CN104236592B - 无接触换档杆位置检测器和健康状态监控系统 - Google Patents

无接触换档杆位置检测器和健康状态监控系统 Download PDF

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Abstract

一种无接触换档杆位置检测器，包括：外壳；档位位置换档杆；磁体；多个磁传感器；和处理器。所述档位位置换档杆被部分地布置在所述外壳内，并且至少能移动至至少第一位置、第二位置和第三位置。所述磁体被布置在所述外壳内，并且耦接至所述档位位置换档杆，并且能随其移动。所述磁传感器被固定地布置在所述外壳中，并且每个磁传感器都与所述磁体间隔隔开，并且被配置成供应代表其与所述磁体的接近度的输出电压。耦接所述处理器，以接收从每个磁传感器供应的所述输出电压，并且所述处理器被配置成一旦接收所述输出电压，就确定所述档位位置换档杆何时处于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置。

Description

无接触换档杆位置检测器和健康状态监控系统
技术领域
本发明总体涉及换档杆（shift lever）位置检测，并且更具体地涉及一种无接触换档杆位置检测器和健康状态监控器。
背景技术
许多现代电子换档器在每个换档位置（例如，前进、空档、倒档）处使用一个或更多位置传感器。在许多情况下，这些位置传感器是接触式开关。虽然迄今为止，这些类型的开关大致工作良好，但是这些开关表现出某些缺点。例如，由于机械磨损或撕裂，这些开关可能表现出有限的寿命。此外，接触溅蚀能够导致可靠性降低。特别地，接触溅蚀机能够导致不期望的连接，这能够导致熔丝熔断。这些开关的当前构造也使得实施健康监控变得困难。所有这些缺点都导致相对昂贵和复杂的系统，这导致制造成本升高。
因此，存在一种对下列换档杆位置检测器的需求，其不依赖于接触式开关，和/或允许健康监控，和/或与目前解决方案相比相对廉价并且相对较不复杂。本发明应对这些需求中的一个或更多。
发明内容
在一个实施例中，无接触换档杆位置检测器包括：外壳；档位位置（gearposition）换档杆；磁体；多个磁传感器；和处理器。档位位置换档杆被部分地布置在外壳内，并且能移动至至少第一位置、第二位置和第三位置。磁体被布置在外壳内，并且耦接至档位位置换档杆，并且能随其移动。磁传感器被固定地布置在外壳中，并且包括第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器。每个磁传感器都与磁体间隔隔开，并且被配置成供应代表其与磁体的接近度的输出电压。耦接处理器，以接收从每个磁传感器供应的输出电压，并且处理器被配置成一旦接收该输出电压，就确定档位位置换档杆何时处于第一位置、第二位置和第三位置。
在另一实施例中，无接触换档杆位置检测器包括：外壳；档位位置换档杆；双极磁体；多个霍尔传感器；和处理器。档位位置换档杆被部分地布置在外壳内，并且能移动至第一位置、第二位置和第三位置。双极磁体被布置在外壳内，并且耦接至档位位置换档杆，并且能随其移动。霍尔传感器被固定地布置在外壳中，并且包括第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和霍尔磁传感器。每个霍尔传感器都与磁体间隔隔开，并且被配置成供应代表其与磁体的接近度的输出电压。耦接处理器，以接收从每个霍尔传感器供应的输出电压，并且处理器被配置成一旦接收该输出电压，就确定档位位置换档杆何时处于第一位置、第二位置和第三位置。
在又另一实施例中，无接触换档杆位置检测器包括：外壳；档位位置换档杆；双极磁体；多个霍尔传感器；和处理器。档位位置换档杆被部分地布置在外壳内，并且能移动至第一位置、第二位置和第三位置。双极磁体被布置在外壳内，并且耦接至档位位置换档杆，并且能随其移动。霍尔传感器被固定地布置在外壳中，并且包括第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和霍尔磁传感器。每个霍尔传感器都与磁体间隔隔开，并且被配置成供应代表其与磁体的接近度的输出电压。处理器被耦接以接收从每个霍尔传感器供应的输出电压，并且被配置成在其接收时确定档位位置换档杆何时处于第一位置、第二位置和第三位置，并且确定检测器健康状态。
此外，通过结合附图和上述背景技术，从下文的详细说明和所附权利要求书，将明白无接触换档杆位置检测器的其它期望特点和特征。
附图说明
下文将结合后面的附图描述本发明，其中相同的附图标记指示相同元件，在附图中：
图1示出无接触换档杆位置检测器的一个实施例的横截面图；和
图2-9示出图1的无接触换档杆位置检测器的各种构造和相关响应。
具体实施方式
下文详细说明实质上仅为示例性的，并且无意限制本发明或本发明的应用和用途。本文使用的词语“示例性的”意思是“用作示例、例证或解释的作用”。因而，本文所述的任何“示例性的”实施例都不一定被解释成优选或优于其它实施例。本文所述的所有实施例都仅为下列示例性实施例：提供这些示例性实施例，以使本领域技术人员做出或使用本发明，并且不限制由权利要求书限定的本发明的范围。此外，无意受前面的技术领域、背景技术、发明内容或后面详细说明中提出的任何明确或暗示理论限制。
参考图1，其中示出无接触换档杆位置检测器100的一个实施例的横截面图，并且它包括外壳102；档位位置换档杆104；磁体106；多个磁传感器108；和处理器110。档位位置换档杆104被部分地布置在外壳102内，并且能移动至多个位置。更特别地，档位位置换档杆104包括第一端112和第二端114。第一端112被布置在外壳102内，并且第二端被布置在外壳102外。档位位置换档杆104能移动到的位置数目可变化，但是在所示实施例中，其能移动至至少第一位置、第二位置和第三位置。此外，第一、第二和第三位置可对应于各种车辆传动功能，但是在所示实施例中，这些位置分别对应于空档（N）、前进（F）和倒档（R）位置。
档位位置换档杆104被安装在外壳102内，以使其绕轴线116相对于外壳102可旋转。因而，如图1进一步示出的，如果档位位置换档杆104的第二端114在第一平移方向118上移动（例如，从N至F，或从R至N），档位位置换档杆104就在第一旋转方向122上绕轴线116旋转，并且档位位置换档杆104的第一端112在第二平移方向124上移动。相反地，如果档位位置换档杆104的第二端114在第二平移方向124上移动（例如，从N至R或从F至N），档位位置换档杆104就在第二旋转方向126上绕轴线116旋转，并且档位位置换档杆104的第一端112在第一平移方向118上移动。在一些实施例中，档位位置换档杆104也可在第三方向128上移动，该第三方向128垂直于第一和第二方向118、124，从而实施另一功能，诸如按响喇叭。
磁体106被布置在外壳102内，并且被耦接至档位位置换档杆104，并且因而与其一起移动。更特别地，磁体106被耦接至档位位置换档杆104的第一端112。因而，当档位位置换档杆104的第一端112在第一平移方向118或第二平移方向124上移动时，磁体106也在第一平移方向118或第二平移方向124上移动。该运动，因而档位位置换档杆104的位置，被磁传感器108感测。可不同地实施磁体106。例如，磁体可为永磁体或电磁体。然而，在所示实施例中，磁体106是永磁体、具有北极（N）和南极（S）的双极磁体。
磁传感器108被固定地布置在外壳102中，并且通过间隙与磁体106间隔隔开。在所示实施例中，磁传感器108被安装在印刷电路板（PCB）132上，印刷电路板132固定地耦接至外壳102。当然，这仅是一种安装布置的示例。磁传感器108的数目可变，但是在所示实施例中，存在三个磁传感器108——第一磁传感器108-1、第二磁传感器108-2和第三磁传感器108-3。如应当明白的那样，磁传感器108的数目将优选地对应于档位位置换档杆104可被放置在的位置的数目。
无论磁传感器108的具体数目如何，每个磁传感器108都被配置成供给代表其与磁体106的接近度的输出电压。可使用多种无接触装置中的任何一种实施磁传感器108，以提供这种功能性。例如，可使用磁阻（MR）传感器、霍尔传感器或提供连续模拟输出的许多其它磁感测元件中的任何一种来实施磁传感器108。然而，在所示实施例中，磁传感器108每一个都是霍尔传感器。来自每个磁传感器的输出电压都被供应给处理器110。
耦接处理器110，以接收从每个磁传感器108供应的输出电压，并且处理器110被配置成一旦接收该输出电压，就确定档位位置换档杆104的位置。具体地，处理器110被配置成确定档位位置换档杆104何时处于第一位置、第二位置和第三位置。处理器110也被配置成，一旦接收输出电压，就确定换档杆位置检测器100的健康状态。也即是说，基于输出电压，处理器110被配置成确定磁传感器108中的一个或多个是否故障或不可操作，或者磁体106和磁传感器108之间的间隙是否已经增大或减小超过期望阈值距离。
应明白，磁体106和磁传感器108的构造可改变，以实施上述功能性。实际上，磁体106的磁极能够被适当地配置成产生多种代表性信号中的任何一种。此外，能够以各种方式布置磁位置传感器108的磁极或感测轴线。在图2-9中示出各种构造和相关响应，并且将描述每幅图，首先以图2中所示的构造开始。
在图2中所示的实施例中，磁体106被布置成垂直于磁传感器108。换句话说，磁体106被布置成，使一个磁极面朝每个磁传感器108，并且使另一磁极背向每个磁传感器108。在所示实施例中，南极（S）面朝磁传感器108。然而，应明白，磁体106能够被布置成，使北极（N）面朝磁传感器108。此外，虽然所示磁体106是圆柱形磁体，但是也可使用各种其它形状。
如上所述，磁体106通过间隙（G）与磁传感器108间隔隔开。另外，第一108-1和第二108-2磁传感器，以及第二108-2和第三108-3磁传感器通过距离（D）间隔隔开。应明白，间隙（G）和距离（D）的值可变，以满足期望响应特征。在一个特殊实施例中，当间隙（G）约为5.0毫米（mm）且距离（D）约为11.5mm时，在图3中图解地示出磁传感器108的响应。应注意，在所示曲线图300中，基准（或零距离）位置对应于图2中所示的位置。也就是说，磁体106被布置成与第二磁传感器108-2相邻。
如通过观察图3的响应曲线图300容易明白的那样，处理器110可被适当地配置成确定，基于磁传感器108的输出电压，以确定档位位置换档杆104何时处于第一、第二和第三位置。处理器110也可被配置成易于评定磁传感器108的健康状态。
现在参考图4，在该实施例中，磁体106被布置成平行于磁传感器108。换句话说，磁体106被布置成，使两个磁极都面对每个磁传感器108。应注意，在所示实施例中，当磁体106处于基准位置时，磁体106被布置成，与第三磁传感器108-3相比，使南极（S）更靠近第一磁传感器108-1，并且与第一磁传感器108-1相比，使北极（N）更靠近第三磁传感器108-3。然而，应明白，能够相反地布置磁体106。此外，虽然所示磁体106同样为圆柱形磁体，但是也可使用各种其它形状。
磁体106通过间隙（G）与磁传感器108间隔隔开。这里，第一108-1和第二108-2磁传感器，以及第二108-2和第三108-3磁传感器也通过距离（D）间隔隔开。应明白，间隙（G）和距离（D）的值可变，以满足期望响应特征。在一个特殊实施例中，当间隙（G）约为5.0 mm并且距离（D）约为11.5mm时，在图5中图解地示出磁传感器108的响应。应注意，在所示曲线图500中，基准位置也对应于图4中所示的位置。也就是说，磁体106被布置成与第二磁传感器108-2相邻。
处理器110可被适当地配置成确定，基于磁传感器108的输出电压，以确定档位位置换档杆104何时处于第一、第二和第三位置。处理器110也可被配置成易于评定磁传感器108的健康状态。
现在参考图6，该实施解释出下列构造，其中第一和第二磁传感器108-1、108-2用于感测档位位置换档杆104在第一和第二方向118、124上的运动，并且第三磁传感器108-3用于感测档位位置换档杆104在第三方向128上的运动。因而，第三磁传感器108-3可用于实施另一功能，诸如按响喇叭。
在所示实施例中，磁传感器108被布置成半圆图案，并且当磁体106处于基准位置时，磁体106与每个磁传感器108等距地布置。此外，一个磁极面朝第一磁传感器108-1，另一磁极面朝第二磁传感器108-2，并且两个磁极都面朝第三磁传感器108-3。应注意，在所示实施例中，磁体106被布置成，使南极（S）面朝第一磁传感器108-1，并且使北极面朝第三磁传感器108-3。然而，应明白，能够相反地布置磁体106。此外，虽然所示磁体106同样为圆柱形磁体，但是也可使用各种其它形状。
磁体106与所有三个磁传感器108都通过间隙（G）间隔隔开。应明白，间隙（G）的值可变，以满足期望响应特征。在一个特殊实施例中，当间隙（G）约为6.0mm时，在图7和8中图解地示出磁传感器108的响应。特别地，在图7中示出第一和第二磁传感器108-1、108-2的响应，并且在图8中示出第三磁传感器108-2的响应。与上述实施例一样，在所示的曲线图700、800中，基准位置对应于图6中所示的位置，其中磁体106与每个磁传感器108等距地布置。
处理器110可被适当地配置成，基于第一和第二磁传感器108-1、108-2的输出电压，确定档位位置换档杆104何时处于第一、第二和第三位置。处理器110也可被配置成，基于第三磁传感器108-3的输出电压，确定档位位置换档杆104何时在第三方向128上朝着第三磁传感器108-3移动。处理器110也可被配置成易于评定磁传感器108的健康状态。
图9中所示的实施例被配置成类似于图2的实施例，但是磁体106包括两个磁体（例如，106-1、106-2）而非单个磁体。此外，两个磁体106-1、106-2相对地布置。类似于图2中所示的实施例，磁体106通过间隙（G）与磁传感器108间隔隔开，并且第一108-1和第二108-2磁传感器，以及第二108-2和第三108-3磁传感器通过距离（D）间隔隔开。应明白，间隙（G）和距离（D）的值可变，以满足期望响应特征。
与每个上述实施例一样，处理器110可被适当地配置成确定，基于磁传感器108的输出电压，以确定档位位置换档杆104何时处于第一、第二和第三位置。处理器110也可被配置成易于评定磁传感器108的健康状态。
之前提到，档位位置换档杆104还可在第三方向128上移动，该第三方向128垂直于第一和第二方向118、124，从而实施另一功能，诸如按响喇叭。如应明白的那样，当档位位置换档杆104在第三方向128上移动时，所有磁传感器108的输出电压都将变化。处理器110被另外配置成确定，基于磁传感器108的输出电压变化，以确定档位位置换档杆104何时在第三方向128上移动。
在本文件中，关系术语，诸如第一和第二等等，可仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作区分开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。数值序数，诸如“第一”、“第二”、“第三”等等，单纯指示多个中的不同个体，并且不暗示任何顺序或次序，除非由权利要求语言特别限定。任何权利要求中的文字中的次序都不暗示，必须根据该次序，以时间或逻辑顺序执行这些过程步骤，除非由权利要求语言特别限定。这些过程顺序可以任何顺序互换而不偏离本发明的范围，只要这种互换不与权利要求语言相矛盾并且不逻辑上荒谬的。
此外，取决于上下文，在描述不同元件之间的关系时使用的词语，诸如“连接”或“耦接至”不暗示必须在这些元件之间做出直接物理连接。例如，两个元件可彼此物理地、电子地、逻辑地或以任何其它方式通过一个或更多附加元件连接。
虽然已经在本发明的上述详细说明中提出了至少一个示例性实施例，然而应明白，存在大量变例。也应明白，示例性实施例或多个示例性实施例仅为示例，并且无意以任何方式限制本发明的范围、应用性或构造。相反，上述详细说明将向本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的方便指南。应理解，可在示例性实施例中所述的元件的功能和布置中做出各种变化而不偏离所附权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (13)

1.一种无接触换档杆位置检测器，包括：
外壳；
档位位置换档杆，所述档位位置换档杆被部分地布置在所述外壳内，并且能移动至至少第一位置、第二位置和第三位置；
磁体，所述磁体被布置在所述外壳内，所述磁体耦接至所述档位位置换档杆，并且能随其移动，其中，所述档位位置换档杆，当移动至所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置时，被配置成导致所述磁体沿第一轴线移动；以及其中，所述档位位置换档杆还配置成沿垂直于所述第一轴线的第二轴线能移动；
多个磁传感器，所述多个磁传感器被固定地布置在所述外壳中，并且包括第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器，每个磁传感器都与所述磁体间隔隔开一间隙，并且被配置成供应代表其与所述磁体的接近度的独立连续模拟输出电压，其中，所述多个磁传感器和所述磁体配置成使得从所述磁传感器中的每个所供应的连续输出电压在所述档位位置换档杆沿着所述第二轴线移动时变化；以及
处理器，其被耦接到每个磁传感器以接收从每个磁传感器供应的所述连续模拟输出电压，并且被配置成在其接收时确定所述档位位置换档杆何时处于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置，基于从每个磁传感器供应的所述连续模拟输出电压确定所述磁传感器中的一个或多个何时处于故障或不可操作，以及基于从每个磁传感器供应的所述连续模拟输出电压确定所述磁体与所述磁传感器之间的所述间隙何时已经增大或减小超过阈值距离。
2.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述第一、第二和第三磁传感器每个都包括霍尔传感器。
3.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述磁体是双极磁体，并且被布置成使一个磁极面朝每个磁传感器且一个磁极背向每个磁传感器。
4.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述磁体是双极磁体，并且被布置成使两个磁极都面朝每个磁传感器。
5.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述磁体是双极磁体，并且其中，所述磁体和所述磁传感器被布置成使得：
一个磁极面朝所述第一磁传感器；
一个磁极面朝所述第二磁传感器；以及
两个磁极都面朝所述第三磁传感器。
6.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述处理器还被配置成，基于从所述磁传感器中的每个所供应的连续输出电压中的每个的变化而确定所述磁体沿所述第二轴线的运动。
7.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述磁体包括彼此间隔隔开的第一磁体和第二磁体。
8.根据权利要求7所述的检测器，其中：
所述第一和第二磁体每个都是双极磁体；并且
所述第一和第二磁体被布置成使一个磁极面朝每个磁传感器且一个磁极背向每个磁传感器。
9.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述处理器还被配置成确定检测器健康状态。
10.一种检测换挡杆位置的方法，所述方法包括：
由处理器接收从多个磁传感器中的每个所供应的输出电压，其中，无接触换挡杆位置检测器包括：
外壳；
档位位置换档杆，所述档位位置换档杆被部分地布置在所述外壳内，并且能移动至至少第一位置、第二位置和第三位置；
磁体，所述磁体被布置在所述外壳内，所述磁体耦接至所述档位位置换档杆，并且能随其移动，其中，所述档位位置换档杆，当移动至所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置时，被配置成导致所述磁体沿第一轴线移动；以及其中，所述档位位置换档杆还配置成沿垂直于所述第一轴线的第二轴线能移动；
多个磁传感器，所述多个磁传感器被固定地布置在所述外壳中，并且包括第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器，每个磁传感器都与所述磁体间隔隔开一间隙，并且被配置成供应代表其与所述磁体的接近度的独立连续模拟输出电压，其中，所述多个磁传感器和所述磁体配置成使得从所述磁传感器中的每个所供应的连续输出电压在所述档位位置换档杆沿着所述第二轴线移动时变化；以及
由处理器基于从所述多个磁传感器中的每个所供应的连续模拟输出电压的接收而确定所述档位位置换挡杆何时处于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置，基于从每个磁传感器供应的所述连续模拟输出电压确定所述磁传感器中的一个或多个何时处于故障或不可操作，以及基于从每个磁传感器供应的所述连续模拟输出电压确定所述磁体与所述磁传感器之间的所述间隙何时已经增大或减小超过阈值距离。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述磁体是双极磁体，并且布置成使得两个磁极都面向每个磁传感器。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述磁体是双极磁体，并且其中所述磁体和所述磁传感器布置成使得：
一个磁极面向第一磁传感器；
一个磁极面向第二磁传感器；以及
两个磁极都面向第三磁传感器。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述磁体包括彼此间隔分开的第一磁体和第二磁体，并且其中：
所述第一和第二磁体均为双极磁体；以及
所述第一和第二磁体布置成使得一个磁极面向每个磁传感器且一个磁极背离每个磁传感器。
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