CN106321819B - 位置传感器及位置感测系统 - Google Patents

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Abstract

一种位置传感器，用于感测变速器空挡位置和倒挡位置；所述变速器的换挡杆上固定设有磁铁；所述位置传感器包括：两路空挡感测线路，每路空挡感测线路各设有一个感应单元，两个感应单元同步感测所述磁铁的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为空挡位置信号，另一路信号为空挡位置冗余信号；两路倒挡感测线路，每路倒挡感测线路设有一个感应单元，两个感应单元同步感测所述磁铁的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为倒挡位置信号，另一路为倒挡位置冗余信号。本发明通过比较器对两路互补信号进行比较判断产生状态信号，同时通过控制线路接收空挡位置状态信号、空挡位置冗余状态信号、倒挡位置状态信号和倒挡位置冗余状态信号对位置传感器的故障进行诊断，达到故障诊断的目的。

Description

位置传感器及位置感测系统
技术领域
本发明涉及位置感测领域，特别涉及一种汽车变速器挡位检测传感器。
背景技术
位置传感器有已经广泛的应用于各个工业领域，例如汽车控制系统。由于在起停系统中需要判断空挡和倒挡位置来使TCU判断当前状态时发动机熄火还是运作同时是处于前进还是倒挡，所以需要相关的空挡位置传感器和倒挡位置传感器。这些传感器安装于变速箱壳体外侧，并将感测磁铁安装于换挡杆上，通过换挡杆在入挡时转动和选挡时的直线移动带动磁铁，来使传感器感测挡位。
现有技术中，对传感器的设置多采用分离式布局，即将空挡位置检测和倒挡位置检测用两个独立的传感器实现，空挡位置传感器位于整个换挡范围的中央，对所有挡位均有磁场感测，当且仅当进入空挡时开关才被触发；倒挡维持传感器位于倒挡附近，当且仅当进入倒挡是开关才被触发。空挡和倒挡位置传感器一般都没有冗余设计，这样会导致几个问题出现：客户端变速箱需要开辟两个区域用了装配两种传感器，且换挡杆上也需要留出两块磁铁的安装位置；由于系统需要同时采集两个触感器的信号来判断挡位，如果没有冗余设计，当任何一个位置传感器信号发生错误时，系统无法正常判断，导致整车故障。
发明内容
本发明欲解决以上技术问题，其目的之一提供一种位置传感器，具体的：
一种位置传感器，用于感测变速器空挡位置和倒挡位置；所述变速器的换挡杆上固定设有磁铁，所述位置传感器包括：
两路空挡感测线路，每路空挡感测线路设有一个感应单元，两个感应单元同步感测所述磁铁的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为空挡位置信号，另一路信号为空挡位置冗余信号；
两路倒挡感测线路，每路倒挡感测线路设有一个感应单元，两个感应单元同步感测所述磁铁的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为倒挡位置信号，另一路为倒挡位置冗余信号。
如前文所述的位置传感器，还包括：
与两路空挡感测线路的输出相连的第一比较器，用于比较空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)，当空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)正常时则同时输出正常的空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；当空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)中至少一个异常时则输出异常的空挡位置状态信号(NPS’)和/或空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；
与两路倒挡感测线路的输出相连的第二比较器，用于比较倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)，当倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)正常时则同时输出正常的倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)；当倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)中至少一个异常时则输出异常的倒挡位置状态信号(RPS’)和/或倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)。
如前文所述的位置传感器，每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断对应的处理器(106、108)是否供电电压过低，当处理器(106、108)供电电压过低时，对应的比较器(110、112)进行欠压诊断，并发出电源失压信号或电源输入故障信号。
如前文所述的位置传感器，每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是否电流过大；当位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)电流过大时，对应的比较器(110、112)进行短路诊断，并发出短路信号。
如前文所述的位置传感器，每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是否磁场饱和，当位置信号(NPS、NPSK、RPS、RPSK)是磁场饱和时，对应的比较器(110、112)进行内部算法错误诊断，并发出磁铁丢失信号。
如前文所述的位置传感器，每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是否丢磁；当位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是丢磁时，对应的比较器(110、112)进行丢磁诊断，并发出磁铁丢失信号。
如前文所述的位置传感器，还包括：
控制线路，所述控制线路接收从所述第一比较器输出的空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；所述控制线路还接收从所述第二比较器输出的倒挡位置信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)；
所述控制线路基于空挡位置状态信号(NPS’)、空挡位置冗余状态信号(NPSK’)、倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)四路状态信号，产生并输出控制信号。
如前文所述的位置传感器，所述控制线路对所述四路状态信号进行整体判断，并指示同时出现空挡位置信号(NPS)和倒挡位置信号(RPS)的状态。
如前文所述的位置传感器，当四路状态信号中某一路信号为始终高电平H而其他三路信号为正常状态时，所述控制线路判断位置传感器的故障状态为该路高电平信号的电源输入或输出电路短路或者该路位置信号丢失。
如前文所述的位置传感器，当四路状态信号中某一路信号为始终低电平L而其他三路为正常状态时，所胡控制线路判断位置传感器(100)的故障状态为该始终路低电平信号的接地线路或输出电路短路。
如前文所述的位置传感器，当四路状态信号全部为始终低电平L信号时，所述控制线路判断位置传感器的故障状态为四路状态信号的电源输入和接地电路短路、电源失压、磁铁丢失或电源输入故障。
如前文所述的位置传感器，四路状态信号中，当空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)同时为始终低电平L信号，其他两路状态信号正常，则所述控制线路判断空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)的输出电路短路；当倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)同时为始终低电平L信号，其他两路状态信号正常，则所述控制线路判断倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’的输出电路短路。
如前文所述的位置传感器，四路状态信号中，当空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)两路信号中的一路为始终低电平L或始终高电平H信号，另一路信号正常状态，同时倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)两路信号中的一路为始终低电平L或始终高电平H信号，另一路正常功能，则所述控制线路判断该始终低电平L或始终高电平H信号的两路信号输出电路短路。
如前文所述的位置传感器，所述控制线路从空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)两路信号中，或从倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)两路信号中，选择正常状态的信号作为控制信号来指示运行或跛脚运行。
如前文所述的位置传感器，所述两路空挡感测线路各设有两个独立3D霍尔感应器，分别用于产生所述空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)，形成一组互补信号对；
所述两路倒挡感测线路各设有两个独立3D霍尔感应器，分别用于产生所述倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)，形成一组互补信号对。
如前文所述的位置传感器，所述两路空挡感测线路中的两个感应单元位于整个换挡范围的中央，对所有挡位均有磁场感应；
当且仅当换挡杆进入空挡范围时，所述两路空挡感测线路中的两个感应单元发出空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)。
如前文所述的位置传感器，所述位置传感器为一体件。
如前文所述的位置传感器，所述两路空挡感测线路相互独立；所述两路倒挡感测线路相互独立。
如前文所述的位置传感器，所述位置传感器为汽车变速器的挡位检测传感器。
本发明的目的之二是提供一种位置感测系统，具体包括：
一种位置感测系统，包括：如前文所述的位置传感器，以及固定设置在变速器换挡杆上的磁铁；所述空挡感测线路中的感应单元位于整个换挡范围的中央，对所有挡位均有磁场感应。
如前文所述的位置感测系统，所述磁铁为一体件。
本发明的位置传感器及位置感测系统采用4个独立的感应单元、两路空挡感测线路和两路倒挡感测线路探测目标挡位：两路空挡感测线路形成互补信号对，两路倒挡感测线路形成另一路互补信号对，形成了互补冗余的两路信号，增强了感测线路的可靠性；通过比较器对两路互补信号进行比较判断产生状态信号，同时通过控制线路接收空挡位置状态信号、空挡位置冗余状态信号、倒挡位置状态信号和倒挡位置冗余状态信号对位置传感器的故障进行诊断，达到故障诊断的目的。
附图说明
图1为本发明位置传感器的结构示意图。
图2A为本发明位置传感器的工作示意图。
图2B为本发明空挡位置(冗余)状态信号产生机制示意图。
图2C为本发明倒挡位置(冗余)状态信号产生机制示意图。
图3为本发明比较器的工作流程图。
图4为本发明位置传感器带有控制线路的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考构成本说明书一部分的附图对本发明的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本发明中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本发明的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。在可能的情况下，本发明中使用的相同或者相类似的附图标记指的是相同的部件。
图1为本发明位置传感器的结构示意图。
如图1所示，一种位置传感器100，用于感测变速器换挡杆107的空挡位置和倒挡位置。变速器的换挡杆107上固定设有磁铁105，磁铁105随着换挡杆107的运动而运动，包括旋转和直线运动。位置传感器100感测磁铁105的运动即反映感测换挡杆107的运动。
位置传感器100包括：两路空挡感测线路121和122，每路空挡感测线路121、122分别设有一个感应单元101和102，两个感应单元101和102同步感测磁铁105的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为空挡位置信号NPS，另一路信号为空挡位置冗余信号NPSK。
还两路倒挡感测线路123和124，每路倒挡感测线路123和124都分别设有一个感应单元103和104，两个感应单元103和104同步感测所述磁铁105的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为倒挡位置信号RPS，另一路为倒挡位置冗余信号RPSK。
在根据本发明的一个实施例中，位置传感器100包括两路空挡感测线路，即：第一空挡感测线路121和第二空挡感测线路122，和两路倒挡感测线路，即：第一倒挡感测线路123和第二倒挡感测线路124。两路空挡感测线路121和122相互独立，两路倒挡感测线路123和124也是独立工作。
位置传感器100还包括四个感应单元，作为实施例，四个感应单元分别为第一霍尔感应器101、第二霍尔感应器102、第三霍尔感应器103和第四霍尔感应器104。第一霍尔感应器101和第二霍尔感应器102分别设置在第一空挡感测线路121和第二空挡感测线路122中；第三霍尔感应器103和第四霍尔感应器104分别设置在第一倒挡感测线路123和第二倒挡感测线路124中。两路空挡感测线路121和122上设有第一处理器106；两路倒挡感测线路上设有第二处理器108。第一处理器106和第二处理器108内集成有模数转换模块等用于信号处理的功能模块。位置传感器100为一体件。
当磁铁105随着换挡杆107在变速箱内运动(转动、直线运动或其他运动)时，磁铁105在位置传感器100处产生的磁场(或磁通)发生相应变化。位置传感器100中的四个感应单元101–104可感测到磁铁105的磁场(或磁通)的变化，在特定时间拾取相应的数据从而产生用于指示换挡杆107位置的信号。
图2A为本发明位置传感器的工作示意图。
如图2A所示，汽车变速箱包括倒挡R挡、前进挡1、2、3、4、5、6挡以及空挡N挡一共8个挡位，其中空挡N挡在中间，R、1、3、5挡在空挡一侧，2、4、6挡在空挡另一侧且与1、3、5挡对齐。换挡杆107在各挡位之间沿图中211所示的线路做运动，在平面上可以分解为沿A箭头方向的来回运动和B箭头方向的来回运动。位置传感器100感测换挡杆107沿A箭头方向的运动是一直处于空档位置，将只产生空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK，最终产生空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’；感测换挡杆107沿B箭头方向的来回运动，经过空档位置时最终产生空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’，经过倒档位置时最终产生倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’。
图2B为本发明空挡位置(冗余)状态信号产生机制示意图。
具体的，如图2B所示，竖坐标X和X’表示换挡杆107的位移，横坐标Y表示输出信号的电平V，图中折线201表示空挡位置状态信号NPS’，折线202表示空挡位置状态冗余信号NPSK’。因为第一霍尔感应器101与第二霍尔感应器102是从两个角度独立感测换挡杆107上的磁铁105的，所以相应的第一空挡感测线路121和第二空挡感测线路122产生的信号电平也是不同的。图中阴影部分231、232表示换挡杆107在空挡位置。当换挡杆107在上侧挡位、空挡位置和下侧挡位之间做与B箭头方向的来回运动时，第一空挡感测线路121和第二空挡感测线路122产生分别产生表示空挡的高低电平信号。空挡位置状态信号NPS’201，在非空挡位置为低电平L，在阴影部分231、232的空挡位置为高电平H；空挡位置冗余状态信号NPSK’202，在非空挡位置为高电平H，在阴影部分231、232的空挡位置为低电平L。
图2C为本发明倒挡位置(冗余)状态信号产生机制示意图。
如图2C所示，横坐标X和X’表示换挡杆107的位移，竖坐标Y表示输出信号的电平V，图中折线203表示倒挡位置状态信号RPS’，折线204表示倒挡位置冗余状态信号RPSK’。因为第三霍尔感应器103与第四霍尔感应器104是从两个角度独立感测换挡杆107上的磁铁105的，所以相应的第一倒挡感测线路123和第二倒挡感测线路124产生的信号电平也是不同的。图中阴影部分234表示换挡杆107在倒档位置。当换挡杆107在倒档位置和空挡位置之间做与B箭头方向的来回运动时，第一倒挡感测线路123和第二倒挡感测线路124产生分别产生表示倒挡的高低电平信号：倒档位置状态信号RPS’203，在非倒档位置为低电平L，在阴影部分234的倒档位置为高电平H；倒挡位置冗余状态信号NPSK’204，在非倒档位置为高电平H，在阴影部分234的倒档位置为低电平L。
事实上：两路空挡感测线路中的两个空挡感应单元(如：第一霍尔感应器101、第二霍尔感应器102)位于整个换挡范围的中央，对所有挡位均有磁场感应。在该两个空挡感应单元正常工作时，当且仅当换挡杆进入空挡范围时，该两个空挡感测线路发出空挡位置状态信号NPS’和空挡位置状态冗余信号NPSK’。
在产生状态信号之前，第一霍尔感应器101和第二霍尔感应器102相互独立的感测磁铁105的运动产生的反映空挡位置的模拟信号传输给第一处理器106，经第一处理器106处理转化成电压信号或PWM信号输出，即空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK。在根据本发明的一个优选实施例中，两路独立的空挡感测线路中的空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK形成一组互补信号对。冗余互补的两路信号可构成状态诊断。第三霍尔感应器103和第四霍尔感应器104相互独立的感测磁铁105的运动产生的反映倒挡位置的模拟信号传输给第二处理器108，经第二处理器108处理转化成电压信号(或PWM信号输出)，即倒挡位置信号RPS和倒挡位置冗余信号RPSK。在根据本发明的一个优选实施例中，两路独立的倒挡感测线路中的倒挡位置信号RPS和倒挡位置冗余信号RPSK形成一组互补信号对。冗余互补的两路信号构成状态诊断。
其中，第一处理器106和第二处理器108处理信号的具体方法引用申请号为201420562060.8的中国实用新型中处理器处理信号的方法。
图3为本发明比较器的工作流程图。
又如图1所示，位置传感器100还包括比较器。例如，两路空挡感测线路上设有第一比较器110；两路倒挡感测线路上设有第二比较器112。在根据本发明的一个实施例中，第一比较器110与第一处理器106的输出端相连接。第一处理器106在接收并处理第一霍尔感应器101和第二霍尔感应器102感测输出的电压形式的空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK之后，将处理结果发送给第一比较器110。第一比较器110比较空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK，并产生空挡位置状态状态信号，如空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’。当空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK正常时则第一比较器110正常输出空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’；异常时，第一比较器110则同时输出异常的空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；
在根据本发明的又一个实施例中，第二比较器112与第二处理器108的输出端相连接。第二处理器108在接收并处理第三霍尔感应器103和第四霍尔感应器104的感测输出的电压形式的倒挡位置信号RPS和倒挡位置冗余信号RPSK之后，将处理结果发送给第二比较器112。第二比较器112比较倒挡位置信号RPS和倒挡位置冗余信号RPSK，并产生倒挡位置状态信号，如倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’，具体的，当第二比较器112判断到比较倒挡位置信号RPS和倒挡位置冗余信号RPSK正常时，第二比较器112正常输出倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’；当第二比较器112判断到比较倒挡位置信号RPS和倒挡位置冗余信号RPSK异常时则同时输出异常的倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)。
比较器(即第一比较器110和第二比较器112)对位置信号进行诊断，当比较器(110、112)判断处理器(106、108)供电电压过低时，进入欠压诊断模式，比较器(110、112)发出电源失压信号、电源输入故障信号或电源故障信号。
比较器(110、112)对位置信号进行诊断，当判断位置信号输出端口(NPS'、NPSK'、RPS’、RPSK’)电流过大时，进入短路诊断模式，比较器(110、112)发出短路信号。(To David:对应什么信号？)
比较器(110、112)对原始磁场信号(NPS、NPSK、RPS、RPSK)进行诊断，当判断原始磁场信号(NPS、NPSK、RPS、RPSK)是饱和时，则进入内部算法错误诊断模式，比较器(110、112)发出磁铁丢失信号。
比较器(110、112)对原始磁场信号(NPS、NPSK、RPS、RPSK)进行诊断，但判断原始磁场信号(NPS、NPSK、RPS、RPSK)是丢磁时，则进入丢磁诊断模式，比较器(110、112)发出磁铁丢失信号。
具体诊断步骤如图3所示，以第一比较器110处理空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK为例进行说明，第二比较器112的处理方式阈值相同，不再赘述。具体的：
步骤350：位置信号输入，即第一比较器110接收空挡位置信号NPS和空挡位置冗余信号NPSK；
步骤351：第一比较器110判断第一处理器DSP 106是否供电电压过低，若是，则步骤352；若否，则步骤353；
步骤352：进入欠压诊断模式，第一比较器110发出欠压信号；
步骤353：第一比较器110判断状态信号输出端口NPS',NPSK'电流是否过大，若是，则步骤354，若否，则步骤355；
步骤354：进入短路诊断模式，第一比较器110发出短路信号；
步骤355：第一比较器110判断原始磁场信号NPS,NPSK是否饱和，若是，则步骤356；若否，则步骤357；
步骤356：进入内部算法错误诊断模式，第一比较器110发出内部算法错误信号；
步骤357：第一比较器110判断原始磁场信号NPS,NPSK是否丢磁，若是，则步骤358；若否，则步骤359；
步骤358：进入丢磁诊断模式，第一比较器110发出丢磁信号；
步骤359，输出状态信号，即输出正常的空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’。
需要说明的是：上述欠压信号、短路信号、内部算法错误信号、丢磁信号等异常信号都是以不同占空比的PWM信号表示的，比如以5％占空比的PWM信号来表示，而正常的状态信号则以高低电平来表示。
图4为本发明位置传感器带有控制线路的结构示意图。
位置传感器100还可包括控制线路415，控制线路415连接第一比较器110和第二比较器112的输出。在如图4中所示的一个实施例中，控制线路415接收第一比较器110发出的空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’，和第二比较器112发出的倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’，以及第一比较器110和第二比较器112发出的丢磁诊断、CRC诊断等信号。控制线路415对接收到的空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’，对位置传感器的状态100进行故障诊断。
具体诊断分析见表1：故障诊断状态表。
表1：故障诊断状态表
表1中的各种故障状态信号由两个比较器产生，空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’的不同状态输入给控制线路415。H为电压为始终高电平(异常信号)、L为电压为始终低电平(异常信号)，正常功能则为信号可以正常变化；Vsup为电源输入线路；GND为接地线路；Output为输出信号。
从表1中可以看出，对应不同的故障原因，第一比较器110和第二比较器112会产生空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’的不同的输出状态，如：L或H。根据四路状态信号不同的输出状态可以判断位置传感器100的故障原因，达到诊断的目的。
具体的：1)空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’四路信号中，当某一路信号始终为高电平H而其他三路为正常功能时，则控制线路415判断位置传感器100的故障状态为该路高电平信号的电源输入或输出电路短路或者该路位置信号丢失，例如表1中第2、3、4、5、20、21、22、23八种故障情形。
2)空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’四路信号中，当某一路信号为始终低电平L而其他三路为正常信号时，控制线路415判断位置传感器100的故障状态为该路低电平信号的的接地线路或输出电路短路，例如表1中第6、7、8、9四种故障情形。
3)当空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’四路信号全部为始终低电平L信号时，控制线路415判断位置传感器100的故障状态为四路信号的电源输入和接地电路短路、电源失压、磁铁丢失或电源输入故障，例如表1中第1、16、17、18四种故障情形。
4)空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’，倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’四路信号中，当空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’同时为始终低电平L信号，则判断空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’的输出电路短路；当倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’同时为始终低电平L信号，则判断倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’的输出电路短路，例如表1中第10、11两种故障状态分别表示的情形。
5)空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’，倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’四路信号中，当空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’两路信号中的一路为始终低电平L或始终高电平H信号(另一路正常功能)，同时倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’两路信号中的一路为始终低电平L或始终高电平H信号(另一路正常功能)，则判断该始终低电平L或始终高电平H信号的两路信号输出电路短路，例如表1中第12、13、14、15四种故障状态分别表示的情形。
此外，在本发明的又一个实施例中，控制线路415还可对来自的第一比较器110和第二比较器112四路信号(即：空挡位置状态信号NPS’、空挡位置冗余状态信号NPSK’、倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’)整体进行正确性判断。例如，当空挡位置状态信号NPS’和空挡位置冗余状态信号NPSK’均指示当前位置处于空挡，而倒挡位置状态信号RPS’和倒挡位置冗余状态信号RPSK’均指示当前位置处于倒挡时，第一比较器110和第二比较器112分别输出“正常功能”的四路状态信号。此时，控制线路415仍会对该四路状态信号进行整体判断，并输出相应诊断信号提示系统端当前异常状态，即同时出现空挡位置信号NPS和倒挡位置信号RPS的错误。
位置传感器100出现故障上述故障时，控制线路415判断故障类型，并向操控者发出相应的警示，或者选择正常功能状态的信号来操控汽车指示运行或跛脚运行。控制线路415集成在汽车控制芯片TCU中。
尽管参考附图中出示的具体实施方式将对本发明进行描述，但是应当理解，在不背离本发明教导的精神和范围和背景下，本发明的位置传感器可以有许多变化形式。本领域技术普通技术人员还将意识到有不同的方式来改变本发明所公开的实施例中的参数，例如尺寸、形状、或元件或材料的类型，均落入本发明权利要求的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种位置传感器(100)，用于感测变速器空挡位置和倒挡位置；所述变速器的换挡杆(107)上固定设有磁铁(105)；其特征在于，所述位置传感器(100)包括：
两路空挡感测线路，每路空挡感测线路设有一个感应单元，两个感应单元同步感测所述磁铁(105)的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为空挡位置信号(NPS)，另一路信号为空挡位置冗余信号(NPSK)；
两路倒挡感测线路，每路倒挡感测线路设有一个感应单元，两个感应单元同步感测所述磁铁(105)的运动，并分别产生两路信号，其中一路信号为倒挡位置信号(RPS)，另一路为倒挡位置冗余信号(RPSK)；
所述位置传感器(100)还包括：
与两路空挡感测线路的输出相连的第一比较器(110)，用于比较空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)，当空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)正常时则同时输出正常的空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；当空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)中至少一个异常时则输出异常的空挡位置状态信号(NPS’)和/或空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；
与两路倒挡感测线路的输出相连的第二比较器(112)，用于比较倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)，当倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)正常时则同时输出正常的倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)；当倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)中至少一个异常时则输出异常的倒挡位置状态信号(RPS’)和/或倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)。
2.如权利要求1所述的位置传感器(100)，其特征在于：
每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号进行诊断，判断对应的处理器(106、108)是否供电电压过低，当处理器(106、108)供电电压过低时，对应的比较器(110、112)进行欠压诊断，并发出电源失压信号或电源输入故障信号。
3.如权利要求2所述的位置传感器(100)，其特征在于：
每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是否电流过大；当位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)电流过大时，对应的比较器(110、112)进行短路诊断，并发出短路信号。
4.如权利要求3所述的位置传感器(100)，其特征在于：
每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是否磁场饱和，当位置信号(NPS、NPSK、RPS、RPSK)是磁场饱和时，对应的比较器(110、112)进行内部算法错误诊断，并发出磁铁丢失信号。
5.如权利要求4所述的位置传感器(100)，其特征在于：
每个所述比较器(110、112)对相应的位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)进行诊断，判断位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是否丢磁；当位置信号(NPS,NPSK,RPS,RPSK)是丢磁时，对应的比较器(110、112)进行丢磁诊断，并发出磁铁丢失信号。
6.如权利要求1-5任一权利要求所述的位置传感器(100)，其特征在于，还包括：
控制线路(415)，所述控制线路(415)接收从所述第一比较器(110)输出的空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)；所述控制线路(415)还接收从所述第二比较器(112)输出的倒挡位置信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)；
所述控制线路(415)基于空挡位置状态信号(NPS’)、空挡位置冗余状态信号(NPSK’)、倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)四路状态信号，产生并输出控制信号。
7.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述控制线路(415)对所述四路状态信号进行整体判断，并指示同时出现空挡位置信号(NPS)和倒挡位置信号(RPS)的状态。
8.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
当四路状态信号中某一路信号为始终高电平H而其他三路信号为正常状态时，所述控制线路(415)判断位置传感器(100)的故障状态为该路始终高电平H信号的电源输入或输出电路短路或者该路位置信号丢失。
9.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
当四路状态信号中某一路信号为始终低电平L而其他三路为正常状态时，所述控制线路(415)判断位置传感器(100)的故障状态为该路始终低电平L信号的接地线路或输出电路短路。
10.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
当四路状态信号全部为始终低电平L信号时，所述控制线路(415)判断位置传感器(100)的故障状态为四路状态信号的电源输入和接地电路短路、电源失压、磁铁丢失或电源输入故障。
11.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
四路状态信号中，当空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)同时为始终低电平L信号，其他两路状态信号正常，则所述控制线路(415)判断空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)的输出电路短路；当倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)同时为始终低电平L信号，其他两路状态信号正常，则所述控制线路(415)判断倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)的输出电路短路。
12.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
四路状态信号中，当空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)两路信号中的一路为始终低电平L或始终高电平H信号，另一路信号正常状态，同时倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)两路信号中的一路为始终低电平L或始终高电平H信号，另一路正常功能，则所述控制线路(415)判断该始终低电平L或始终高电平H信号的两路信号输出电路短路。
13.如权利要求6所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述控制线路(415)从空挡位置状态信号(NPS’)和空挡位置冗余状态信号(NPSK’)两路信号中，或从倒挡位置状态信号(RPS’)和倒挡位置冗余状态信号(RPSK’)两路信号中，选择正常状态的信号作为控制信号来指示运行或跛脚运行。
14.如权利要求1所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述两路空挡感测线路各设有两个独立3D霍尔感应器，分别用于产生所述空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)，形成一组互补信号对；
所述两路倒挡感测线路各设有两个独立3D霍尔感应器，分别用于产生所述倒挡位置信号(RPS)和倒挡位置冗余信号(RPSK)，形成一组互补信号对。
15.如权利要求1所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述两路空挡感测线路中的两个感应单元位于整个换挡范围的中央，对所有挡位均有磁场感应；
当且仅当换挡杆(107)进入空挡范围时，所述两路空挡感测线路中的两个感应单元发出空挡位置信号(NPS)和空挡位置冗余信号(NPSK)。
16.如权利要求1所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述位置传感器(100)为一体件。
17.如权利要求1所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述两路空挡感测线路相互独立；
所述两路倒挡感测线路相互独立。
18.如权利要求1所述的位置传感器(100)，其特征在于：
所述位置传感器(100)为汽车变速器的挡位检测传感器。
19.一种位置感测系统，其特征在于包括：如权利要求1至18中任一项权利要求所述的位置传感器(100)，以及固定设置在变速器换挡杆(107)上的磁铁(105)；所述空挡感测线路中的感应单元位于整个换挡范围的中央，对所有挡位均有磁场感应。
20.如权利要求19所述的位置感测系统，其特征在于：所述磁铁(105)为一体件。
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