CN108953596A - 用于感测档位转轴位置的传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于感测档位转轴位置的传感系统，本发明在档位转轴上设置磁铁装置，磁铁装置在沿着直线运动方向包括第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁，第二长度区域磁铁包括第一部分和第二部分，对应倒挡位置的第二长度区域磁铁的第二部分的磁场与第一长度区域磁铁以及第二长度区域磁铁的第一部分不同。感测磁铁装置的运动产生的实际感应电信号与的基准磁铁在相对应位置的基准感应电信号不同，处理单元将感测磁铁装置运动产的感应电信号与模拟感应电信号进行比较，利用比较的差值判断档位转轴处于倒档位置还是前进挡位置。

Description

用于感测档位转轴位置的传感系统
技术领域
本发明涉及汽车控制领域，特别涉及一种基于霍尔元件用于感测档位转轴位置的传感器。
背景技术
目前位置传感器有已经广泛的应用于各个工业领域，例如汽车控制领域。使用位置传感系统来感测档位转轴的位置在行业中是已知的。
具体地说，为了节省汽油，在汽车档位转轴停留在空档位置有了一段时间后(例如5秒)，电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)产生停止控制信号，自动关闭汽车的发动机。而后，当发动机控制单元接收到汽车离合器被踩压的信号时，如果档位转轴仍然处在空档位置，ECU将产生启动控制信号，自动启动汽车的发动机。所以，汽车的控制电路需要用位置传感系统来探测档位转轴的空挡位置。
另外，为了驾驶安全，当汽车档位转轴进入倒档位置时，需要打开倒车灯或启动语音装置，提醒周围行人，该汽车处于倒车状态。所以，汽车的控制电路要需要用位置传感系统来探测档位转轴的倒档位置。
传统上，档位转轴空档位置和倒档位置的探测需要使用两个位置传感系统来实现，然而由于使用两个传感系统，需用两套磁铁、两套电路元件和机械元件，所以制造成本高。而且，由于使用两套电路元件和机械元件，出故障的机率会高。
因此，有必要提供一种改进的位置传感系统，该位置传感系统能够降低制造成本，并减少出故障的机率。
发明内容
针对以上的技术问题，本发明意在提供一种改进的传感系统，能有效感测档位转轴位置的同时降低制造成本，减少故障的几率。具体技术方案如下：
一种用于感测档位转轴位置的传感系统，所述档位转轴在其轴向上设置有数组档位位置；所述数组档位位置包括沿所述档位转轴轴向设置的数个空档档位和在该空档档位两侧相对设置的数对运动档位；所述运动档位中的一个是倒档档位，其余档位都是前进档位，所述传感系统包括：
传感磁铁，所述传感磁铁固定设置在所述档位转轴上，随所述档位转轴运动，所述传感磁铁在沿着轴向分为第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁，所述第二长度区域磁铁沿其横向方向分为第一部分和第二部分；所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分具有相同的极性，且与在第二长度区域磁铁的第二部分的极性不同，或者所述第二长度区域磁铁的第二部分不设置磁铁；及
感测单元，所述感测单元设置成感测所述传感磁铁随所述档位转轴运动时的磁场变化，并产生对应的感应电信号；所述感应电信号与一预先确定的基准感应电信号进行比较，以指示所述档位转轴处于前进档档位还是倒档档位。
如前文所述的传感系统，所述第一长度区域磁铁产生第一形式的磁场变化；所述第二长度区域磁铁产生第二形式的磁场变化；感测单元感测所述传感磁铁随所述档位转轴运动时的第一形式的磁场变化第二形式的磁场变化产生所述感应电信号。
如前文所述的传感系统，还包括：存储单元，所述存储单元存储有所述感测单元感测一基准磁铁在档位转轴运动时的所述基准感应电信号；处理单元，所述处理单元接收所述感应电信号，与所述基准感应电信号进行比较，以判断所述档位转轴所处的档位位置。
如前文所述的传感系统，当所述感应电信号与所述基准感应电信号的差值小于或等于阈值，判断所述档位转轴处于前进档档位；当所述感应电信号与所述基准感应电信号的差值大于阈值，判断所述档位转轴处于倒档档位。
如前文所述的传感系统，当所述感应电信号与所述基准感应电信号的差值小于或等于阈值，判断所述档位转轴处于前进档档位。
如前文所述的传感系统，所述基准感应电信号包括一最大值基准感应电信号；当所述感应电信号与所述最大值基准感应电信号的差值大于阈值，判断所述档位转轴处于倒档档位。
如前文所述的传感系统，所述基准感应电信号具有信号基准值，不同的信号基准值代表多个前进档档位的位置和倒档档位的位置。
如前文所述的传感系统，还包括：指示电路，所述指示电路与所述处理单元相连；在所述处理单元判断所述档位转轴处于前进档档位时，所述处理单元将所述指示电路置成第一状态；在所述档位转轴出于倒档档位时，所述处理单元将所述指示电路置成第二状态。
如前文所述的传感系统，所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分的磁场方向在与所述档位转轴接触的一侧为第一极性，在远离所述档位转轴的侧为第二极性；所述第二长度区域磁铁的第二部分的磁场方向在与所述档位转轴接触的一侧为第二极性，在远离所述档位转轴的一侧为第一极性。
如前文所述的传感系统，所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分的磁场方向在与所述档位转轴接触的一侧为第一极性，在远离所述档位转轴的侧为第二极性；所述第二长度区域磁铁的第二部分空缺或是为非磁体。
如前文所述的传感系统，所述传感磁铁为一体成型件。
如前文所述的传感系统，所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分为一体结构。
如前文所述的传感系统，所述感测单元是一个单独的霍尔感测单元。
如前文所述的传感系统，所述感测单元是霍尔感测单元。
如前文所述的传感系统，所述感测单元为三轴霍尔感应单元。
如前文所述的传感系统，所述基准磁铁为第一长度区域磁铁。
如前文所述的传感系统，所述数组档位位置为三对档位，分别为：
第一对档位为：1档档位和2档档位；
第二对档位为：3档档位和4档档位；
第三对档位为：5档档位和R档档位，
其中1档、2档、3档、4档、和5档档位为前进档档位，R档档位为倒档档位。
如前文所述的传感系统，所述第一长度区域磁铁和所述第二长度区域磁铁沿所述转轴的轴向依次排列设置。
如前文所述的传感系统，所述传感磁铁为一体成型件。
如前文所述的传感系统，所述感测单元相对所述传感磁铁设置成：当所述档位转轴处于一选定的空档档位时，所述感测单元与所述传感磁铁沿所述档位转轴的径向对齐。
如前文所述的传感系统，所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分具有相同的极性，且与在第二长度区域磁铁的第二部分的极性不同。
如前文所述的传感系统，所述第二长度区域磁铁的第二部分不设置磁铁。
如前文所述的传感系统，所述第二长度区域磁铁的第二部分空缺或设置非磁体。
现有技术中使用空档传感器感测并输出空档位置，然而这种传感器难以区分前进档位置和倒档位置，从而需要额外的传感器来区分倒档位置。
本发明在一块磁铁上设置第一长度区域以及第二长度区域磁铁，其中第二长度区域磁铁又分为第一部分和第二部分，第二部分的极性反转(或空缺)并对应倒档档位，使得的实际感应电信号与所述的基准磁铁在相对应位置的基准感应电信号不同，从而将档位转轴处于倒档位置与处于前进挡位置的感应电信号区分开，进而可靠指示档位转轴的倒档位置。
在所述档位转轴处在空档位置时，本发明所提供的传感系统计算感应电信号处于空档基准感应电信号范围内，从而产生空档位置信号。
通过本发明提供的传感系统实现了仅设置一块磁铁以及一套电路机械元件感测档位转轴位置，从而有效地实现档位转轴空档位置和倒档位置的探测，降低了制造成本，并减少出故障的机率。同时能在不改变现设计的所有结构部件、尺寸、形状的情况下，兼顾原有的机械工程设计，在仅改变磁铁结构的情况下，并实现本发明的技术效果。
附图说明
下面结合附图，对本发明进一步详细说明：
图1为本发明的传感系统的侧视示意图；
图2a为本发明的一个实施例中的传感系统的俯视示意图；
图2b为本发明的一个实施例中的磁铁装置的立体结构示意图
图2c为本发明的一个实施例中的档位转轴以及磁铁装置的一侧的侧视示意图；
图2d为本发明的一个实施例中的档位转轴以及磁铁装置的另一侧的侧视示意图；
图3a为本发明的第二个实施例中的传感系统的俯视示意图；
图3b为本发明的一个实施例中的磁铁装置的立体结构示意图
图3c为本发明的第二个实施例中的档位转轴以及磁铁装置的一侧的侧视示意图；
图3d本发明的第二个实施例中的档位转轴以及磁铁装置的另一侧的侧视示意图；
图4为本发明的传感装置的模块示意图；
图5a为传感系统对应于档位1-2时在不同旋转角度感测到的磁铁装置的磁感应强度变化的示意图；
图5b为传感系统对应于档位3-4时在不同旋转角度感测到的磁铁装置的磁感应强度变化的示意图；
图5c为传感系统对应于档位5-R时在不同旋转角度感测到的磁铁装置的磁感应强度变化的示意图；
图6A为传感系统1、2、3、4档位在不同旋转角度将磁场信号转换为感应电信号的示意图；
图6B为传感系统5、R档位在不同旋转角度将磁场信号转换为感应电信号的示意图；
图7为本发明的使用基准磁铁的传感系统的俯视示意图。
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为本发明的传感系统的侧视示意图。
如图1所示，传感系统100包括磁铁装置102以及传感装置103。磁铁装置102被安装到档位转轴101上，传感装置103固定设置于磁铁装置102的上方，并且与磁铁装置102分隔开一定距离或间隙。档位转轴101能沿着其自身轴线作直线运动和旋转运动，磁铁装置102随着档位转轴101一起作直线运动和旋转运动。档位转轴101做直线运动时，档位转轴处于空档，档位转轴101做旋转运动时，档位转轴进入相应的前进档或是倒档。当磁铁装置102随着档位转轴101运动时，磁铁装置102可对传感系统104所在的位置(或探测位置)产生磁感应强度变化，进而产生磁场角度变化。当传感装置103受到磁铁装置102的磁感应强度变化的影响时，传感装置103可产生感应电信号。作为示例性的实施例，传感装置103可包括三轴霍尔元件或磁阻(magneto-resistive)传感器，用于响应由磁感应强度变化所引起的磁场角度变化而产生感应电信号。更具体地，传感装置103可以包括载流的半导体膜(current-carrying semi-conductor membrane)，可以在受到垂直于膜表面的磁感应强度变化/磁场变化时产生垂直于电流方向的感应电信号。磁感应强度/磁场在磁铁装置102与传感装置103间的空隙内沿三维坐标(Bx,By,Bz)变化。传感装置103通常被设计为探测沿Bx或By中的两维的磁场变化(图中省略视出三维坐标Bx,By,Bz)。
图2a为第一个实施例的传感系统的俯视示意图。
传感装置103应被示出位于磁铁装置102的上方，为了更好地说明本发明的原理，传感装置103示意性地位于图2a中的档位转轴101侧边，但使用虚线来反映磁铁装置102和传感装置103之间的上述实际位置关系。
如图2a所示，磁铁装置102具有沿转档位转轴101纵向(或长度方向)上的长度L以确保当档位转轴101沿其纵向呈直线地移动时传感装置103始终在磁铁装置102的有效的探测区域内。磁铁装置102具有沿转档位转轴101横向(或宽度方向)上的宽度W以确保当档位转轴101沿其轴线转动时传感装置103始终在磁铁装置102的有效的探测区域内。
图2a也示出了手排挡汽车六个排档与磁铁装置102相对位置。
在图中所示方向中，1、3、5档位于档位转轴101的上侧，而2、4、R档位于档位转轴101的下侧。随着档位转轴101的直线运动，磁铁装置102可以随档位转轴101在空档位置2036(轴线方向)移动。相同于下文中介绍的基准磁铁001的设置方式，随着档位转轴101的转动，磁铁装置102可以随档位转轴101沿其轴向左右作直线移动，在其轴向有三个工作位置(1-2档、3-4档、5-R档)。当磁铁装置102在1-2档工作位置时，向上转动切入1档2031，而向下转动切入2档2032；当磁铁装置102在3-4档工作位置时，向上转动切入3档2033，而向下转动切入4档2034；当磁铁装置102在5-R档工作位置时，向上转动切入5档2035，而向下转动切入R档204。
同时如图2a和图2b所示，磁铁装置102在沿着直线运动方向(即长度方向)上，包括第一长度区域201和第二长度区域磁铁202，第二长度区域磁铁202在横向方向又分为第一部分202.1和第二部分202.2，第一部分202.1和第一长度区域201一体结构且磁极性相同，第二部分202.2与第一部分202.1及第一长度区域201的极性相反。为方便示出，图2b中所示第二部分202.2与第一部分202.1和第一长度区域201分开。事实上，磁铁装置102是为一体结构的。
且第二部分202.2对应倒挡档位204，使得倒挡档位204位置的磁场与其他档位不同。第二部分202.2的面积是第一长度区域201面积的1/6。
在本实施例中，是以反转第二部分202.2的极性来区别倒挡档位204位置的磁场环境的，事实上，以其他方式使得倒挡档位204位置的磁场不同亦可达到相同的目的，例如第二实施例中，将第二部分202.2处空缺。总之只要满足第一长度区域的磁场与第二部分的磁场不同即可。
在本实施例中，磁铁装置102在档位转轴101上的设置要保证以下位置关系：当磁铁装置102处在1-2档或3-4档工作位置或5档204时，传感装置103的感测单元401的探测位置相较于第二长度区域磁铁202更靠近第一区域201；当磁铁装置102处在R档204时，传感装置103的感测单元401的探测位置相较于第一长度区域201更靠近第二长度区域磁铁202的第二部分202.2。
图2b为本发明的第一个实施例中的磁铁装置的立体结构示意图，图2c，图2d分别从两侧示出了档位转轴101以及磁铁装置102。
如图2c所示，从前侧面看，能够看到磁铁装置102在长度方向上包括第一长度区域201以及第二长度区域磁铁202的第二部分202.2，且第一长度区域201与第二长度区域磁铁202的第二部分202.2的磁场方向相反，例如如图2b示例性地将第一长度区域201设置为南极(S)被附接在档位转轴101的表面上，其相对面为北极(N)朝向传感装置103；将第二部分202.2设置为北极(N)被附接在档位转轴101的表面上，其相对面为南极(S)朝向传感装置103。如图2c所示，从后侧面看，仅能看第一长度区域201，其南极(S)被附接在档位转轴101的表面上，其相对面为北极(N)朝向传感装置103。
磁铁装置102与基准磁铁001的区别在于，基准磁铁001不具有磁场不同的第二部分202.2，而磁铁装置102包括第一长度区域201以及磁场不同的第二部分202.2，因而第一长度区域201或连通第二长度区域磁铁202的第一部分202.1也可视为基准磁铁001。
由于磁铁装置102包括第一长度区域201以及第二部分202.2，第一长度区域201与基准磁铁001的相对应位置的磁场方向相同，第二部分202.2与基准磁铁001的相对应位置的磁场方向相反，因此在感测时，磁铁装置102随着档位转轴101运动的过程中，传感装置103感测第一长度区域201的磁感应强度变化而输出的感应电信号与事先存储的基准磁铁001(见图7)的相对应位置的基准感应电信号大致相同，而传感装置103感测第二部分202.2的磁感应强度变化而输出的感应电信号与事先存储的基准磁铁001的相对应位置的基准感应电信号不同。也就是说，由于磁铁装置102处在R档204时，传感装置103的感测单元401的探测位置相较于第一长度区域201更靠近第二部分202.2，而在其他档位时，探测位置更靠近第一长度区域201，因此当磁铁装置102处在R档204时，传感装置103主要感测第二部分202.2的磁感应强度变化，从而输出的感应电信号与事先存储的基准磁铁001的相对应位置的基准感应电信号不同。通过这样的感测方法，将R档与处于和R档重合的前进档(即2档2032以及4档2034)区分开。
具体而言，采用与基准磁铁001同样的感测方法对磁铁装置102随着档位转轴101持续转动进行磁感应强度变化的感测，可以得到如图5a，5b，5c的示意曲线。
图3a为本发明的第二个实施例中的传感系统的俯视示意图；图3b为本发明的一个实施例中的磁铁装置的立体结构示意图，图3c为本发明的第二个实施例中的档位转轴以及磁铁装置的一侧的侧视示意图；图3d本发明的第二个实施例中的档位转轴以及磁铁装置的另一侧的侧视示意图；
本实施例与前一个的实施例的区别在于对于磁铁装置102的设置。具体而言，如图3a，3b，3c以及图3d所示，磁铁装置102在沿着直线运动方向(即长度方向)上，包括第一长度区域磁铁301和第二长度区域磁铁302，第二长度区域磁铁302沿其横向方向分为第一部分302.1和第二部分302.2。
在本实施例中，磁铁装置102在档位转轴101上的设置同样要保证以下位置关系：当磁铁装置102处在1-2档或3-4档工作位置或5档204时，传感装置103的感测单元401的探测位置相较于第二长度区域磁铁302更靠近第一区域磁铁301；当磁铁装置102处在R档204时，传感装置103的感测单元401的探测位置相较于第一长度区域磁铁301更靠近第二长度区域磁铁302。
本实施例中的磁铁装置102与实施例1磁铁装置的区别在于：第二长度区域磁铁302的第二部分302.2不具有磁场。例如如图3a-3d所示，将第一长度区域磁铁301和第二长度区域磁铁302的第一部分302.1设置为南极(S)被附接在档位转轴101的表面上，其相对面为北极(N)朝向传感装置103；将第二长度区域磁铁302的第二部分302.2不设置磁铁(包括空缺或设置非磁体物质)，图3b所示为挖去第二部分302.2，事实上也可以设置为不导磁材料。这样的对于第一长度区域磁铁301和第二长度区域磁铁302的第一部分302.1的设置较之第一实施例中的第二长度区域磁铁302的第二部分302.2的设置更为便捷且节省成本，并且可以不变磁铁装置102原先的设置空间设计。
需要特别指出的是：第二长度区域磁铁202的第一部分202.1与第一长度区域201在轴向方向上保持对其，且磁性相同(差异越小越好)；第二长度区域磁铁202的第二部分202.1与第一长度区域201相邻一侧磁铁磁性相反(保持差异越大越好)。本实施例中的其他装置以及感测方法与第一实施例中相同，详见后文描述。
图4为本发明的传感装置103的模块示意图。
如图4所示，传感装置103包括感测单元401，处理单元402，存储单元403以及指示电路404。感测单元401用于感测磁铁装置102的磁感应强度变化。存储单元403用于存储实际测得磁感应强度变化信号以及基准磁铁001在不同位置的基准感应电信号。处理单元402将感测单元401测得的磁感应强度变化转换为实测的感应电信号，将实测的感应电信号与基准感应电信号比较，从而判断档位转轴101的位置，并当档位转轴101处于空档或倒档位置时，控制指示电路404发出空档或倒档信号。指示电路404根据处理单元402控制，向传感装置103外部发出空档或倒档信号。
在实际感测前，需要存储基准感应电信号，从而用于在实际感测时，将实际测量得到的感应电信号与基准感应电信号比较，进而确定档位转轴101所处的位置。基准感应电信号由对基准磁铁001进行实验而事先获得并存储。
图5a为传感系统对应于档位1-2时在不同旋转角度感测到的磁铁装置的磁感应强度变化的示意图；图5b为传感系统对应于档位3-4时在不同旋转角度感测到的磁铁装置的磁感应强度变化的示意图；图5c为传感系统对应于档位5-R时在不同旋转角度感测到的磁铁装置的磁感应强度变化的示意图。
如图5a，5b所示，第一曲线501为感测单元401感测到的磁铁装置102随着档位转轴101在1档2031与2档2032之间运动时延Bx维度的磁感应强度变化曲线，第二曲线502为感测单元401感测到的磁铁装置102随着档位转轴101在1档2031与2档2032之间运动时延By维度的磁感应强度变化曲线，第三曲线503为感测单元401感测到的磁铁装置102随着档位转轴101在3档2033与4档2034之间运动时延Bx维度的磁感应强度变化曲线，第四曲线504为感测单元401感测到的磁铁装置102随着档位转轴101在3档2033与4档2034之间运动时延By维度的磁感应强度变化曲线。由于当档位转轴101在1-2档，3-4档运动时，传感装置103的感测单元401主要感测第一长度区域201的磁感应强度变化，而第一长度区域201与基准磁铁001相对应位置的磁场方向相同，因此第一曲线501与第三曲线503基本相同，第二曲线502与第四曲线504相同。
根据下文将公开的感测计算方法，对第一曲线501以及第二曲线502进行计算，能够得到如图6中和基准曲线600基本相同的实测线性函数曲线；对第三曲线503以及第四曲线504进行计算，也能够得到如图6中和基准曲线600基本相同的实测线性函数曲线。
如图5c所示，第五曲线505为感测单元401感测到的磁铁装置102随着档位转轴101在5档2035与R档204之间运动时延Bx维度的磁感应强度变化曲线，第六曲线506为感测单元401感测到的磁铁装置102随着档位转轴101在5档2035与R档204之间运动时延By维度的磁感应强度变化曲线。档位转轴101在5-R档运动时，在5档附近时，传感装置103主要感测第一长度区域201的磁感应强度变化，随着档位转轴101自空档2036向R档204转动，传感装置103主要感测第二部分202.2的磁感应强度变化，第二部分202.2与基准磁铁001相对应位置的磁场方向相反。因此，如5c所示，第五曲线505与第六曲线506在左端(即R档位置)其感应电信号数值分别与第一曲线501与第二曲线502的左端的感应电信号数值区别较大，而在曲线其他部分则分别与第一曲线501与第二曲线502基本相同。进而，根据下文的感测计算方法，对第五曲线505以及第六曲线506进行计算，能够得到如图6中实测曲线602。
图6A为传感系统1、2、3、4档位在不同旋转角度将磁场信号转换为感应电信号的示意图；图6B为传感系统5、R档位在不同旋转角度将磁场信号转换为感应电信号的示意图；
在图6A和图6B中，横坐标表示旋转角度，纵坐标表示传感装置103输出的感应电信号。本发明中采用脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)，还可以使用其他业内所公知的信号方式，例如电压信号(V)、单边半字节传输信号(SENT)、串行外设接口信号(Serial Peripheral Interface、SPI)等。在图6A和图6B中，基准曲线600表示基准磁铁001在不同位置的感应电信号。基准曲线600为线性函数曲线。基准曲线600的具体计算方式如下。
第一曲线501表示传感装置103中的感测单元401感测到的传感磁铁102随着档位转轴101在1档2031与2档2032之间运动时延Bx维度的磁感应强度变化曲线，第一曲线501为余弦形函数线。第二曲线502表示传感装置103感测到的传感磁铁102随着档位转轴101在1档2031与2档2032之间运动延By维度的磁感应强度变化曲线，第二曲线502为正弦形函数线。
处理单元402根据感测单元401测得第一曲线501以及第二曲线502存储到存储单元403中，然后将第一曲线501以及第二曲线502转换成符合如图6中所示的呈线性函数的基准曲线600的感应电信号的前半段。
处理单元402通过以下方式进行计算：
(1)测量得到By和Bx对应于机械行程的二维关系。预先测量多组磁感应强度By和Bx对应档位转轴101的实际机械运动位置。
(2)建立磁场角度θ和档位转轴101机械行程的二维关系：
θ＝atan2(By/Bx)*180/π；
(3)建立输出感应电信号(V)与磁场角度θ的函数关系：
V＝slope(Angle calibrated voltage)*Angle+intercept(Angle calibratedvoltage)；
从而得到图6所示的输出曲线。其中，slope(Angle calibrated voltage)函数是标定角度对应输出电压值所成拟合曲线的斜率，intercept(Angle calibrated voltage)函数是标定角度对应输出电压值所成拟合曲线的截距。Angle是磁场角度θ，Anglecalibrated voltage是角度校准电压。
由于前进档位和倒挡分别可以得到自己单独的机械行程与输出电信号V的二维线性关系建立多组二维关系数组所以通过比较测得的电信号V’落在上述哪组二维关系中可以判断当前处于前进挡还是倒挡，详见后文描述。
用同样的方法，将第三曲线503、第四曲线504、第五曲线505、第六曲线506转换成符合如图6中所示的呈线性函数的基准曲线600的感应电信号。对于传感磁铁102而言，传感装置103对应于档位3-4以及档位5-R时在不同旋转角度感测到的磁感应强度变化，与对应于档位1-2时在不同旋转角度感测到的磁感应强度变化相同，因此应于档位3-4以及档位5-R，能够生成同样的基准曲线600，在此不再赘述。
由于档位转轴101在旋转运动中，1档2031,3档2033,5档2035旋转的角度相同，2档2032,4档2034和R档204旋转的角度相同，因此在图6A的实测曲线601中，其与基准曲线600基本重合或是平行。
传感装置103感测基准磁铁001在1,3,5档的基准感应电信号相同，即PWM数值位于第一数值区域606，在2,4,R档的基准感应电信号相同，即PWM数值位于第三数值区域604。传感装置103感测基准磁铁001在空档2036的基准感应电信号位于第二数值区域605。
由以上对基准磁铁001的设置以及感测可看出，传感装置103能够将空档2036与其他档位的感应电信号进行区分，然而难以区分R档204与处于和R档204位置重合的前进挡(例如，2档2032,4档2034)。
至于怎样判断档位转轴101是处于R档204位置还是处于和R档204重合的前进档位置。
又如图6B所示，实测曲线602在左半段与基准曲线600基本相通，但在经过空档位置后，随着角度变大，实测曲线602逐渐偏离基准曲线600，在本实施例中实测曲线602的感应电信号大于相同角度位置的基准曲线600的感应电信号值，而当偏离超过一定范围，即感应电信号大于阈值时，表示档位转轴101进入R档204位置。
根据以上描述可以看出，判断档位转轴101是处于R档204位置还是处于和R档204重合的前进档位置(例如，2档2032,4档2034)，则可以将一个具体直线运动位置和一个具体旋转运动位置上实际感测到的感应电信号与档位转轴101在该具体直线运动位置和该具体旋转运动位置上模拟到的感应电信号的差值与阈值进行比较，如果差值大于阈值，则判断档位转轴101处于R档204位置，如果小于或等于阈值，则判断档位转轴101处于和R档204重合的前进档位置。
因此，如图6B所示，根据实测曲线602，当输出PWM数值与第三数值区域604中的数值相比大于阈值，即数值位于第四数值区域603，则表示档位转轴101处于R档。
以下是感测空档位置的操作：
在实际使用时，处理单元402计算感应电信号处于空档基准感应电信号范围，即第二数值区域605内时，处理单元402指示指示电路404产生空档位置信号，具体步骤如下：
在实际使用时，当档位转轴101作直线运动时，传感装置103感测磁铁装置102的磁感应强度和/或磁场分布，感应到并产生具有正弦和余弦形状的两个磁感应强度信号。
根据前文的数学公式，处理单元402将具有正弦和余弦形状的两个磁感应强度信号转换成一个感应电信号(输出信号或一个数值)。该感应电信号应落在如图6B所示的实测曲线602上。
处理单元402将所得到的感应电信号与存储在存储单元403中的空档基准感应电信号范围，即第二数值区域605范围进行比较。当处理单元402判断得到的感应电信号在第二数值区域605范围内，处理单元402判断档位转轴101在空档位置上。
处理单元402判断档位转轴101在空档位置上时，处理单元402指示指示电路404向传感装置103外部发出空档位置信号。
以下是感测R档位置的操作：
在实际使用时，处理单元402计算感应电信号，当感应电信号与第三数值区域604中的数值相比，差值大于阈值，并且感应电信号处于R档基准感应电信号范围，即第四数值区域603范围内时，处理单元402指示指示电路404产生R档位置信号，具体步骤如下：
在实际使用时，当档位转轴101在5-R档工作位置时，并且向左转动，从空档2036切入R档204时，传感装置103感测磁铁装置102的磁感应强度和/或磁场分布，感应到并产生具有正弦和余弦形状的两个磁感应强度信号。
根据前文数学公式，处理单元402将具有正弦和余弦形状的两个磁感应强度信号转换成一个感应电信号(输出信号或一个数值)。该感应电信号应落在如图6B所示的实测曲线602上。
处理单元402将所得到的感应电信号与存储在存储单元403中的第三数值区域604中的数值(例如取第三数值区域604中的最大值，又或是从小到大依次比完)进行比较。当处理单元402判断得到的感应电信号与该第三数值区域604中的数值的差值大于阈值，并且感应电信号处于R档基准感应电信号范围，即第四数值区域603范围内时处理单元402判断档位转轴101在R档位置上。当处理单元402判断得到的感应电信号与该第三数值区域604中的数值的差值小于等于阈值时，处理单元402判断档位转轴101在和R档204重合的前进档位置。
处理单元402判断档位转轴101在R档位置上时，处理单元402指示指示电路404向传感装置103外部发出空档位置信号。
执行以上感测空档以及R档位置的操作的程序、指令集、或数据可以被储存在存储单元403中，并能够被处理单元402执行或调用。
图7为本发明的使用基准磁铁的传感系统的俯视示意图。
传感装置103应被示出位于基准磁铁001的上方，为了更好地说明本发明的原理，传感装置103示意性地位于图7中的档位转轴101侧边，但使用虚线来反映基准磁铁001和传感装置103之间的上述实际位置关系。如图7所示，基准磁铁001整体设置为南极(S)被附接在档位转轴101的表面上，其相对面为北极(N)朝向传感装置103。
图7示出了手排挡汽车六个排档与基准磁铁001相对位置。档位转轴101在作直线运动的行程内定义出数个前进挡位置和一个倒档位置，1档2031、3档2033、5档2035位于档位转轴101的上侧，而2档2032、4档2034、倒档(R档)204位于档位转轴101的下侧。随着档位转轴101的直线运动，基准磁铁001可以随档位转轴101在空档位置2036移动。随着档位转轴101的直线运动，在其轴向定义了三个工作位置(1-2档、3-4档、5-R档)，随着档位转轴101的转动，基准磁铁001可以随档位转轴101沿其径向左右作直线移动，当基准磁铁001在1-2档工作位置时，向上转动切入1档2031，而向下转动切入2档2032；当基准磁铁001在3-4档工作位置时，向上转动切入3档2033，而向下转动切入4档2034；当基准磁铁001在5-R档工作位置时，向上转动切入5档2035，而向下转动切入R档204。根据以上描述可知，档位转轴101在作相同角度的旋转运动中，1档2031,3档2033,5档2035位置重合，至少有一个前进挡(例如2档2032,4档2034)和R档204位置重合。
传感装置103感测基准磁铁001随着档位转轴101移动而在不同位置的感应电信号601，并将基准磁铁001不同位置的感应电信号601作为基准感应电信号存储在存储单元403中。
根据第一实施例以及第二实施例，对于第一长度区域以及第二长度区域的设置，只要满足第一长度区域的磁感应强度与第二长度区域的磁感应强度不同即可。
另外需要注意的是，在其他的实施例中，也可以将第一实施例以及第二实施例中的磁铁装置102作为基准磁铁，将第一实施例以及第二实施例中的基准磁铁001作为磁铁装置。同时将第一实施例以及第二实施例中的实测曲线602作为基准曲线，将基准曲线600作为实测曲线。
上述描述的各实施例中的技术特征可以进行任意组合。以上是本发明的实施例以及附图，上述实施例和附图并非用于限制本发明的权利范围，凡以相同的技术手段、或为下述权利要求内容所涵盖的权利范围而实施的，均不脱离本发明的范畴而是申请人的权利范围。

Claims (23)

1.一种用于感测档位转轴位置的传感系统，所述档位转轴在其轴向上设置有数组档位位置；所述数组档位位置包括沿所述档位转轴轴向设置的数个空档档位和在该空档档位两侧相对设置的数对运动档位；所述运动档位中的一个是倒档档位，其余档位都是前进档位，其特征在于所述传感系统包括：
传感磁铁，所述传感磁铁固定设置在所述档位转轴上，随所述档位转轴运动，所述传感磁铁在沿着轴向分为第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁，所述第二长度区域磁铁沿其横向方向分为第一部分和第二部分；所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分具有相同的极性，且与在第二长度区域磁铁的第二部分的极性不同，或者所述第二长度区域磁铁的第二部分不设置磁铁；及
感测单元，所述感测单元设置成感测所述传感磁铁随所述档位转轴运动时的磁场变化，并产生对应的感应电信号；所述感应电信号与一预先确定的基准感应电信号进行比较，以指示所述档位转轴处于前进档档位还是倒档档位。
2.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述第一长度区域磁铁产生第一形式的磁场变化；
所述第二长度区域磁铁产生第二形式的磁场变化；
感测单元感测所述传感磁铁随所述档位转轴运动时的第一形式的磁场变化第二形式的磁场变化产生所述感应电信号。
3.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于还包括：
存储单元，所述存储单元存储有所述感测单元感测一基准磁铁在档位转轴运动时的所述基准感应电信号；
处理单元，所述处理单元接收所述感应电信号，与所述基准感应电信号进行比较，以判断所述档位转轴所处的档位位置。
4.根据权利要求3所述的传感系统，其特征在于：
当所述感应电信号与所述基准感应电信号的差值小于或等于阈值，判断所述档位转轴处于前进档档位；
当所述感应电信号与所述基准感应电信号的差值大于阈值，判断所述档位转轴处于倒档档位。
5.根据权利要求3所述的传感系统，其特征在于：
当所述感应电信号与所述基准感应电信号的差值小于或等于阈值，判断所述档位转轴处于前进档档位。
6.根据权利要求3所述的传感系统，其特征在于：
所述基准感应电信号包括一最大值基准感应电信号；
当所述感应电信号与所述最大值基准感应电信号的差值大于阈值，判断所述档位转轴处于倒档档位。
7.根据权利要求3所述的传感系统，其特征在于：
所述基准感应电信号具有信号基准值，不同的信号基准值代表多个前进档档位的位置和倒档档位的位置。
8.根据权利要求4所述的传感系统，其特征在于还包括：
指示电路，所述指示电路与所述处理单元相连；
在所述处理单元判断所述档位转轴处于前进档档位时，所述处理单元将所述指示电路置成第一状态；
在所述档位转轴出于倒档档位时，所述处理单元将所述指示电路置成第二状态。
9.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分的磁场方向在与所述档位转轴接触的一侧为第一极性，在远离所述档位转轴的侧为第二极性；
所述第二长度区域磁铁的第二部分的磁场方向在与所述档位转轴接触的一侧为第二极性，在远离所述档位转轴的一侧为第一极性。
10.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分的磁场方向在与所述档位转轴接触的一侧为第一极性，在远离所述档位转轴的侧为第二极性；
所述第二长度区域磁铁的第二部分空缺或是为非磁体。
11.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述传感磁铁为一体成型件。
12.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分为一体结构。
13.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述感测单元是一个单独的霍尔感测单元。
14.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述感测单元是霍尔感测单元。
15.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述感测单元为三轴霍尔感应单元。
16.根据权利要求3所述的传感系统，其特征在于：
所述基准磁铁为第一长度区域磁铁。
17.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述数组档位位置为三对档位，分别为：
第一对档位为：1档档位和2档档位；
第二对档位为：3档档位和4档档位；
第三对档位为：5档档位和R档档位，
其中1档、2档、3档、4档、和5档档位为前进档档位，R档档位为倒档档位。
18.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述第一长度区域磁铁和所述第二长度区域磁铁沿所述转轴的轴向依次排列设置。
19.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述传感磁铁为一体成型件。
20.根据权利要求1所述的传感系统，其特征在于：
所述感测单元相对所述传感磁铁设置成：当所述档位转轴处于一选定的空档档位时，所述感测单元与所述传感磁铁沿所述档位转轴的径向对齐。
21.根据权利要求1-20任一项所述的传感系统，其特征在于：
所述第一长度区域磁铁和第二长度区域磁铁的第一部分具有相同的极性，且与在第二长度区域磁铁的第二部分的极性不同。
22.根据权利要求1-20任一项所述的传感系统，其特征在于：
所述第二长度区域磁铁的第二部分不设置磁铁。
23.根据权利要求22所述的传感系统，其特征在于：
所述第二长度区域磁铁的第二部分空缺或设置非磁体。
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