CN106556333A - 确定被测物体运动位置的方法和传感装置 - Google Patents
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Abstract
一种确定被测物体(转轴)上数个定位的方法和传感装置，用感测元件感测被测物体在运动时具有的多个定位，每一个定位对应于一个信号值，确定被测物体的本地定位和与其所对应的本地信号值；对应于被测物体的运动，传感装置感测并输出的变化的信号值，处理装置将感测到的信号值和本地信号值进行比较，用于判断被测物体是否到达后一个定位或前一个定位。本发明采用测量物体移动方向的方式来预判断下一个运动位置，通过测变化值来计算下一个位置而不是测每个位置的绝对值，这样可以避免机械公差、温度漂移、机械磨损等不可避免的因素导致感测出现的误差，使传感装置的测量准确度提高，达到高精度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及机动车变速系统，更具体的涉及感测变速器多个档位的定位方法及传感装置。
背景技术
位置传感装置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换档档位置来使TCU判断当前状态时发动机熄火还是运作同时是处于前进挡还是倒挡，所以需要相关的档位传感装置。这些传感装置安装于变速箱之上，并将感测磁铁安装于换档杆转轴上，通过换档杆转轴在入挡时转动和选当时的直线移动(或转动)带动磁铁，来使传感装置感测档位。
目前技术中，不管是多么高精度的工业设计和制造，都会因为部件加工误差、磁铁磁性衰减、安装工艺差异等造成一定的精度公差，以及温度漂移、机械磨损等不可避免的因素导致感测出现误差，使位置传感装置的测量准确度降低，无法达到高精度的要求。
发明内容
本发明解决以上问题，本发明的目的之一是提供一种确定转轴上数个定位的方法，具体的的技术方案如下：
一种确定被测物体(转轴)运动位置的方法，所述被测物体在运动时具有多个定位P(i)(i＝1，2，…，m)，所述多个定位顺序相邻，所述被测物体可以从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或向前一个定位P(i-1)运动，每一个定位P(i)对应于一个信号值N(i)(i＝1，2，…，m)，
所述方法包括如下步骤：
确定被测物体的本地定位P(i)与本地定位P(i)所对应的本地信号值N(i)；
被测物体从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)移动时，对应于被测物体的运动，感测并输出变化的信号值N；
将感测到的信号值N和本地信号值N(i)进行比较，用于判断被测物体是从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)运动还是从本地定位P(i)向前一个定位P(i-1)运动；
判断被测物体是否到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
如前文所述的方法，还包括如下步骤：
存储被测物体在每个定位P(i)的初始信号值N°(i)(i＝1，2，…，m)。
如前文所述的方法，包括如下步骤：
确认被测物体从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)运动后，将变化的信号值N与后一个定位P(i+1)对应的信号值N(i+1)进行比较，当变化的信号值N与信号值N(i+1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体到达后一个定位P(i+1)；或
确认被测物体从本地定位P(i)向前一个定位P(i-1)运动后，将变化的信号值N与前一个定位P(i-1)对应的信号值N(i-1)进行比较，当变化的信号值N与信号值N(i-1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体到达前一个定位P(i-1)。
如前文所述的方法，包括如下步骤：
判断被测物体到达下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)之后是否为稳定状态。
如前文所述的方法，包括如下步骤：
将对应于被测物体后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)的变化的信号值设定为本地输出值N(本地)，
判断本地输出值N(本地)在预定时间段内是否保持不变，用于确定被测物体在到达下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)后是否处于稳定状态。
如前文所述的方法，包括如下步骤：
当判断被测物体在后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)停留时间至少为预定时间段时，确定被测物体在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)为稳定状态。
如前文所述的方法，当所述信号值N(i)(j＝1，2，…，m)在预先设定的时间段内处于保持不变，则确定被测物体在对应的定位P(i)(i＝1，2，…，m)处于稳定状态。
如前文所述的方法，若所述被测物体从本地定位P(i)经后一个定位P(i+1)向顺后一个定位P(i+2)运动，则确定被测物体在后一个定位P(i+1)没有达到稳态，或若所述被测物体从本地定位P(i)经前一个定位P(i-1)向顺前一个定位P(i-2)，则确定被测物体在前一个定位P(i-1)没有达到稳态；
判断被测物体在到达顺后一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)之后是否为稳定状态。
如前文所述的方法，当判断被测物体在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)停留时间至少为预定时间段时，确定被测物体在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)为稳定状态。
如前文所述的方法，所述预定时间段为100ms。
如前文所述的方法，包括如下步骤：
确认被测物体在后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，产生一个指示信号，表示被测物体处于后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
如前文所述的方法，还包括如下步骤：
在确认被测物体从本地定位P(i)到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，确定被测物体在后一个定位P(i+1)或为前一个定位P(i-1)的本地输出值N(本地)；
存储对应后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)的本地输出值N(本地)。
如前文所述的方法，还执行如下步骤：
同时保留前一次本地输出值N(本地)和新一次本地输出值N(本地)。
如前文所述的方法，还执行如下步骤：
更新前一次本地输出值N(本地)为新一次本地输出值N(本地)。
如前文所述的方法，，在每一个定位P(i)(i＝1，2，…，m)需要处理事件E(i)(i＝1，2，…，m)，还执行如下步骤：
当被测物体离开本地定位P(i)后但在到达向后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)前，提前准备处理事件E(i+1)或E(i-1)。
如前文所述的方法，，在定位P(i)(i＝1，2，…，m)需要处理事件Ei(i＝1，2，…，m)，还执行如下步骤：
当感测到的信号值N与本地信号值N(i)的差值到达或超过一个预先设定的值时，准备处理事件E(i+1)或E(i-1)。
如前文所述的方法，所述被测物体是自动挡汽车的换档轴；
所述换档轴的多个定位为自动挡汽车的四个定位：P，R，N，D或自动挡汽车的五个定位：P，R，N，D，S；
当换档轴离开R定位向P定位时，准备降低油门和刹车挂钩；或
当换档轴离开P定位向R定位并到达R定位时，开始打开电磁油阀；
当换档轴离开N定位向D定位时，汽车开始准备启动，增加油门。
本发明的目的之二是提供一种装置，用于传感前述运动物体的运动，具体的技术方案如下：
一种感测被测物体(转轴)运动位置的传感装置，所述被测物体在做运动时具有多个定位P(i)(i＝1，2，…，m)，所述多个定位P(i)(i＝1，2，…，m)顺序相邻，所述被测物体可以从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或向前一个定位P(i-1)作移动，对于每一个定位P(i)对应于一个信号值N(i)(i＝1，2，…，m)，
所述感传感装置包括：
感测元件，所述感测元件感测设置在被测物体上的磁铁装置的运动并产生与被测物体运动行程成比例变化的信号值N，以指示被测物体的运动位置；当被测物体从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或向前一个定位P(i-1)移动时，感测元件输出变化的信号值N；和
处理装置；所述处理装置与所述感测元件相连，确定被测物体的本地定位P(i)和本地定位P(i)所对应的本地信号值N(i)，并将感测到的信号值N和本地信号值N(i)进行比较，用于判断被测物体是从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)还是从本地定位P(i)向前一个定位P(i-1)运动；
所述处理装置判断被测物体是否到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
如前文所述的传感装置，所述处理装置设有存储电路(503)，用于存储所述信号值N(i)(i＝1，2，…，m)；
所述感测元件为霍尔感测电路。
如前文所述的传感装置，所述处理装置将变化的信号值N与下一个信号值N(i+1)进行比较，当变化的信号值N与下一个信号值N(i+1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体到达后一个定位P(i+1)；或
所述处理装置将变化的信号值N与于前一个信号值N(i-1)，当变化的信号值N与前一个信号值N(i-1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体到达前一个定位P(i-1)。
如前文所述的传感装置，所述处理装置判断对应于被测物体后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)的变化的信号值N在预定时间段内是否保持不变，从而确定被测物体是否在到达下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)后处于稳定状态。
如前文所述的传感装置，所述处理装置判断被测物体在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)是否为稳定状态。
如前文所述的传感装置，当所述处理装置判断被测物体在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)停留时间至少为预定时间段时，确定被测物体在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)为稳定状态。
如前文所述的传感装置，所述感测元件感测被测物体到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)时的速度；当所述速度为零时，所述处理装置确定被测物体在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)处于稳定状态。
如前文所述的传感装置，当所述处理装置判断所述信号值N在预定时间段内保持不变，则所述处理装置确定被测物体到达所述稳定状态的定位P(i)(i＝1，2，…，m)。
如前文所述的传感装置，所述处理装置判断所述被测物体从本地定位P(i)经后一个定位P(i+1)运动时的速度，或所述断被测物体从本地定位P(i)经前一个定位P(i-1)运动时的速度；当所述速度不为零时，所述处理装置确定被测物体未停留在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)；所述处理装置判断被测物体到达后的顺后一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)是否为稳定状态。
如前文所述的传感装置，当所述处理装置判断被测物体在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)停留时间至少为预定时间段时，所述处理装置确定被测物体在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)为稳定状态。
如前文所述的传感装置，当所述处理装置判断被测物体在后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，所述处理装置产生一个指示信号，表示被测物体位于后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
如前文所述的传感装置，在被测物体从本地定位P(i)到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，所述处理装置确定并存储被测物体在后一个定位P(i+1)或为前一个定位P(i-1)的本地输出值N(本地)。
如前文所述的传感装置，所述处理装置同时保留前一次输出值N(i)和新一次本地输出值N(本地)。
如前文所述的传感装置，所述处理装置将前一次输出值N(i)更新为新一次本地输出值N(本地)。
如前文所述的传感装置，所述处理装置存储被测物体在每个定位P(i)的初始信号值N°(i)(i＝1，2，…，m)。
本发明采用测量档位的移动方向的方式来预判断下一个运动物体(转轴)的运动位置，通过测变化值来计算下一个位置而不是测每个位置的绝对值，这样可以避免机械公差、温度漂移、机械磨损等不可避免的因素导致感测出现的误差，使位置传感装置的测量准确度提高，达到高精度的要求。
附图说明
图1为本发明感测轴运动的信号输出示意图；
图2A为本发明传感装置结构示意图；
图2B为本发明换档杆在P、R、N、D档位移动的示意图
图3为本发明传感装置的处理路线示意图；
图4为本发明一个实施例中的处理装置内部结构示意图；
图5为本发明一个实施例中的处理单元内部结构示意图；
图6A为本发明传感器感测到的模拟信号示意图；
图6B为本发明处理装置将模拟信号处理成线性函数信号示意图；
图6C是发明判断轴100上数个定位的方法的流程图；
图7A为本发明轴101从本地定位Pi移动到后一个定位P(i+1)和/或前一个定位P(i-1)的判断情形示意图；
图7B为本发明轴101从本地定位Pi移动到后多个定位P(i+N)和/或前多个定位P(i-N)的判断情形示意图；
图7C为本发明轴101从本地定位Pi移动到最后一个定位P(4)和/或最前一个定位P(1)前进行预处理的的判断情形示意图。
图7D为本发明轴101的信号值出现便宜后进行数据更新的示意图。
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为本发明感测轴运动的信号输出示意图，图2A为本发明传感装置结构示意图。
先如图2A所示，轴101为自动挡汽车的换档轴，一般具有四个档位：P，R，N和D挡，或者五个档位：P，R，N，D和S挡，作为一个实施例，本发明用四个档位举例说明，五个档位的情形对于本发明的方法和装置依然适用，原理与4个档位相同，不再赘述。轴101在换档操作时，沿箭头A方向来回旋转，其档位即在P，R，N和D挡四个档位中来回换档。轴101上固定有磁铁装置102，磁铁装置102跟随轴101的旋转而发生转动。感测装置103，即霍尔传感器103设置在磁铁装置102附近，当磁铁装置102运动时，感测装置103可以感测到磁铁装置102的运动带来的磁场变化，感测装置103通过感测磁铁装置102的运动来产生与轴101运动行程成对应变化的信号，以指示轴101的旋转位置。
感测装置103，可以为霍尔元件，可以感测到轴101的来回运动的运动变化会产生如图6A所示的sin/cos变化曲线的信号。感测装置103将信号发送给处理装置104，处理装置104将信号进行数模转换后处理成如图1所示的线性函数信号。
再如图1所示，图1中横坐标表示轴101的旋转角度θ，其中四个定位位置依次为P，R，N和D档四个档位所在的位置；竖坐标表示信号值N的输出，可以用电压值V或者不同占空比(比如20％、40％、60％、80％占空比)的PMW的信号表示信号值的大小。其中与P，R，N和D四个档位对应有四个信号值：分别为N(1)、N(2)、N(3)和N(4)，在信号的线性函数上，N(1)、N(2)、N(3)和N(4)四个信号值对应四个位置固定的定位位置P(1)、P(2)、P(3)、P(4)，即图1中线性函数上的的A、B、C、D四点。当然，四个定位P(1)、P(2)、P(3)、P(4)同时与P，R，N和D四个档位相对应，且顺序也是固定的。判断信号值是否到达N(1)、N(2)、N(3)和N(4)，即是否到达图形中的A、B、C、D四点，就可以判断轴101是否到达P，R，N和D四个档位。
举例说明，例如当定位值为图1中的P(2)，即信号值为图1中的B点，其可以沿着图7A中的方向702向前一个定位移动到定位P(1)，亦可以沿着方向701向后一个定位P(3)或定位P(4)；同理，定位P(1)作为图中最左侧的定位，只能沿着方向701向后的一个定位P(2)或定位P(3)、P(4)移动；定位P(3)沿着方向702向前定位可以移动到定位P(2)和P(1)，沿着方向701向后定位可以移动到P(4)；定位P(4)只可以向方向702向前定位移动到P(3)、P(2)和P(1)。
此外，本发明还可以计算被测物体101从本地定位P(i)到达后一个定位P(i+1)或到达前一个定位P(i-1)的时间，可以确定被测物体101从本地定位P(i)到达后一个定位P(i+1)或到达前一个定位P(i-1)的速度。
图2B为本发明换档杆在P、R、N、D档位移动的示意图
图中，换档杆202连接图2A中的轴101，轴101的转动带动换档杆202沿着箭头B方向平行移动，移动时换档杆202具有多个档位：依次是P、R、N和D挡，每个挡位具有一个机械位置206、207、208和209，换档杆202可以定位在这四个机械位置上，换挡杆202的在这多个机械位置的直线运动转换成轴101的转动，传感装置200即使感测换档杆2022沿着箭头B方向平行移动时所处的定位。
图3为本发明传感装置的结构示意图；
本发明的传感装置200包括安装在转轴101并跟随其运动的磁铁装置102、感应器103(感测装置)和处理装置104。感应器103与处理装置104通过连接线路118相连，处理装置104通过线路119连接汽车ECU304(Electronic Control Unit，电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等)。感应器103感测磁铁装置102的运动，并将信号通过连接线路118传输给处理装置104，处理装置将信号进行处理，再判断换档轴的档位位置，并将档位信息(或预处理信息)通过线路119发送给ECU304，ECU304根据不同的档位信息对汽车进行操控或者预处理事件处理事件E(i+1)和/或E(i-1)，预处理事件例如到档位P之前，准备降低油门刹车挂钩；从定位P(3)往P(4)方向移动时，汽车开始准备启动，增加油门等。
图4为本发明一个实施例中的处理装置内部结构示意图；
图4所示的一个实施例描述了图3中处理装置104的具体结构：包括数模转换电路401和处理单元402，所有这些电路都通过线路403、405、407连接起来并进行数据传输。数模转换电路402，将通过线路118接收的感应器103感测模拟信号形式的运动信号，并将模拟信号形式的运动信号转换成数字信号形式的运动信号后经过线路405传输给处理单元402，处理单元402对数字信号形式的运动信号进行处理(处理过程见图6A-6B)判断。
图5为本发明一个实施例中的处理单元内部结构示意图；
图5详细描述了图4中处理单元402的具体结构，如图5所示，处理单元402包括处理器(或CPU)501、寄存器502、存储器503、输入/输出线路504和总线505，处理器501、寄存器502、存储器503和输入/输出线路504分别通过连接506、507、508和509与总线505相连接。存储器503可以存储程序(指令)、参数(例如图1中的电压或者PMW值)和数据(包括数字化的电子信号)；寄存器503可存储(或缓冲存储)参数和数据，例如档位值P(1)、P(2)、P(3)和P(4)等，以及对应的信号值N(1)、N(2)、N(3)、N(4)，以及它们的顺序等；而输入输出线路504可接收至处理器501的输入信号，并且可将处理器501内的信号发送出去，例如发送给ECU304。寄存器604可以基于保存在该寄存器中的内容为一个或多个CPU操作周期提供和保持信号信号状态，以便处理器602可在CPU操作周期内执行操作。
通过执行存储在存储器503中的程序，处理器(或者CPU)501可以控制寄存器604、存储器606和输入/输出线路504的操作，并且可对寄存器604和存储器606上执行读/写操作，例如读取或者更新档位值P(1)、P(2)、P(3)和P(4)对应的信号值N(1)、N(2)、N(3)、N(4)。输入/输出线路504可从数模转换电路401出接收输入信号并且将输出信号发送到ECU304。为了执行比较逻辑运算，处理器(或者CPU)501至少包括具有比较器和逻辑运算单元(未示出)，比较器可以执行从数模转换电路401出接收输入信号和之前存储在存储器503上两个来源的的比较操作并产生比较结果，处理器(或者CPU)501可基于比较结果确定后续操作，更具体的，基于该比较结果，处理器(或者CPU)501可产生期望的状态控制信号和触发信号(或触发脉冲信号)并且将它们发送到输出407上。
图6A-6B为本发明传感器感测到的模拟信号示意图；
图6A描述了感应器103沿Bx和By维度的磁通魔都变化或/和磁场变化而产生的符合两条函数线(601和602)的输出信号。具体地说，当磁铁装置102绕轴101持续转动时，感应器103对由磁铁装置102产生的分别沿Bx和By维度的磁通密度变化和/或磁场变化产生响应，并且根据沿Bx和By维度的磁通密度变化和/或磁场变化，产生符合余弦形函数线601和正弦形曲函数线602的电信号(或输出电压)。当磁铁装置102绕轴101持续转动时，如果感应器103的输出被输送到示波器，那么，这两条函数线601和602可从示波器中观察到。在如图6A中所示的坐标系中，X坐标表示转轴108的旋转角的变化，而Y坐标表示余弦形函数线601和正弦形函数线602上的电压变化。作为一个实施例，感应器103可通过使用商业可获得的3D霍尔感应装置来实现，但仅仅使用其在两维(即，X和Y维度)上的处理能力。这种使用市场上现成电路做法节省了电路设计成本并且降低了电路设计时间。
图6B描述了在校准(或模拟)程序中产生的符合线性函数610的电压输出，该校准(或模拟)程序在安装或实地使用位置感测系统100之前进行。在执行校准(或模拟)程序时，处理装置(如包括处理单元504的处理装置106)处理符合余弦形函数线601和正弦形函数线602(图6A中所示)的两组模拟电子信号以产生符合线性函数线610的电压输出。应当理解的是图6B中所示的电压变化是与沿X和Y维的磁通密度变化Bx和By成比例的输出/电子信号。在如图6B中所示的线性函数线610的坐标系中，X坐标表示转轴108上的旋转角的变化，Y坐标表示线性函数线610上的电压变化。
具体地，在处理装置106中，数模转换电路402从感应器103接收两组模拟电子信号(符合余弦形函数线601和正弦形函数线602)，将它们转换成两组数字电子信号，并且将这两组数字化的电子信号输送到处理单元402，(通过处理单元504中的输入/输出线路504)。在接收两组数字化的电子信号之后，处理单元402中的处理器(CPU)501将它们储存到存储器503中，然后将这两组数字化的电子信号转换成符合如图7B中所示的线性函数线610的一组电子信号。处理单元402中的处理器(CPU)501通过使用如下一套数学公式对这两组数字化的电子信号进行转换：
(1)输出电压.1(V.1)＝角度的函数＝m x(角度)+b＝m xθ+b
(2)tan(θ)＝sin(θ)/cos(θ)＝Bx/By
(3)θ＝arctan(θ)＝arc(sin(θ)/cos(θ))＝arc(Bx/By)
(4)输出电压.1(V.1)＝m x arc((sin(θ)/cos(θ))+b＝m x arc(Bx/By)+b
(5)输出电压.2(V.2)＝m x arc(k x(sin(θ)/cos(θ))+b＝m x arc(k x(Bx/By))+b
在上述五个数学公式所反映的步骤中，m，b和k是三个校准/模拟的线性函数的常数，其中m表示线性函数的斜率，b限定与所测量的角度有关的输出的起始点；而为了使函数线610的线性精确地反映在操作条件变化时的角度位置范围，k是用来调节/补偿函数线610的常数；sin(θ)和cos(θ)分别表示图6A中所示的函数线602和601；等式(4)表示由图6B中的函数线610所示的电压输出；而等式(5)表示使用常数k调节/补偿的电压输出。当k＝1时，公式(4)等于公式(5)。响应操作条件的变化，通过设置不同的常数k，函数线610上的两个参考电压被调节/补偿以便两状态信号的宽度和偏移(或位置偏移)可以被调节/补偿。
图6C是发明判断轴100上数个定位的方法的流程图；
在实际使用中，传感装置200对轴101旋转时的各个定位进行判断的方法包括以下步骤：
在步骤609中，开始：汽车启动，传感装置200开始工作。
在步骤611中，传感装置200感测轴101的转动。
在步骤612中，确定本地定位位置P(i)：传感装置200首先确定轴101的本地定位P(i)，例如P(1)、P(2)、P(3)或是P(4)；汽车控制系统会保持上一次汽车停止后的定位信息，再次启动汽车时处理器501会从存储器503中调取该定位值。
在步骤613中，提取本地定位位置对应的信号值N(i)：处理器501从存储器503中调取该定位值P(i)，对应的信号值N(i)例如N(1)、N(2)、N(3)或N(4)。
在步骤614中，确定移动方向：当轴101转动时，感应器103感测轴101上磁铁装置102的运动并向处理装置104发出变化的信号值N，处理器501将信号值N与本地信号值N(i)进行比较用于判断轴101移动的方向：当信号值N大于本地信号值N(i)时，判断轴101向后一个定位P(i+1)运动；当信号值N小于本地信号值N(i)时，判断轴101向前一个定位P(i-1)运动。
在步骤615中，提取下一个定位值对应的信号值：当处理器501判断了轴101移动的方向后，从存储器503中读取该方向的下一个定位P(i-1)或是P(i+1)的对应的信号值N(i-1)或是N(i+1)。
在步骤616中，判断是否有预动作：处理器501判断下一个定位P(i-1)或P(i+1)是否为P1或P4时；若是，则执行步骤617；若否，则执行步骤619。
在步骤617中，发出预动作控制信号给ECU 304；执行步骤619。
在步骤619中，判断是否到达下个定位：处理器501将信号值N与下一个信号值N(i-1)或是N(i+1)进行比较，即两者相同或是在一预定差值范围内时，确定轴101是否到达下一个定位P(i-1)或P(i+1)；若是，执行步骤620；若否，重复执行步骤615。
在步骤620中，更新定位值：若处理器501确定轴101已经到达前一个定位P(i-1)或是后一个定位P(i+1)；将该定位P(i-1)或者P(i+1)更新为本地定位P(i)。
在步骤621中，更新本地定位值对应的信号值：处理器501将重新到达的定位值P(i-1)或者P(i+1)的信号值定N(i-1)或者N(i+1)义为本地信号值N(i)。
在步骤622中，判断轴101是否停留在定位位置：处理器501判断轴101在该本地定位P(i)停留时间至少为预定时间段(如100ms)时，确定轴101停留在该本地定位位置，发明人将这种停留的状态定义为稳定状态。其中停留的判断方式是本地信号值N(i)在一端时间如100ms内保持不变；若是，则步骤623；若否，则重复前面步骤613。
在步骤623中，发动定位信息给ECU 304：当轴101在某定位P(i)处于稳定状态时，即表示轴101处于某个档位(P、R、N或D挡)，处理器501将该档位信息通过输入/输出线路504发动给汽车ECU 304，档位信息可以用不同的电压值V或者不同占空比，例如20％、40％、60％、80％占空比的占空比信号(或其他信号)来区分不同的档位。
在步骤624中，等待或结束：传感装置200等待轴101的下次转动或是汽车停止操作结束。
图7A为本发明轴101从本地定位Pi移动到后一个定位P(i+1)和/或前一个定位P(i-1)的判断情形示意图。
例如图7A中所示的定位位置P(2)先前移动到P(1)或向后移动到P(3)的判断情形：当轴101处于定位位置P(2)时，既可以沿箭头701方向移动到定位位置P(3)，也可以沿箭头702方向移动到定位位置P(1)，对于这种情形，本发明的感测装置200采用以下方法进行感测和判断：首先如步骤612确定轴101的本地定位值为P(2)，即在图7A中线性函数的B点。执行步骤613，处理器501从存储器503中调取该定位值P(2)对应的信号值N(2)。当轴101转动时，如步骤614先确定移动的方向：感应器103实时的感测轴101转动后的变化信号值N，并将其发送给处理器501处理装置104将该变化信号值N与本地信号值N(2)进行比较；当轴以箭头701方向移动时，信号值N大于N(2)，则判断轴沿箭头701的方向向后一个定位P(3)移动；当轴以箭头702方向移动时，信号值N小于N(2)时，则判断轴沿箭头702的方向前一个定位P(1)移动。
当处理装置104判断轴101沿701方向移动后，提取下一定位P(3)对应的信号值N(3)；当变化信号值N等于信号值N(3)时(或在一预定差值范围内)，确定轴101到达定位P(3)。当轴101在定位P(3)上停留一段100ms，即等于信号值N(3)的变化信号值N在100ms内没有发生变化(或变化在一预定差值范围内)，则处理装置104认为当轴101在定位P(3)上到达稳定状态，处理装置104会向汽车ECU发送一个档位信息。
当处理装置104判断轴101沿702方向移动后，提取下一定位P(1)对应的信号值N(1)；当变化信号值N等于信号值N(1)时(或在一预定差值范围内，例如差值是1mm)，确定轴101到达定位P(1)。当轴101在定位P(1)上停留一段100ms，即等于信号值N(1的变化信号值N在100ms内没有发生变化(或变化在一预定差值范围内)，则处理装置104认为当轴101在定位P(1)上到达稳定状态，处理装置104会向汽车ECU发送一个档位信息。
处理装置104将本地定位更新为P(3)或者P(1)；下一步移动的感测方法重复前面步骤。
图7B为本发明轴101从本地定位Pi移动到后多个定位P(i+N)和/或前多个定位P(i-N)的判断情形示意图。
如图7B示出了轴101从定位P(2)直接换到P(4)，中间没有停留P(3)的情形。具体的感测步骤如下：当轴101定位在到定位P(2)时，处理器501将定位P(2)认定为本地定位，处理器501从存储器503中调取定位P(2)对应的信号值N(2)；当处理器501判断感测的信号值N大于本地定位值N(2)时即判断轴101沿箭头701方向移动时，处理器501从存储器503中调取下一个定位P(3)对应的信号值N(3)，当变化信号值N等于N(3)时，处理器501判断轴101到达定位P(3)，处理器501将N(3)更新为新的本地信号值；轴101并没有在定位P(3)上停留足够长的时间达到稳定状态；当判断轴101继续移动时，重新判断轴101移动的方向，可以是沿箭头701方向移动到定位位置P(3)，也可以沿箭头702方向折回到定位位置P(1)，我们假设是按照沿箭头701方向移动到定位位置P(3)；此时处理器501从存储器503调取下一个定位即定位P(4)对应的信号值N(4)，当变化的信号值N与信号值N(4)相同时，判断轴101到达定位P(4)；当信号值N在信号值N(4)上停留足够时间时，判断轴101到达定位P(4)的稳定状态，处理器501向ECU 304发出档位信息。
实施上，轴101直接从定位位置P(1)滑过P(2)运动到达定位位置P(3)，或者从定位位置P(3)滑过P(2)运动到达定位位置P(1)，或者从定位位置P(4)滑过P(3)运动到达定位位置P(2)都是与前述相同的感测和判断方法；甚至于，从定位位置P(1)滑过P(2)、P(3)直接运动定位位置到P(4)，或者从定位位置P(4)滑过P(2)、P(3)直接运动到定位位置P(1)等都是与前述相同的判断方法，区别是在定位位置P(2)、P(3)时需要两次更新本地定位位置和本地信号值。
图7C为本发明轴101从本地定位Pi移动到最后一个定位P(4)和/或最前一个定位P(1)前进行预处理的的判断情形示意图。
在本实施例中，轴101是自动挡汽车的换档轴，换档轴的多个定位为自动挡汽车的四个档位：P挡、R挡、N挡和D挡，分别为驻车档、倒车档、空档和前进挡(有的汽车还有S挡：运动挡)。本发明可以在轴101从本地定位到最后一个定位P(4)和/或最前一个定位P(1)前，对其进行预判断，ECU接收到预判断的信号可以对车辆进行预操作，提高汽车的反应速度，增加驾驶的灵敏度。
如图7C所示，当轴101定位在到定位P(2)时，处理器501将定位P(2)认定为本地定位，处理器501从存储器503中调取定位P(2)对应的信号值N(2)；当处理器501判断感测的信号值N小于本地定位值N(2)即判断轴101沿箭头702方向移动时，处理器501从存储器503中调取定位P(1)对应的信号值N(1)，感测到变化的信号值N只到达N(1)和N(2)之间的一个差值(例如80％)或超过一个预先设定的值时即到达图7C中线性函数的A1点，处理单元402向ECU 304发出预处理命令，ECU 304开始提前准备预处理事件，即到到P挡之前，准备降低油门和刹车挂钩。
如此类似的，当轴101定位在到定位P(3)时，处理器501将定位P(3)认定为本地定位，处理器501从存储器503中调取定位P(3)对应的信号值N(3)；当轴101移动时，处理器501判断感测的信号值N大于本地定位值N(3)即判断轴101沿箭头701方向移动，处理器501从存储器503中调取定位P(4)对应的信号值N(4)，感测到变化的信号值N只到达N(3)和N(4)之间的一个差值(例如80％)或超过一个预先设定的值时即到达图7C中线性函数的D1点，处理单元402向ECU 304发出预处理命令，ECU 304开始提前准备预处理事件，汽车开始准备启动，增加油门。
图7D为本发明轴101的信号值出现便宜后进行数据更新的示意图。
如图1所示的运动函数是理想状态下模拟测得的，事实上由于制造误差和使用磨损，感应器103测得的运行信号与图1所示的存在偏差。本发明的处理装置会根据每次测得的信号值对存储在存储器503中的当前的本地值进行更新。
如图7D所示，当感测到轴处于定位P(1)的稳定状态(由于轴101的机械设置，其只能在定位位置处处于稳定状态)，但其本地值A”的电压值V1”小于模拟测得的本地值A的本地值的电压值V1，或感测到的本地值A’额电压值V1’大于测得的本地值A的本地值的电压值V1，处理器501将大于或者小于模拟值的本地值A’或者A”的存储在存储器503中，作为后续感测的本地值使用。以此类推，定位P(2)、P(3)、P
(4)的感测本地值也以相同的方式更新。
需要说明的是：本发明的提出的方法和传感装置，适用的是多档位的自动挡汽车在不同工作状态之间的判断和定位。
自动挡汽车至少具有P、R，N和D四个档位，甚至还包括S挡等。汽车发动机、变速箱以及控制系统在P、R，N和D四个档位时的工作状态是不一样的：D档，为前进档，在D档时，汽车控制系统根据不同的车速信号和油路信号，变速箱在执行机构的控制下得到相应的传动比，在不同前进档位上进行变换，实现自动连续变速功能，不需要人工换档。
N挡，即空档，换挡杆位于N档时，发动机与变速箱之间的动力已经切断分离，不传输动力。R档，即倒档，换挡杆位于R档时，液压系统倒档油路被接通，驱动轮反转，实现倒档行驶。P档，即停车档，此时发动机熄火，同时刹车挂钩挂住停车齿轮，汽车被刹住。
本发明的方法和装置适用汽车发动机和变速箱在不同的工作状态之间任意切换的情形，不仅仅是前进挡中的不同档位的预判断和定位。不同状态的各档位可以连续换档，也可以跳档换档，例如可以从P挡依次经过R挡、N档到达D挡，也可以直接从P档换到D挡而不在中间档位N档，R档停留；而且在D档自动升降档位时，不需要每次从N挡过渡。
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，本发明的使用传感装置感测多个定位的方法和装置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 (32)
1.一种确定被测物体(101)运动位置的方法，所述被测物体(101)在运动时具有多个定位P(i)(i＝1，2，…，m)，所述多个定位顺序相邻，所述被测物体(101)可以从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或向前一个定位P(i-1)运动，每一个定位P(i)对应于一个信号值N(i)(i＝1，2，…，m)，
其特征在于，所述方法包括如下步骤：
确定被测物体(101)的本地定位P(i)与本地定位P(i)所对应的本地信号值N(i)；
被测物体(101)从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)移动时，对应于被测物体(101)的运动，感测并输出变化的信号值N；
将感测到的信号值N和本地信号值N(i)进行比较，用于判断被测物体(101)是从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)运动还是从本地定位P(i)向前一个定位P(i-1)运动；
判断被测物体(101)是否到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征包括如下步骤：
存储被测物体(101)在每个定位P(i)的初始信号值N°(i)(i＝1，2，…，m)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
确认被测物体(101)从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)运动后，将变化的信号值N与后一个定位P(i+1)对应的信号值N(i+1)进行比较，当变化的信号值N与信号值N(i+1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体(101)到达后一个定位P(i+1)；或
确认被测物体(101)从本地定位P(i)向前一个定位P(i-1)运动后，将变化的信号值N与前一个定位P(i-1)对应的信号值N(i-1)进行比较，当变化的信号值N与信号值N(i-1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体(101)到达前一个定位P(i-1)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征包括如下步骤：
判断被测物体(101)到达下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)之后是否为稳定状态。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
将对应于被测物体(101)后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)的变化的信号值设定为本地输出值N(本地)，
判断本地输出值N(本地)在预定时间段内是否保持不变，用于确定被测物体(101)在到达下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)后是否处于稳定状态。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
当判断被测物体(101)在后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)停留时间至少为预定时间段时，确定被测物体(101)在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)为稳定状态。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
当所述信号值N(i)(j＝1，2，…，m)在预先设定的时间段内处于保持不变，则确定被测物体(101)在对应的定位P(i)(i＝1，2，…，m)处于稳定状态。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
若所述被测物体(101)从本地定位P(i)经后一个定位P(i+1)向顺后一个定位P(i+2)运动，则确定被测物体(101)在后一个定位P(i+1)没有达到稳态，或若所述被测物体(101)从本地定位P(i)经前一个定位P(i-1)向顺前一个定位P(i-2)，则确定被测物体(101)在前一个定位P(i-1)没有达到稳态；
判断被测物体(101)在到达顺后一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)之后是否为稳定状态。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
当判断被测物体(101)在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)停留时间至少为预定时间段时，确定被测物体(101)在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)为稳定状态。
10.如权利要求求6、7或9所述的方法，其特征在于：
所述预定时间段为100ms。
11.如权利要求4、5、6、7、8或9所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
确认被测物体(101)在后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，产生一个指示信号，表示被测物体(101)处于后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在确认被测物体(101)从本地定位P(i)到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，确定被测物体(101)在后一个定位P(i+1)或为前一个定位P(i-1)的本地输出值N(本地)；
存储对应后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)的本地输出值N(本地)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于还执行如下步骤：
同时保留前一次本地输出值N(本地)和新一次本地输出值N(本地)。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还执行如下步骤：
更新前一次本地输出值N(本地)为新一次本地输出值N(本地)。
15.如权利要求1所述的方法，在每一个定位P(i)(i＝1，2，…，m)需要处理事件E(i)(i＝1，2，…，m)，其特征在于还执行如下步骤：
当被测物体(101)离开本地定位P(i)后但在到达向后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)前，提前准备处理事件E(i+1)或E(i-1)。
16.如权利要求13所述的方法，在定位P(i)(i＝1，2，…，m)需要处理事件Ei(i＝1，2，…，m)，其特征在于，还执行如下步骤：
当感测到的信号值N与本地信号值N(i)的差值到达或超过一个预先设定的值时，准备处理事件E(i+1)或E(i-1)。
17.如权利要求1-16任一项所述的方法，其特征在于：
所述被测物体(101)是自动挡汽车的换档轴；
所述换档轴的多个定位为自动挡汽车的四个定位：P，R，N，D或自动挡汽车的五个定位：P，R，N，D，S；
当换档轴离开R定位向P定位时，准备降低油门和刹车挂钩；或
当换档轴离开P定位向R定位并到达R定位时，开始打开电磁油阀；
当换档轴离开N定位向D定位时，汽车开始准备启动，增加油门。
18.一种感测被测物体(101)运动位置的传感装置，所述被测物体(101)在做运动时具有多个定位P(i)(i＝1，2，…，m)，所述多个定位P(i)(i＝1，2，…，m)顺序相邻，所述被测物体(101)可以从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或向前一个定位P(i-1)作移动，对于每一个定位P(i)对应于一个信号值N(i)(i＝1，2，…，m)，
其特征在于所述感传感装置包括：
感测元件(103)，所述感测元件(103)感测设置在被测物体(101)上的磁铁装置(102)的运动并产生与被测物体(101)运动行程成比例变化的信号值N，以指示被测物体(101)的运动位置；当被测物体(101)从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)或向前一个定位P(i-1)移动时，感测元件(103)输出变化的信号值N；和
处理装置(104)；所述处理装置(104)与所述感测元件(103)相连，确定被测物体(101)的本地定位P(i)和本地定位P(i)所对应的本地信号值N(i)，并将感测到的信号值N和本地信号值N(i)进行比较，用于判断被测物体(101)是从本地定位P(i)向后一个定位P(i+1)还是从本地定位P(i)向前一个定位P(i-1)运动；
所述处理装置(104)判断被测物体(101)是否到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
19.如权利要求18所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)设有存储电路(503)，用于存储所述信号值N(i)(i＝1，2，…，m)；
所述感测元件(103)为霍尔感测电路。
20.如权利要求18所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)将变化的信号值N与下一个信号值N(i+1)进行比较，当变化的信号值N与下一个信号值N(i+1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体(101)到达后一个定位P(i+1)；或
所述处理装置(104)将变化的信号值N与于前一个信号值N(i-1)，当变化的信号值N与前一个信号值N(i-1)相等或在一预定差值范围内时，确定被测物体(101)到达前一个定位P(i-1)。
21.如权利要求20所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)判断对应于被测物体(101)后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)的变化的信号值N在预定时间段内是否保持不变，从而确定被测物体(101)是否在到达下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)后处于稳定状态。
22.如权利要求18所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)判断被测物体(101)在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)是否为稳定状态。
23.如权利要求20所述的传感装置，其特征在于：
当所述处理装置(104)判断被测物体(101)在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)停留时间至少为预定时间段时，确定被测物体(101)在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)为稳定状态。
24.如权利要求19所述的传感装置，其特征在于：
所述感测元件(103)感测被测物体(101)到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)时的速度；当所述速度为零时，所述处理装置(104)确定被测物体(101)在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)处于稳定状态。
25.如权利要求18所述的传感装置，其特征在于：
当所述处理装置(104)判断所述信号值N在预定时间段内保持不变，则所述处理装置(104)确定被测物体(101)到达所述稳定状态的定位P(i)(i＝1，2，…，m)。
26.如权利要求19所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)判断所述被测物体(101)从本地定位P(i)经后一个定位P(i+1)运动时的速度，或所述断被测物体(101)从本地定位P(i)经前一个定位P(i-1)运动时的速度；当所述速度不为零时，所述处理装置(104)确定被测物体(101)未停留在下一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)；所述处理装置(104)判断被测物体(101)到达后的顺后一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)是否为稳定状态。
27.如权利要求22所述的传感装置，其特征在于：
当所述处理装置(104)判断被测物体(101)在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)停留时间至少为预定时间段时，所述处理装置(104)确定被测物体(101)在顺下一个定位P(i+2)或顺前一个定位P(i-2)为稳定状态。
28.如权利要求21-27任一项所述的传感装置，其特征在于：
当所述处理装置(104)判断被测物体(101)在后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，所述处理装置(104)产生一个指示信号，表示被测物体(101)位于后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)。
29.如权利要求19所述的传感装置，其特征在于：
在被测物体(101)从本地定位P(i)到达后一个定位P(i+1)或前一个定位P(i-1)呈稳定状态时，所述处理装置(104)确定并存储被测物体(101)在后一个定位P(i+1)或为前一个定位P(i-1)的本地输出值N(本地)。
30.如权利要求25所述的传感装置，其特征在于，：
所述处理装置(104)同时保留前一次输出值N(i)和新一次本地输出值N(本地)。
31.如权利要求25所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)将前一次输出值N(i)更新为新一次本地输出值N(本地)。
32.如权利要求18所述的传感装置，其特征在于：
所述处理装置(104)存储被测物体(101)在每个定位P(i)的初始信号值N°(i)(i＝1，2，…，m)。
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|---|---|
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