CN106353526A - 双线路霍尔效应传感器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种双线路霍尔效应传感器。一种改进的双线路霍尔效应速度传感器包括两个单独的电压调节电路。电压调节电路、霍尔片、信号处理电路和输出级在专用集成电路(ASIC)上被实现。所述ASIC除了包括供电端子和返回端子之外，还包括中间端子。两个电压调节电路可得到电容器的辅助，一个电容器在供电端子和返回端子之间，另一个电容器在中间端子和返回端子之间。速度传感器电路适合于使用非缠绕线路，所述速度传感器电路能够使用针对多个传感器的共用供电线路，因此，减少了控制器上和连接器上所需的端子的数量。

Description

双线路霍尔效应传感器

技术领域

本公开涉及磁性速度传感器领域。更具体地，本公开涉及在汽车变速器中用作速度传感器的改进的霍尔效应传感器电路。

背景技术

很多车辆在很宽的车辆速度范围内使用，所述很宽的车辆速度范围包括向前运动和向后运动两者。然而，一些类型的发动机仅能在较窄的速度范围内有效运行。因此，能够以各种传动比有效地传输动力的变速器被频繁地使用。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比运行，使得变速器增大发动机扭矩以改善加速度。在高车速下，以低传动比运行的变速器允许与平稳、节省燃料的巡航相关的发动机速度。

离散传动比变速器能够通过多个动力流动路径传输动力，其中，每个动力流动路径与不同的传动比相关。特定的动力流动路径通过接合特定的换挡元件(诸如，离合器或制动器)而被建立。从一个齿轮比换挡到另一个齿轮比涉及哪个换挡元件被接合。在自动离散传动比变速器中，控制器确定哪条动力流动路径应被启用，并通过控制每个换挡元件的扭矩容量来建立动力流动路径。控制器通常使用来自至少一个速度传感器的信号来确定何种传动比适合当前的状况。在传动比之间换挡期间，控制器通常必须测量换挡的进度，以便确定用于即将接合的换挡元件和即将分离的换挡元件的期望的扭矩容量。在换挡期间确定当前的传动比需要来自至少两个不同的速度传感器的信号。

图1示出了具有两个速度传感器的变速器控制系统的一部分。每个速度传感器产生信号，控制器10可从所述信号中确定变速器中的特定轴的速度。例如，速度传感器12可与涡轮轴相关，速度传感器14可与输出轴相关。转速脉冲轮(tone wheel)被固定到轴上。转速脉冲轮具有感测元件穿过的多个齿。磁场被建立在霍尔传感器中，使得当齿与霍尔感测元件邻近时磁通量的大小相对较高，而当齿之间的间隙与感测元件邻近时磁通量的大小相对较低。根据霍尔传感器的设计，单个霍尔元件可用于基于由磁场产生的霍尔电压的信号处理。更多的时候，使用霍尔单元组，霍尔单元电压响应之间的电压差可被测量并用于提高感测能力。

控制器10通过供电线路16和返回线路18与速度传感器12交互。控制器10建立供电线路16和返回线路18之间的电压差。速度传感器12具有电路，使得供电线路和返回线路上的电流根据感测元件上的磁通量而变化。通常，信号是二进制的，使得当磁通量低于阈值时电流处于低水平，并且当磁通量超过阈值时电流处于高水平。通过记录在电流水平变化之间过去的时间量，控制器可计算轴的速度，并在一些情况下计算轴的方向。类似地，控制器10通过供电线路20和返回线路22与速度传感器14交互，以确定第二轴的速度。各种类型的电磁干扰作用在控制器和速度传感器之间的线路上，电磁干扰可使得在线路的速度传感器端子供应的电压与同一线路的控制器端子上的电压不同。然而，通过将对应的供电线路和返回线路在其长度的大部分上缠绕，干扰源对每个线路的影响几乎是等同的，使得线路之间的电压差沿其长度上保持接近常量。

图2示意性地示出了适合于图1的速度传感器12或速度传感器14的传感器电路。所述电路的大部分使用专用集成电路(ASIC)24来实现。ASIC 24具有连接到供电线路的供电端子26和连接到返回线路的返回端子28。感测元件是被放置于将被感测的磁场中的一个或更多个霍尔片30的集合。电流从32至34流经每个霍尔片。电流的大小由电压差来确定。霍尔片在输出端口36产生电压，所述电压取决于磁通量和电流的大小。由于目标是测量磁通量，所以通过精确地控制霍尔片两端的电压来精确地控制电流是很重要的。尽管线路将进行缠绕有助于限制由于干扰所引起的电压波动，但是传感器上的另外的电压调节可被用于运行的一致性。在典型的实施方式中，电容器38可被放置在供电端子26和返回端子28之间。该电容器用于使电压波动平稳并且保护ASIC免受异常的尖峰电压。为了方便针对不同的应用改变电容并且由于大的电容器通常难以实现在硅基底上，电容器38在ASIC 24外部。电压调节电路40动态地控制操作霍尔片和信号处理电路所需的供应电压。该电压电平是电势32和返回端子28之间的差。信号处理电路42在连接44上产生电压输出，所述连接44随后操作输出级46。具体地，对于二进制传感器，传感器汲取持续的电流，所述持续的电流是电压调节器、信号处理块以及用于操作霍尔片的电流的操作函数。当输出级被驱动以提供电流消耗上的变化时，输出级随后汲取一定量的额外电流，所述变化比其它电流源上的变化性高得多，使得控制器10能够容易地从噪声中分辨出真实的信号变化。

发明内容

根据一个实施例的双线路霍尔效应速度传感器包括供电端子(supplyterminal)、返回端子(return terminal)、中间端子(intermediate terminal)、第一电压调节电路和第二电压调节电路、霍尔片以及信号处理和输出级电路。所述第一电压调节电路调节所述中间端子和所述返回端子之间的电压差。所述霍尔片具有供电端口、电连接至所述返回端子的返回端口以及输出端口。所述输出端口的电压对磁场作出响应。第二电压调节电路调节所述霍尔片的供电端口和所述返回端子之间的电压差。信号处理和输出级电路响应于所述霍尔片的输出端口的电压的变化而改变从所述供电端子至所述返回端子的电流。例如，当所述霍尔片的输出电压超过阈值时将所述电流设置为第一水平，并且当所述霍尔片的输出电压低于阈值时将所述电流设置为第二水平。所述速度传感器还可包括跨接在所述中间端子和所述返回端子之间的电容器和/或齐纳二极管，以帮助所述第一电压调节电路保持目标电压。所述速度传感器可包括跨接在所述供电端子和所述返回端子之间的电容器。

根据另一实施例的霍尔效应传感器包括霍尔效应集成电路，所述霍尔效应集成电路具有供电端子、中间端子和返回端子、跨接在所述供电端子和所述返回端子之间的电容器、跨接在所述中间端子和所述返回端子之间的另一电容器。所述速度传感器还可包括跨接在所述中间端子和所述返回端子之间的齐纳二极管。

一种变速器包括控制器和两个霍尔效应集成电路，每个霍尔效应集成电路具有供电端子、返回端子和中间端子。电容器跨接在每个霍尔效应集成电路的中间端子和返回端子之间。每个霍尔效应集成电路的供电端子连接至所述控制器的共用供电端子。每个霍尔效应集成电路的返回端子连接至所述控制器的单独的速度传感器端子。电容器还可跨接在一个或两个霍尔效应集成电路的供电端子和返回端子之间。齐纳二极管可跨接在一个或两个霍尔效应集成电路的中间端子和返回端子之间。每个霍尔效应集成电路可被配置为对固定到输入轴、输出轴或中间轴的转速脉冲轮的位置作出响应。

根据本发明，提供一种变速器，所述变速器包括：第一霍尔效应集成电路(HEIC)和第二HEIC，每个HEIC具有供电端子、返回端子和中间端子；第一电容器和第二电容器，第一电容器跨接在第一HEIC的中间端子和返回端子之间，第二电容器跨接在第二HEIC的中间端子和返回端子之间；控制器，具有连接至第一HEIC的供电端子和第二HEIC的供电端子两者的共用供电端子，并具有连接至第一HEIC的返回端子的第一速度传感器端子以及连接至第二HEIC的返回端子的第二速度传感器端子。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括第三电容器，所述第三电容器跨接在第一HEIC的供电端子和返回端子之间。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括第四电容器，所述第四电容器跨接在第二HEIC的供电端子和返回端子之间。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括第一齐纳二极管，所述第一齐纳二极管跨接在第一HEIC的中间端子和返回端子之间。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括第二齐纳二极管，所述第二齐纳二极管跨接在第二HEIC的中间端子和返回端子之间。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括用于与中间轴一起旋转而被固定的第一转速脉冲轮，其中，所述第一霍尔效应集成电路被配置为：响应于所述第一转速脉冲轮的位置，调节所述第一速度传感器端子的电流。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括用于与输入轴一起旋转而被固定的第二转速脉冲轮，其中，所述第二霍尔效应集成电路被配置为：响应于所述第二转速脉冲轮的位置，调节所述第二速度传感器端子的电流。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括用于与输出轴一起旋转而被固定的第二转速脉冲轮，其中，所述第二霍尔效应集成电路被配置为：响应于所述第二转速脉冲轮的位置，调节所述第二速度传感器端子的电流。

附图说明

图1是使用缠绕的线路对的第一变速器速度传感器电路。

图2是适合于在图1的变速器速度传感器电路中使用的第一霍尔效应传感器电路。

图3是使用控制器上的共用供电端子的第二变速器速度传感器电路。

图4是适合于在图3的变速器速度传感器电路中使用的第二霍尔效应传感器电路。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征进行组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

为了提高燃料经济性和性能，离散传动比变速器中的不同传动比的数量已在增加。其结果是，更常见的是安排直接多阶梯比换挡。通常，这种换挡可涉及多个即将分离的换挡元件和多个即将接合的换挡元件。在这种换挡期间，可期望确定每个换挡元件上的打滑速度。由于自由度数量的增加，关于输出速度和输入速度的信息不足以计算所有这些打滑速度。因此，安装额外的速度传感器是有利的，所述额外的速度传感器允许控制器确定除了输入轴和输出轴之外的轴的速度。哪些额外的轴的速度必须被测量在可能的换挡中是变化的，因此，必须安装多个额外的速度传感器。使用如图1中所示的缠绕的线路对针对N个速度传感器需要2×N个控制器端子。另外，变速器箱体外部和变速器箱体内部之间的任何连接器必须提供2×N个连接。

图3示出了具有两个速度传感器的变速器控制系统的一部分。与图1的速度传感器类似，速度传感器12′和速度传感器14′产生基于转速脉冲轮的通道(passage)而变化的电流，所述转速脉冲轮产生变化的磁场。然而，在图3的布置中，两个速度传感器的供电端子被连接至从控制器10′引出的单个供电线路16′。这样减少了控制器上所需的管脚的数量，并且减少了变速器箱体外部和变速器箱体内部之间的连接器上所需的管脚的数量。具体地，对于N个速度传感器，需要N+1个管脚。控制器基于对返回线路18中的电流的测量来确定与传感器12′相关的轴的速度，并基于对返回线路22中的电流的测量来确定与传感器14′相关的轴的速度。可选地，可使用共用返回线路，并且控制器可测量单独的供电线路中的电流。由于按照图1缠绕线路是不切实际的，所以各种干扰源可对传感器的供电端子和返回端子之间的电压差产生影响，即使所述电压差在控制器端子被准确地设置。因此，可能有必要使传感器电路比图2的电路更稳健。

图4示意性地示出了适合于图3的速度传感器12′或速度传感器14′的传感器电路。与图2的传感器电路并无不同的组件使用相同的标号。相似但稍加修改的组件使用带有上撇号(′)的相同标号。增加电容器38的电容将有助于使供电端子26和返回端子28之间的电压波动最小化。然而，在38处的电容倾向于在输出级46的转换之后延迟线路18中的电流的响应。当线路18中的电流超过阈值时，控制器识别所述转换。如果延迟过多，则所述电流在下一次转换之前不能达到阈值，因此控制器将不能识别所述转换。霍尔效应集成电路(HEIC)24′除了具有供电端子26和返回端子28之外，霍尔效应集成电路24′还具有中间端子50。电压调节电路52将中间端子50和返回端子28之间的电压差动态地控制至预定的固定值，所述预定的固定值低于供电端子26和返回端子28之间的电压差。电容器54和齐纳二极管56(二者可与HEIC 24′物理地分离)帮助电压调节电路52将该电压保持在期望值。如上所述，电容器54防止该电压快速变化。由于电压调节器52将电容器54与输出级转换隔离开，所以电容器54可具有比电容器38高得多的电容，而不在电流响应中引起过多的延迟。齐纳二极管56阻止电流流动，直到电压差达到特性水平为止，并在电压差高于特性水平时允许电流流动。这样防止电压差超过特性水平。电容器54和齐纳二极管56可单独使用或组合使用。第二电压调节电路58将霍尔片的供电端口32和返回端子28之间的电压差控制至预定的固定值，所述预定的固定值低于中间端子50和返回端子28之间的电压差。在存在比图2的传感器电路更为严重的干扰的情况下，这种两级电压调节提供了足够的恒定电流通过霍尔片并流至信号处理电路42。

虽然以上描述了示例性实施例，但这些实施例并不意在描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各个实施例已经被描述为提供在其它实施例或现有技术实施方式之上的优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，根据特定应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (9)

1.一种双线路霍尔效应传感器，包括：

供电端子；

返回端子；

中间端子；

第一电压调节电路，被配置为：当所述供电端子和所述返回端子之间的电压差超过第一预定值时，将所述中间端子和所述返回端子之间的电压差调节至所述第一预定值；

霍尔片，具有供电端口、电连接至所述返回端子的返回端口以及输出端口；

第二电压调节电路，被配置为：当所述中间端子和所述返回端子之间的电压差超过第二预定值时，将所述霍尔片的供电端口和所述返回端子之间的电压差调节至所述第二预定值；

信号处理和输出级电路，被配置为：响应于所述霍尔片的输出端口和所述返回端子之间的电压差的变化，改变从所述供电端子至所述返回端子的电流。

2.如权利要求1所述的双线路霍尔效应传感器，还包括：第一电容器，跨接在所述中间端子和所述返回端子之间。

3.如权利要求2所述的双线路霍尔效应传感器，还包括：齐纳二极管，跨接在所述中间端子和所述返回端子之间。

4.如权利要求2所述的双线路霍尔效应传感器，还包括：第二电容器，跨接在所述供电端子和所述返回端子之间。

5.如权利要求1所述的双线路霍尔效应传感器，还包括：齐纳二极管，跨接在所述中间端子和所述返回端子之间。

6.如权利要求1所述的双线路霍尔效应传感器，其中，所述信号处理和输出级电路响应于所述霍尔片的输出端口和所述返回端子之间的电压差超过阈值而将所述电流设置为第一水平，并响应于所述霍尔片的输出端口和所述返回端子之间的电压差低于所述阈值而将所述电流设置为第二水平。

7.一种霍尔效应传感器，包括：

霍尔效应集成电路，具有供电端子、中间端子和返回端子，并被配置为提供两级电压调节；

第一电容器，跨接在所述供电端子和所述返回端子之间，以缓冲来自电磁干扰的横跨在所述供电端子和所述返回端子之间的电压，所述电磁干扰作用在将所述供电端子和所述返回端子连接至控制器的非缠绕线路上；

第二电容器，跨接在所述中间端子和所述返回端子之间，以缓冲横跨在所述中间端子和所述返回端子之间的电压。

8.如权利要求7所述的霍尔效应传感器，还包括：齐纳二极管，跨接在所述中间端子和所述返回端子之间，以进一步缓冲横跨在所述中间端子和所述返回端子之间的电压。

9.如权利要求7所述的霍尔效应传感器，其中，所述霍尔效应集成电路包括：

第一电压调节电路，被配置为：当所述供电端子和所述返回端子之间的电压差超过第一预定值时，将所述中间端子和所述返回端子之间的电压差的调节至所述第一预定值；

霍尔片，具有供电端口、电连接至所述返回端子的返回端口以及输出端口；

第二电压调节电路，被配置为：当所述中间端子和所述返回端子之间的电压差超过第二预定值时，将所述霍尔片的供电端口和所述返回端子之间的电压差调节至所述第二预定值；

信号处理和输出级电路，被配置为：响应于所述霍尔片的输出端口和所述返回端子之间的电压差的变化，改变从所述供电端子至所述返回端子的电流。