电评估的位置传感器(例如基于霍尔元件)作为尽可能无磨损的位置传感器来应用。在一种公知的装置中，提供一排线性布置的霍尔元件来形成位置传感器，滑块在这些霍尔元件的上方无接触地来回移动。滑块在移动方向上针对每个霍尔元件配备有一个由永磁体构成的条带，其中，这些条带是位编码的。因此，每个霍尔元件在滑块的每个可能的位置中都与永磁体的磁场接触，由此分别得到或强或弱的测量信号。以每个霍尔元件的这种测量信号为基础，通过评估电子设备推导出滑块的当前位置。此外，在评估电子设备中对该信号进行分立地解码，也就是说不依赖于处理器，从而可以较早地实现用于发动机启动的启动释放(Anlassfreigabe)。意思确定的位置P和N被作为释放的位模式。任何其他的位置都阻止机动车的启动。
作为所谓的选择区域开关，这种类型的传感器也被构造成用于在机器的内部空间中运行，即在变速器的内部使用。位置传感器的输出信号由电子电路来评估，该位置传感器必须与该电子电路电连接。这种类型的连接在不同的实施例中通过软片、冲压格栅、或者电缆束来实现。本发明的目的在于，改善在位置传感器和各自的评估电子设备之间的连接。
发明内容
该目的通过独立权利要求来实现。在此，根据本发明提出一种用于运行位置传感器的方法，该位置传感器具有至少两个霍尔元件，这些霍尔元件由滑块无接触地越过，其中，滑块在移动方向上对应于每个霍尔元件载有一个由永磁体构成的条带，并且这些条带是位编码的，其中，输出信号由每两个所述霍尔元件结合成。因此，由两个初级信号构成一个次级信号，接下来，该次级信号被评估来确定位置。在此，该两个霍尔元件或者单元优选地彼此直接相邻地设置。因此，在根据现有技术中的每个霍尔单元的状态信号以类似的静态形式传输时，根据本发明来自相邻的霍尔元件的两个输出信号的新的次级信号现在通过结合由两个初级信号来形成。信号线路的减少呈现出一种改善效果，因为现在在位置传感器与所属的评估电子设备之间的连接被较小范围地省去。因此，软片、冲压格栅、或者电缆束、在任何情况下的插塞连接都可以以较高的可靠性和较少的复杂度来生产。尤其是相对于这样的背景，即评估电子设备在变速器的高温的和侵蚀性的环境中的布置是昂贵的和复杂的，评估电子设备又被扩展地设置在变速器的外部。在这些情况中，数据总线或者供应电缆和测量电缆的宽度对于价格和位置传感器的可靠性都具有较大的意义。
在本发明的一个有利的是改进方案中，电压带被如下地构造成新的：四个电压带表现出两个霍尔元件的四种可能的二位切换状态。这四个电压带通过三个中间电压带或者未逻辑定义的区域彼此隔开，并且用于相应的短路状态的两个电压带位于该电压级的上端和下端。与此相比，根据现有技术，霍尔元件的可被完全诊断的输出信号具有五个彼此相邻的电压带：两个电压带对应于允许的数据信号。未逻辑定义的区域在这两个电压带之间。具有导电连接至供应电压或者接地的所谓的短路区域分别处于电压级的上端和下端。根据现有技术，短路区域和未限定的区域表现出所有可能的故障状况。由此，根据本发明相对于根据现有技术的装置和方法明显地减少了成本。
根据格雷编码，由永磁体构成的条带与相邻的条带相对地优选地构造在滑块上。由此，每个位置变化都可以精确地通过位变化示出。由此，任何位置转变可以被毫无怀疑地识别和检测。在本发明的一个改进方案中，由永磁体(8)构成的条带(7)与相邻的条带(7)相对地这样设置在滑块(6)上，即每个位置变化通过相同的两个位变化来示出。
在本发明的一个优选实施例中，接着所述霍尔元件地通过电阻网络来进行对所获得的次级信号的二进制编码。该电阻网络被这样地构造，即在与随后的评估电子设备的连接中测定所有的诊断电压带。现在通过传输两个信号而不是四个信号来降低不仅在传感器载体上而且在评估电子设备上的电路消耗。根据现有技术，纯初级信号的每个信号输出需要两个电阻，从而可以呈现出电压带。通过成对地将初级信号合并成一个次级信号为每个霍尔单元对省去了一个电阻。在接收侧或者在评估电子设备的一侧还必须保护、过滤和测定一半的这样多的输入信号。由此，在电路中可以为每个霍尔单元对省去两个电容器和一个电阻。此外，在处理器侧上在评估电子设备的内部对于每个霍尔单元对有一个模拟测量输入变成空着。
此外，尽管初级信号被分别结合成一个次级信号，但是直接地分立地解码是可以的。由此可以实现简单的启动释放。对此，其前提是，霍尔单元或者霍尔元件的合适的排列顺序，也就是说，初级信号在形式上的概况，即用于P位置和N位置的电压带彼此密集靠近地排列。由此，取代至今的四个信号，现在只还需要使两个信号与P模和N模进行比较。
根据本发明的传感器装置以有利的方式通过电压限制的和/或电压可调节的电路部分连接至变速器的致动器的供应电压上。因此，本来存在的并且导入到变速器中的供应电压可以通过齐纳二极管、变阻器、电压调节器、分压器或者类似的设备同时用于供应霍尔元件。与之相反，根据现有技术对于霍尔传感器的供应电压需要单独的线路。用于将测量信号传输到评估电子设备的相应的输出端被耐短路和接错极保护地构造。在此，根据现有技术致动器通常也已经处于传感器载体的内部，其中，已经在变速器中为致动器配备了正的、未调整过的供应电压，该供应电压通常明显地处于传感器供应电压级之上。根据本发明的该实施例，根据集成措施可以放弃传感器供应的耐短路或者接错极保护。
此外，可以放弃在现有技术中对于传感器供应所必需的附加的缓冲。此外，从电路技术的角度来看，在作为能量源的评估电子设备和具有霍尔元件的传感器载体之间仅仅没有较大的距离。由此可以节省电容器。
通过在此通过电阻网路成对地将多个初级信号结合成位置传感器的霍尔元件的输出信号来减少在位置传感器上的连接引线的数量。此外，提高了接口连接的可靠性，这是因为在总体上省去接口。在之前描述的信号准备之后将传感器输出信号传输至位于变速器外的评估电子设备时，现在可以使用具有较少的极数量的插塞连接器。由此，除了提高这样的电连接的可靠性之外还可以降低电位费用。
此外，在使用传感器内部的电压限制时，位置传感器的输入电压升高。同时，降低了用于传感器电压供应的电路消耗，其中，在接口或者插头的区域中还附加地省去了一个连接或者电极。
附图说明
接下来，基于附图参考实施例来进一步说明根据本发明的实施例的其他特征和优点。图中示出：
图1是具有霍尔元件和连接的评估电子设备的位置传感器的电路的示意图，以及
图2是在静态地、模拟地传输信号时所使用的电压带的结构的图表。
具体实施方式
图1示出了电路1的示意图，该电路由具有评估电子设备3的位置传感器2构成，该评估电子设备通过接口4连接。此外，接口4形成位置传感器2与致动器供应电压VDD以及与用于接地GND的公共参考电位的电连接。
在本实施例中，位置传感器2包括霍尔元件H1、H2、Hn、Hn+1。这些霍尔元件H1、H2、Hn、Hn+1通过电压限制的或者电压可调节的电路部分5连接至致动器电压供应VDD上，从而可以在接口4的区域中省去在已知的装置中为此目的设置的附加的触点。
可移动的滑块6与一排霍尔元件H1、H2、Hn、Hn+1无接触地通过磁场保持接触，其中滑块6在移动方向S上对应于每个霍尔传感器设置有一个由位编码的永磁体8构成的条带7。在滑板或滑块6上的由永磁体8构成的条带7根据格雷编码相对于各自相邻的条带7构造和设置。由此实现了，即滑块6的每个位置变化都通过霍尔元件H1、H2、Hn、Hn+1由分别的位变化示出。
在本实施例中，每个条带7包括总共16个永磁体8，从而反映出在现代自动变速器中出现的状况。视在所属的霍尔元件H1、H2、Hn、Hn+1的上方的滑块6上的条带7的切换状态或者位置而定，通过磁场在各个霍尔元件中生成确定的输出信号。
为了将相应的初级的输出信号相加分别形成一个次级信号，每两个霍尔元件的信号输出端被结合，其中，霍尔元件被分别彼此直接相邻地设置。成对的霍尔元件H1、H2的输出信号被以相应的方式结合成次级信号A1，成对的霍尔元件Hn、Hn+1的输出信号被结合成次级信号A2。为此，接着霍尔元件对H1、H2和Hn、Hn+1分别设置有电阻网络9、10以对获得的次级信号A1、A2进行二进制编码，所述电阻网络分别由两个串连的电阻RSi和一个并联连接的电阻RPDi构成。
次级信号A1、A2随后通过接口4传输给评估电子设备。该评估电子设备3具有用于每个输入的次级信号A1、A2的信号处理装置SP1、SP2，这些信号处理装置通过RC网络连接至参考电压Vref。然后，在信号处理装置SP1、SP2的输出端产生二进制结果值。图2的表格示出了应用的电压带的结构。
此外，在评估电子设备3中的次级信号A1、A2附加并行地在解码单元DEC中进行处理，其结果是不依赖于处理器的启动释放。当评估电子设备3通过选择区域传感器识别出N或P位置时，产生启动机动车发动机的释放。
下标n在图1中示出，即该装置可以分别以偶数倍地增加。成对的结合导致二进制的结果，然而例如可以根据三态逻辑或者三个状态的逻辑来处理三个霍尔元件的结合。

Claims (11)

1.一种用于运行位置传感器的方法，在所述方法中，滑块无接触地移动越过一排霍尔元件，其中，所述滑块在移动方向上对应于每个霍尔元件载有一个由位编码的永磁体构成的条带，并且基于每个霍尔元件的测量信号通过评估电子设备推导出所述滑块的当前位置，其特征在于，两个成对设置的霍尔元件(H1、H2、Hn、Hn+1)的输出信号作为初级信号被结合成次级信号(A1、A2)并且接下来被评估，四个电压带表现出两个霍尔元件(H1、H2、Hn、Hn+1)的四种可能的二位切换状态，其中，该四个电压带通过三个中间电压带或者未逻辑定义的区域彼此隔开。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由永磁体(8)构成的条带(7)根据格雷编码与相邻的条带(7)相对的设置在所述滑块(6)上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由永磁体(8)构成的条带(7)与相邻的条带(7)相对地设置在所述滑块(6)上，使得每个位置变化通过同样的两个位变化示出。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，通过电阻网络(9、10)对所获得的次级信号进行二进制编码。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，传感器通过电压限制的和/或电压可调节的电路部分(5)从变速器的致动器的供应电压电路中供应电能。
6.一种位置传感器，在所述传感器中，可移动的滑块无接触地与一排霍尔元件保持磁性接通，其中，所述滑块在移动方向上对应于每个霍尔元件配备有一个由位编码的永磁体构成的条带，评估电子设备与所述霍尔元件连接以传输每个霍尔元件的测量信号，其中，所述评估电子设备被构造成用于基于每个霍尔元件的测量信号来确定所述滑块的当前位置，其特征在于，上述装置被构造成实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，使得两个成对设置的霍尔元件(H1、H2、Hn、Hn+1)的信号输出端被结合而使输出信号相加，在次级信号中电压带被构造成新的，其方式是：四个电压带表现出两个彼此连接的霍尔元件(H1、H2、Hn、Hn+1)的四种可能的二位切换状态，其中，该四个电压带通过三个中间电压带或者未逻辑定义的区域彼此隔开，并且用于相应的短路状态的两个电压带位于电压级的上端和下端。
7.根据权利要求6所述的位置传感器，其特征在于，该两个成对设置的霍尔元件(H1、H2、Hn、Hn+1)彼此直接相邻地设置。
8.根据权利要求6或7所述的位置传感器，其特征在于，由永磁体(8)构成的条带(7)根据格雷编码与相邻的条带(7)相对的构造和设置在所述滑块(6)上。
9.根据权利要求6或7所述的位置传感器，其特征在于，相邻所述霍尔元件(H1、H2、Hn、Hn+1)设置有用于对所获得的次级信号(A1、A2)进行二进制编码的电阻网络(9、10)。
10.根据权利要求6或7所述的位置传感器，其特征在于，传感器通过电压限制的和/或电压可调节的电路部分(5)连接到变速器的致动器的供应电压上。
11.根据权利要求6或7所述的位置传感器，其特征在于，所述位置传感器(2)通过接口(4)与评估电子设备(3)电连接，所述接口仅具有两个触点来传输次级信号(A1、A2)。
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