CN103253183B - 汽车制动灯传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车制动灯传感器系统，包括汽车制动灯传感器及将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路，汽车制动灯传感器将汽车制动动作转化为磁场强度的变化，然后由将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路进行转化，将磁场强度的变化转化为电信号输送给汽车控制系统。

Description

汽车制动灯传感器系统

技术领域

本发明涉及一种传感器系统，尤其涉及一种汽车制动灯传感器系统。

背景技术

一般那汽车制动灯的开启是通过汽车制动踏板下方安装一个开关按钮直接控制汽车制动灯的开启和关闭。此种方式为机械接触式开关控制，其使用寿命受到限制。

发明内容

针对以上问题本发明提供了一种使用寿命长，且可增强制动安全性的汽车制动灯传感器系统。

本传感器系统将汽车制动动作转化为电信号并输送给汽车控制系统。避免机械接触式工作方式，增加产品使用寿命。本传感器系统是汽车制动系统的组成部分，需要能够直接检测制动动作并给出电信号控制汽车制动灯的开启和关闭，实时提醒后方车辆，车辆处在制动状态。

为了解决以上问题本发明提供了一种汽车制动灯传感器系统，其特征在于：包括制动主缸、活塞、永久磁铁、霍尔开关元件、感应装置；

活塞位于制动主缸内部，可沿制动主缸轴线位移，活塞上安装有永久磁铁，当活塞发生位移时，安装在活塞上的永久磁铁也跟着一起位移；

在制动主缸外部安装有带有霍尔开关元件的感应装置，霍尔开关元件用于感应永久磁铁的磁场强度变化；

制动主缸和感应装置及其内部的霍尔开关元件组成一个整体，与活塞和永久磁铁组成的一个整体在汽车制动时产生相对运动。

所述的永久磁铁为环形，环形的轴线方向为其充磁方向。

所述的永久磁铁中磁力线穿过霍尔开关元件的感应点，该点的磁场强度B₀的水平分量为传感器霍尔开关元件感应点处的无效磁场B₁，该点的磁场强度B₀的垂直分量为霍尔开关元件感应点处的有效磁场B₂，所述有效磁场B₂即为正向垂直于霍尔开关元件感应点方向的磁

所述的霍尔开关元件打开的磁场强度为3.4-7.7mT，关闭的磁场强度1.8-5.4mT。

所述将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路：

J1端子1，3脚输出，4脚电源正极，2脚电源负极；

J1端子电源正极脚4和二极管D1脚2，二极管D2脚2相连，二极管D1脚1与电阻R1脚1、电容C1脚1、电阻R5脚2、三极管Q2脚2、稳压二极管D3脚1相连，电阻R1脚2与电容C2脚1、霍尔Y1脚1相连，电阻R5脚1与电阻R4脚1相连，电阻R4脚2与三极管Q2脚1相连，三极管Q2脚3与稳压二极管D3脚2、电阻R6脚1、电阻R7脚1、电阻R8脚1相连，电阻R6脚2、电阻R7脚2、电阻R8脚2与J1端子输出脚1相连；

二极管D2脚1与电容C3脚1、电阻R9脚1、电阻R2脚2、高边开关U1脚2、高边开关U1脚4相连，电阻R9脚2与电容C4脚1、霍尔Y2脚1相连，电阻R2脚1与电阻R3脚1相连，电阻R3脚2与三极管Q1脚1相连，三极管Q1脚3与高边开关U1脚1相连，高边开关U1脚3与J1端子输出脚3相连；

电容C1脚2、电容C2脚2、电容C3脚2、电容C4脚2、霍尔Y1脚2、霍尔Y2脚2、三极管Q1脚2与J1端子电源负极脚2相连；

霍尔Y1导通，通过偏置电阻使得三极管Q2饱和，从而使电源输出到BTS为高电平，霍尔Y1截止时Q2截止，BTS端通过后端下拉电阻变为低电平；

霍尔Y2导通，通过偏置电阻使得三极管Q1截止，从而使得功率管输出高电平，霍尔Y2截止时Q1饱和，BLS端通过后端下拉电阻变为低电平；

传感器处理电路采用冗余设计两路输出信号BLS、BTS，两路信号输出相互独立；

电源供应处增加一个二极管，对电源反接保护；

电源供应都加入了π滤波电路，减少电源波动和外界高频信号对霍尔元件的干扰；

BLS端输出使用高边输出抗干扰功率管，增强输出能力和抗干扰能力；

三极管Q2增加稳压二极管D3钳位保护，防止三极管被击穿。

所述将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路：

J1端子1，3脚输出，4脚电源正极，2脚电源负极；

J1端子电源正极脚4和二极管D1脚2，二极管D2脚2相连，二极管D1脚1与电阻R1脚1、电容C1脚1相连，电阻R1脚2与电容C2脚1、Z1脚1、霍尔Y1脚1相连，霍尔Y1脚3与电阻R5脚1、电阻R6脚1、电阻R7脚1相连，电阻R5脚2、电阻R6脚2、电阻R7脚2与J1端子输出脚1相连；

二极管D2脚1与电容C3脚1、电阻R2脚1相连，电阻R2脚2与电容C4脚1、电阻R3脚2、三极管Q1脚3、稳压二极管Z2脚1、霍尔Y2脚1相连，电阻R3脚1与R4脚1相连，电阻R4脚2与三极管Q1脚1相连，三极管Q1脚2与电阻R8脚2、R9脚2、R10脚2相连，电阻R8脚1、R9脚1、R10脚1与J1端子输出脚3相连；

电容C1脚2、电容C2脚2、电容C3脚2、电容C4脚2、稳压二极管Z1脚2、稳压二极管Z2脚2、霍尔Y1脚2、霍尔Y2脚2与J1端子电源负极脚2相连；

霍尔Y1导通，BTS端通过霍尔接地变为低电平，霍尔Y1截止时，BTS通过后端上拉变为高电平；

霍尔Y2导通，通过偏置电阻使得三极管Q1截止，BLS端通过后端下拉电阻变为低电平，霍尔Y2截止时，三极管Q1饱和，电源通过三极管输出到BLS为高电平；

传感器处理电路采用冗余设计两路输出信号BLS、BTS，两路信号输出相互独立；

电源供应处增加一个二极管，对电源反接保护；

电源供应都加入了π滤波电路，减少电源波动和外界高频信号对霍尔元件的干扰；

两路霍尔都增加了输入钳位二极管，防止浪涌电压击穿霍尔；

输出都采用3个电阻并联分流的方式，增加输出功率。

有益效果：本发明传感器系统采用是霍尔效应原理设计，与之前机械开关比较，避免了

因机械磨损带来的产品使用寿命不足的问题，从而为汽车增加了制动安全性能。

附图说明

图1为本发明传感器系统的结构示意图；

图2为本发明传感器所采用的有效磁场强度示意图；

图3为本发明传感器在汽车制动时有效磁场强度的变化示意图；

图4为本发明传感器在0磁场时磁场强度的变化示意图；

图5为本发明传感器在汽车制动释放时有效磁场强度的变化示意图；

图6为本发明传感器处理电路I；

图7为本发明传感器处理电路II。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明汽车制动灯传感器系统包括汽车制动灯传感器及传感器处理电路。

汽车制动灯传感器包括制动主缸1、活塞2、永久磁铁3、霍尔开关元件4、感应装置5。

本发明所述的汽车制动灯传感器系统将汽车制动动作转化为磁场强度的变化，然后将磁场强度的变化转化为电信号输送给汽车控制系统。

当汽车制动时汽车制动系统上制动主缸1内部的活塞2沿制动主缸1轴线位移，它们配合压缩制动液进行汽车制动，本发明利用这一特点，在制动主缸1的活塞2上安装永久磁铁3，在汽车制动时制动主缸1内的活塞2发生位移，从而安装在活塞2上的永久磁铁3也跟着一起位移，这样就将制动动作转化成了主缸上某固定位置上的磁场发生变化。

在制动主缸1外部安装有带有霍尔开关元件4的感应装置5，利用霍尔效应原理，在汽车发生制动时，制动主缸1内的活塞2位移带着永久磁铁3运动，安装在制动主缸1外部的感应装置5内的霍尔开关元件4感应永久磁铁的磁场强度变化，霍尔开关元件4感应磁场强度变化的同时感应装置5产生变化的电信号输送给汽车控制系统。这其中包含两部分：

a.安装在制动主缸1上的感应装置5内安装有霍尔开关元件4，当汽车制动时安装在制动主缸1上的永久磁铁3发生位移，相对于主缸上的感应装置5来说，其霍尔开关元件4上的感应点处的磁场强度发生改变，当磁场强度达到一定值(1.8-7.7mT)时霍尔开关元件产生开关信号；

制动主缸1和感应装置5及其内部的霍尔开关元件4组成一个整体，与活塞2和永久磁铁3组成的一个整体在汽车制动时产生相对运动。在这个过程中，霍尔开关元件4感应点处磁场强度发生变化，变化过程如下。

如图2所示，永久磁铁3的S极6和永久磁铁N极7，永久磁铁3中磁力线8穿过霍尔开关元件4的感应点，该点的磁场强度B₀11的水平分量为传感器霍尔开关元件4感应点处的无效磁场B₁9，该点的磁场强度B₀11的垂直分量为霍尔开关元件4感应点处的有效磁场B₂10。

1)注：本发明传感器采用霍尔开关元件4作为感应元件，其利用永久磁铁3的偏磁(即正向垂直于霍尔开关元件4感应点方向的磁场，亦即有效磁场B₂10)感应变化，并且是正向磁场有效(即正向垂直于霍尔开关元件4感应点的磁场)；

2)注：本发明采用的永久磁铁3为环形，环形的轴线方向为其充磁方向，以保证上述1要求的正向偏磁场。

如图3所示，在汽车制动时有效磁场强度的变化：永久磁铁3的S极6和永久磁铁N极7，永久磁铁3中磁力线8穿过霍尔开关元件4的感应点，该点的磁场强度B₃14的水平分量为传感器霍尔开关元件4感应点处的无效磁场B₄12，该点的磁场强度B₃14的垂直分量为霍尔开关元件4感应点处的有效磁场B₅13。

如图4所，在0磁场时磁场强度的变化：永久磁铁3的S极6和永久磁铁N极7，永久磁铁3中磁力线8穿过霍尔开关元件4的感应点，该点的磁场强度B₆15完全为水平分量，无垂直分量，即该点的磁场强度B₆15的垂直分量为0。

汽车制动时，安装在制动主缸1上的永久磁铁3发生位移，相对于主缸上的感应装置5来说，其霍尔开关元件4上的感应点处的磁场强度发生改变，磁场强度在初始状态和霍尔开关元件4感应点磁场强度为0mT(此点处磁场在垂直于霍尔开关元件4方向上无偏磁，即有效磁场B₂10为0mT)，即图4所示的磁场强度B₆15和初始状态之间变化，这期间产生图3所示的有效磁场强度B₅13磁场强度点，其磁场强度的范围为3.4-7.7mT。此时霍尔开关元件4打开，并由感应装置5转化成汽车制动系统所需的电信号控制汽车制动灯。

如图5所示，在汽车制动释放时有效磁场强度的变化：永久磁铁3的S极6和永久磁铁N极7，永久磁铁3中磁力线8穿过霍尔开关元件4的感应点，该点的磁场强度B₇18的水平分量为传感器霍尔开关元件4感应点处的无效磁场B₈16，磁场强度B₇18的垂直分量为霍尔开关元件4感应点处的有效磁场B₈17。

汽车制动释放时，安装在制动主缸1上的永久磁铁3发生位移，相对于主缸上的感应装置5来说，其霍尔开关元件4上的感应点处的磁场强度发生改变，磁场强度在霍尔开关元件4感应点磁场强度为0mT(此点处磁场在垂直于霍尔开关元件4方向上无偏磁，即有效磁场B₂10为0mT)，即图4所示的磁场强度B₆15和初始状态之间变化，这期间产生图5所示的有效磁场强度B₈17磁场强度点，其磁场强度的范围为1.8-5.4mT，此时霍尔开关元件4关闭，并由感应装置5转化成汽车制动系统所需的电信号控制汽车制动灯。

选择霍尔开关元件4，霍尔开关元件4的工作磁场强度特点如下表.1所示。(产品工作温度范围：-40℃～140℃)

表.1

按上述霍尔开关元件4工作磁场强度特点得知，霍尔开关元件4的磁场强度范围为1.8-7.7mT，即只要霍尔开关元件4在此范围内就打开和关闭。

b.霍尔元件产生开关信号后经过传感器处理电路转化成高低电平信号输送给汽车控制系统。

由于霍尔开关元件4仅将活塞2上永久磁铁3的位移转换成了开关动作，这与制动控制系统要求的高低电平不匹配，需要将霍尔开关元件4的开关功能转化成高低电平信号输送给控制系统。为此，设计处理电路以满足控制系统要求。当然不同的高低电平要求，传感器处理电路有所不同。

如图6所示，传感器处理电路I的电路说明：

J1端子1，3脚输出，4脚电源正极，2脚电源负极。

J1端子电源正极脚4和二极管D1脚2，二极管D2脚2相连，二极管D1脚1与电阻R1脚1、电容C1脚1、电阻R5脚2、三极管Q2脚2、稳压二极管D3脚1相连，电阻R1脚2与电容C2脚1、霍尔Y1脚1相连，电阻R5脚1与电阻R4脚1相连，电阻R4脚2与三极管Q2脚1相连，三极管Q2脚3与稳压二极管D3脚2、电阻R6脚1、电阻R7脚1、电阻R8脚1相连，电阻R6脚2、电阻R7脚2、电阻R8脚2与J1端子输出脚1相连。

二极管D2脚1与电容C3脚1、电阻R9脚1、电阻R2脚2、高边开关U1脚2、高边开关U1脚4相连，电阻R9脚2与电容C4脚1、霍尔Y2脚1相连，电阻R2脚1与电阻R3脚1相连，电阻R3脚2与三极管Q1脚1相连，三极管Q1脚3与高边开关U1脚1相连，高边开关U1脚3与J1端子输出脚3相连。

电容C1脚2、电容C2脚2、电容C3脚2、电容C4脚2、霍尔Y1脚2、霍尔Y2脚2、三极管Q1脚2与J1端子电源负极脚2相连。

霍尔Y1导通，通过偏置电阻使得三极管Q2饱和，从而使电源输出到BTS为高电平，霍尔Y1截止时Q2截止，BTS端通过后端下拉电阻变为低电平；

霍尔Y2导通，通过偏置电阻使得三极管Q1截止，从而使得功率管输出高电平，霍尔Y2截止时Q1饱和，BLS端通过后端下拉电阻变为低电平。

传感器处理电路采用冗余设计两路输出信号BLS、BTS，两路信号输出相互独立；

电源供应处增加一个二极管，对电源反接保护；

电源供应都加入了π滤波电路，减少电源波动和外界高频信号对霍尔元件的干扰；

BLS端输出使用高边输出抗干扰功率管，增强输出能力和抗干扰能力；

三极管Q2增加稳压二极管D3钳位保护，防止三极管被击穿。

如图7所示，传感器处理电路II的电路说明：

J1端子1，3脚输出，4脚电源正极，2脚电源负极；

电源正极和二极管D1脚2，二极管D2脚2相连，二极管D1脚1与电阻R1脚1、电容C1脚1相连，电阻R1脚2与电容C2脚1、稳压二极管Z1脚1、霍尔Y1脚1相连，霍尔Y1脚3与电阻R5脚1、电阻R6脚1、电阻R7脚1相连，电阻R5脚2、电阻R6脚2、电阻R7脚2与J1端子输出脚1相连；

二极管D2脚1与电容C3脚1、电阻R2脚1相连，电阻R2脚2与电容C4脚1、电阻R3脚2、三极管Q1脚3、稳压二极管Z2脚1、霍尔Y2脚1相连，电阻R3脚1与电阻R4脚1相连，电阻R4脚2与三极管Q1脚1相连，三极管Q1脚2与电阻R8脚2、电阻R9脚2、电阻R10脚2相连，电阻R8脚1、电阻R9脚1、电阻R10脚1与J1端子输出脚3相连；

电容C1脚2、电容C2脚2、电容C3脚2、电容C4脚2、稳压二极管Z1脚2、稳压二极管Z2脚2、霍尔Y1脚2、霍尔Y2脚2与J1端子电源负极脚2电源负极相连；

霍尔Y1导通，BTS端通过霍尔接地变为低电平，霍尔Y1截止时，BTS通过后端上拉变为高电平；

霍尔Y2导通，通过偏置电阻使得三极管Q1截止，BLS端通过后端下拉电阻变为低电平，霍尔Y2截止时，三极管Q1饱和，电源通过三极管输出到BLS为高电平。

传感器处理电路采用冗余设计两路输出信号BLS、BTS，两路信号输出相互独立；

电源供应处增加一个二极管，对电源反接保护；

电源供应都加入了π滤波电路，减少电源波动和外界高频信号对霍尔元件的干扰；

两路霍尔都增加了输入钳位二极管，防止浪涌电压击穿霍尔；

输出都采用3个电阻并联分流的方式，增加输出功率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种汽车制动灯传感器系统，其特征在于：包括汽车制动灯传感器及将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路，

汽车制动灯传感器将汽车制动动作转化为磁场强度的变化，然后由将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路进行转化，将磁场强度的变化转化为电信号输送给汽车控制系统；

所述的汽车制动灯传感器包括制动主缸(1)、活塞(2)、永久磁铁(3)、霍尔开关元件(4)、感应装置(5)；

活塞(2)位于制动主缸(1)内部，可沿制动主缸(1)轴线位移，活塞(2)上安装有永久磁铁(3)，当活塞(2)发生位移时，安装在活塞(2)上的永久磁铁(3)也跟着一起位移；

在制动主缸(1)外部安装有带有霍尔开关元件(4)的感应装置(5)，霍尔开关元件(4)用于感应永久磁铁(3)的磁场强度变化；

制动主缸(1)和感应装置(5)及其内部的霍尔开关元件(4)组成一个整体，与活塞(2)和永久磁铁(3)组成的一个整体在汽车制动时产生相对运动；

所述的永久磁铁(3)为环形，环形的轴线方向为其充磁方向；

所述的永久磁铁(3)中磁力线(8)穿过霍尔开关元件(4)的感应点，该点的磁场强度B₀(11)的水平分量为传感器霍尔开关元件(4)感应点处的无效磁场B₁(9)，该点的磁场强度B₀(11)的垂直分量为霍尔开关元件(4)感应点处的有效磁场B₂(10)，所述有效磁场B₂(10)即为正向垂直于霍尔开关元件(4)感应点方向的磁场。

2.根据权利要求1所述的汽车制动灯传感器系统，其特征在于：所述的霍尔开关元件(4)打开的磁场强度为3.4-7.7mT，关闭的磁场强度1.8-5.4mT。

3.根据权利要求1所述的汽车制动灯传感器系统，其特征在于：所述将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路：

J1端子1，3脚输出，4脚电源正极，2脚电源负极；

J1端子电源正极脚4和二极管D1脚2，二极管D2脚2相连，二极管D1脚1与电阻R1脚1、电容C1脚1、电阻R5脚2、三极管Q2脚2、稳压二极管D3脚1相连，电阻R1脚2与电容C2脚1、霍尔Y1脚1相连，电阻R5脚1与电阻R4脚1相连，电阻R4脚2与三极管Q2脚1相连，三极管Q2脚3与稳压二极管D3脚2、电阻R6脚1、电阻R7脚1、电阻R8脚1相连，电阻R6脚2、电阻R7脚2、电阻R8脚2与J1端子输出脚1相连；

二极管D2脚1与电容C3脚1、电阻R9脚1、电阻R2脚2、高边开关U1脚2、高边开关U1脚4相连，电阻R9脚2与C4脚1、霍尔Y2脚1相连，电阻R2脚1与电阻R3脚1相连，电阻R3脚2与三极管Q1脚1相连，三极管Q1脚3与高边开关U1脚1相连，高边开关U1脚3与J1端子输出脚3相连；

电容C1脚2、电容C2脚2、电容C3脚2、电容C4脚2、霍尔Y1脚2、霍尔Y2脚2、三极管Q1脚2与J1端子电源负极脚2相连；

霍尔Y1导通，通过偏置电阻使得三极管Q2饱和，从而使电源输出到BTS为高电平，霍尔Y1截止时三极管Q2截止，BTS端通过后端下拉电阻变为低电平；

霍尔Y2导通，通过偏置电阻使得三极管Q1截止，从而使得功率管输出高电平，霍尔Y2截止时三极管Q1饱和，BLS端通过后端下拉电阻变为低电平；

传感器处理电路采用冗余设计两路输出信号BLS、BTS，两路信号输出相互独立；

电源供应处增加一个二极管，对电源反接保护；

电源供应都加入了π滤波电路，减少电源波动和外界高频信号对霍尔元件的干扰；

BLS端输出使用高边输出抗干扰功率管，增强输出能力和抗干扰能力；

三极管Q2增加稳压二极管D3钳位保护，防止三极管被击穿。

4.根据权利要求1所述的汽车制动灯传感器系统，其特征在于：所述将开关信号转化为高低电平信号的传感器处理电路：

J1端子1，3脚输出，4脚电源正极，2脚电源负极；

J1端子电源正极脚4和二极管D1脚2，二极管D2脚2相连，二极管D1脚1与电阻R1脚1、电容C1脚1相连，电阻R1脚2与电容C2脚1、稳压二极管Z1脚1、霍尔Y1脚1相连，霍尔Y1脚3与电阻R5脚1、电阻R6脚1、电阻R7脚1相连，电阻R5脚2、电阻R6脚2、电阻R7脚2与J1端子输出脚1相连；

二极管D2脚1与电容C3脚1、电阻R2脚1相连，电阻R2脚2与电容C4脚1、电阻R3脚2、三极管Q1脚3、稳压二极管Z2脚1、霍尔Y2脚1相连，电阻R3脚1与电阻R4脚1相连，电阻R4脚2与三极管Q1脚1相连，三极管Q1脚2与电阻R8脚2、电阻R9脚2、电阻R10脚2相连，电阻R8脚1、电阻R9脚1、电阻R10脚1与J1端子输出脚3相连；

电容C1脚2、电容C2脚2、电容C3脚2、电容C4脚2、稳压二极管Z1脚2、稳压二极管Z2脚2、霍尔Y1脚2、霍尔Y2脚2与J1端子电源负极脚2电源负极相连；

霍尔Y1导通，BTS端通过霍尔接地变为低电平，霍尔Y1截止时，BTS通过后端上拉变为高电平；

霍尔Y2导通，通过偏置电阻使得三极管Q1截止，BLS端通过后端下拉电阻变为低电平，霍尔Y2截止时，三极管Q1饱和，电源通过三极管输出到BLS为高电平；

传感器处理电路采用冗余设计两路输出信号BLS、BTS，两路信号输出相互独立；

电源供应处增加一个二极管，对电源反接保护；

电源供应都加入了π滤波电路，减少电源波动和外界高频信号对霍尔元件的干扰；

两路霍尔都增加了输入钳位二极管，防止浪涌电压击穿霍尔；

输出都采用3个电阻并联分流的方式，增加输出功率。