CN117419633A - 用于确定车辆中沿移动轨迹移动的主体的位置的位移传感器组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定车辆中沿移动轨迹移动的主体的位置的位移传感器组件，具有：产生装置，被实施为至少在移动主体的一个位移上产生具有至少两个相互垂直的分量的磁场，其中一个分量垂直于移动轨迹延伸；第一测量装置，对所产生的磁场的相互垂直的分量中的至少两个分量敏感，并且被实施为跨越至少一个测量平面，并根据相互垂直的两个分量的值对来确定移动主体在其移动轨迹上的位置；第二测量装置，被实施为检测至少两个相互垂直的分量中的一个分量的瞬时值并将其与阈值进行比较以确定切换点；其中产生装置或测量装置被限定为与移动主体连接，以便相对于彼此移动，其中通过第一测量装置和第二测量装置关于移动轨迹的共同定向来定义切换点。

Description

用于确定车辆中沿移动轨迹移动的主体的位置的位移传感器 组件

技术领域

本发明涉及一种用于确定车辆中沿运动轨迹运动的主体的位置的位移传感器组件。本发明的主题还包括一种具有用于确定制动踏板位置的这种位移传感器组件的车辆。

背景技术

根据现有技术，磁性线性位移传感器评估二维平面中的磁通密度矢量的磁角，以检测车辆中的踏板、特别是制动踏板的踏板位移。通过适当的变换方法，将磁角转换为表示踏板位移的线性输出信号。由于市场上可用的评估和控制电路(通常被实施为ASIC(专用集成电路))的功耗较高，因此使用唤醒功能以将系统从休眠状态中唤醒。

由DE 10 2008 006 238 A1已知一种用于确定沿轨迹移动的移动主体的位置的磁传感器。该传感器包括产生装置和测量装置，其中产生装置确保产生具有相互垂直的两个分量的磁感应，其中一个分量垂直于轨迹延伸，测量装置对磁感应的两个相互垂直的分量敏感，并且根据这两个分量的感应值对来确定移动主体的位置。用于产生磁感应的装置包括至少两个磁体，其磁轴具有相反的方向并且在此在平行于线性轨迹或与圆形轨迹相切的同一线性方向上延伸。

发明内容

根据本发明的用于确定在车辆中沿移动轨迹移动的主体的位置的位移传感器组件具有如下优点，即可以通过第二测量装置基于磁通密度在可预定的切换点实现取决于移动轨迹的切换函数或激活函数。有利地，可以通过位移传感器组件的第一测量装置和第二测量装置的共同定向来优化移动轨迹上的测量磁场的曲线，使得切换点位于所期望或预定的位置，并且即使在移动轨迹较长的情况下也不再会达到。

根据本发明的位移传感器组件的实施方式例如可以用于与移动主体耦联的车辆制动踏板，其中制动踏板的踏板位移预定了移动主体的移动轨迹。切换功能或激活功能例如可以表示唤醒功能和/或制动灯功能，其可以在预定的切换点由制动踏板激活。通过唤醒功能例如可以简单地经由制动踏板来激活相应车辆的电气系统。制动灯功能例如可以用作用于激活制动灯的倒退解决方案，以指示出手动触发的制动过程。通过位移传感器组件的第一测量装置和第二测量装置的共同定向，切换点的位置可以简单地适配于不同的要求。由此，用于激活车辆系统的唤醒功能以及制动灯功能均可被实现，因为制动灯即使在制动踏板的移动轨迹或踏板位移较长的情况下也可保持激活，而不会又熄灭。因此，唤醒功能和制动灯功能的实现可以仅利用一个传统的磁性开关元件来实现，这使得可以显著地节省成本。

本发明的实施方式提供了一种位移传感器组件，其用于确定车辆中沿移动轨迹移动的主体的位置，其包括：产生装置，产生装置被实施为至少在移动主体的一个位移上产生具有至少两个相互垂直的分量的磁场，其中一个分量垂直于移动轨迹延伸；第一测量装置，第一测量装置对所产生的磁场的相互垂直的分量中的至少两个相互垂直的分量敏感，并且被实施为跨越至少一个测量平面，并且根据相互垂直的两个分量的值对来确定移动主体在其移动轨迹上的位置；和第二测量装置，第二测量装置被实施为检测至少两个相互垂直的分量中的一个分量的瞬时值，并且将瞬时值与阈值进行比较以确定切换点。产生装置或测量装置被限定为与移动主体连接，以便相对于彼此移动。在此，通过第一测量装置和第二测量装置关于移动轨迹的共同定向来定义切换点。

此外，提出了一种具有包括制动踏板的制动系统的车辆。在此，制动踏板的位置通过这样的位移传感器组件来确定。

在下文中第一测量装置被理解为具有至少一个测量元件的测量装置，该测量元件被实施为对至少两个相互垂直的测量方向敏感。第一测量装置优选地包括至少两个测量元件，其布置在共同的器件中并且被实施为分别对一个优选的测量方向敏感，其中不同测量元件的优选测量方向相互垂直。在此，至少两个测量元件的测量方向可跨越共同的测量平面，或者布置在其法线相互平行的彼此移位的测量平面中。此外，第一测量装置对于磁场的相互垂直的每一个待检测分量可以具有两个测量元件，其被布置为在相同的空间方向上彼此间隔开。

在下文中第二测量装置被理解为具有对一个优选测量方向敏感的至少一个测量元件的测量装置。

通过在下文中列出的措施和改进方案，可以有利地改进以上所说明的位移传感器组件和车辆。

特别有利的是，测量装置可以被布置在公共电路载体上和/或公共器件壳体中。在此，公共电路载体和/或公共器件壳体可以被实施为可围绕轴线旋转，其对应于第一测量装置的至少一个测量平面的法线。这以有利的方式使得可通过公共电路载体和/或公共器件壳体的机械倾斜或旋转容易地移动切换点。通常，测量装置被定向和固定为与产生装置的表面平行，其中该预定位置由于传统系统的机械结构无法改变。通过公共电路载体和/或公共器件壳体相对于移动轨迹的可能的机械倾斜或旋转，可以根据倾斜角度或旋转角度按照客户要求最佳地调整切换点。通过倾斜或旋转到正角度会使可能的切换点朝更小的位移移动。

在位移传感器组件的有利设计方案中，可以预先确定公共电路载体和/或公共器件壳体相对于移动轨迹的旋转位置，以便定义切换点。这可以例如通过使用仿真和/或试验装置针对预定的系统设计来进行。切换阈值优选地在生产线末端仍可以单独校准，以便使安装公差对切换点的影响最小化。

在位移传感器组件的另一有利设计方案中，可以分别从如下两个测量值中差分地确定各个值对的至少两个相互垂直的分量，第一测量装置的在相同空间方向上彼此在空间上间隔开的两个测量元件可以检测这两个测量值。这种对至少两个相互垂直的分量的差分检测使得可以对磁场的分量进行抗干扰检测。

在位移传感器组件的另一有利设计方案中，第一测量装置可以包括：对磁场的至少两个相互垂直的分量敏感的磁角度传感器；以及第一评估和控制单元，其被实施为接收磁角度传感器的输出信号，将输出信号转换为对应的磁角度值，并且针对每个磁角度值确定处于移动中的主体的位置。在此，磁场的第一分量的测量值可以表示磁角度的正弦值，并且磁场的第二分量的测量值可以表示磁角度的余弦值。磁角度传感器优选地被实施为具有至少两个检测方向的霍尔传感器。移动主体的当前位置的确定可以优选地基于两个相互垂直的分量的反正切函数或近似反正切函数。近似反正切函数优选地相应于线性反正切函数。

在位移传感器组件的另一有利设计方案中，第二测量装置可以包括：磁通密度传感器，磁通密度传感器对磁场的至少两个垂直分量中的一个分量敏感，并且被实施为检测有效磁通密度的瞬时值；以及第二评估和控制单元，第二评估和控制单元被实施为将有效磁通密度的瞬时值与阈值进行比较，并且确定是否已达到预定切换点。在此，第二评估和控制单元可以进一步被实施为当达到预定切换点时输出至少一个激活信号。因此，第一激活信号例如可以被设计成作为唤醒信号激活至少第一评估和控制单元。当然，通过相应的激活信号也可以激活或唤醒其他电气或电子系统。因此，第二激活信号例如可以被设计为激活车辆的制动灯功能。磁通密度传感器优选地被实施为具有一个检测方向的霍尔传感器。

在本文中，第一评估和控制单元以及第二评估和控制单元可以被理解为可预处理、处理或评估所检测的传感器信号的电气组件和电路。评估和控制单元可以分别具有可基于硬件和/或软件构造的接口。在基于硬件的构造方式中，接口例如可以是所谓的ASIC系统的包含单个评估和控制单元各种功能的部分。而还可行的是，接口是单独的集成电路或者至少部分地由分立元件组成。在基于软件的构造方式中，接口可以是例如与其他软件模块并存于微控制器上的软件模块。还有利的是具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在诸如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器的机器可读的载体上，并且当程序由第一评估和控制单元和/或由第二评估和控制单元和/或由上级控制单元运行时用于执行评估。

在位移传感器组件的另一有利设计方案中，移动轨迹可以例如预定移动主体的线性移动或圆形移动。

在位移传感器组件的另一有利设计方案中，产生装置可以具有至少两个磁体，至少两个磁体的磁轴具有相反的方向。在此，该至少两个磁体可以在平行于线性移动轨迹或与圆形移动轨迹相切的同一线性方向上延伸。磁体可以被布置为沿线性移动轨迹或沿与圆形移动轨迹相切的方向彼此间隔开。产生装置的这种实施方式与磁性角度传感器相结合特别适用于在移动轨迹上主体的位置确定。替代地，产生装置可以包括至少一个具有专用磁化(例如表面磁化或螺旋形磁化)的磁体，以便产生具有至少两个相互垂直的分量的磁场。

附图说明

附图中示出了本发明的实施例，并且将在以下说明中更详细地解释。在附图中，相同的参考标记表示执行相同或相似功能的组件或元件。

图1示出了根据本发明的位移传感器组件的实施例的示意图，其用于确定在车辆中沿移动轨迹移动的主体的位置。

图2示出了用于图1中根据本发明的位移传感器组件的电子器件的实施例的示意图。

图3示出了不同的磁通密度曲线关于图1中移动主体所经过的位移的磁通密度-位移特征图。

具体实施方式

如从图1至图3中可见，用于确定在车辆中沿移动轨迹BB移动的主体3的位置的本发明位移传感器组件1的图示实施例包括：产生装置5，产生装置5至少在移动主体3的一个位移上产生具有至少两个相互垂直的分量Bx、By、Bz的磁场，其中一个分量垂直于移动轨迹BB延伸；第一测量装置16，第一测量装置16对所产生的磁场的相互垂直的分量中的至少两个相互垂直的分量By、Bz敏感，并且跨越至少一个测量平面，并且根据相互垂直的两个分量By、Bz的值对来确定移动主体3在其移动轨迹BB上的位置；以及第二测量装置18，第二测量装置18检测至少两个相互垂直的分量Bx、By、Bz中的一个分量的瞬时值，并且将瞬时值与阈值SW进行比较以确定切换点SP。产生装置5或测量装置16、18被设计为与移动主体3连接，以相对于彼此移动。在此，切换点SP通过第一测量装置16和第二测量装置18关于移动轨迹BB的共同定向来定义。

在所示实施例中，可移动主体3是活塞3A，其与车辆制动系统的未详细示出的制动踏板耦联。在所示实施例中，移动轨迹BB预定了活塞3A的线性移动，该活塞在制动系统的液压单元9中可滑动移动地被支承。在此，S为活塞3A所经过的位移，其相应于制动踏板的踏板位移。

从图1中可以进一步看出，产生装置5具有两个磁体5A、5B，其磁轴具有相反的方向。在所示的实施例中，产生装置5的两个磁体5A、5B布置在活塞3A中，并且在平行于线性移动轨迹BB的同一线性方向上延伸。所示两个磁体5A、5B的有效表面位于x-y平面中。磁体5A、5B沿线性移动轨迹BB或沿纵向y相对于彼此具有预定的距离。

在位移传感器组件1的未示出的替代实施例中，移动轨迹BB预定了移动主体3的圆形移动。在该替代实施例中，两个磁体5A、5B在与圆形移动轨迹相切的同一线性方向上延伸。磁体5A、5B沿与圆形移动轨迹相切的方向相对于彼此具有预定的距离。

从图1和图2可以进一步看出，测量装置16、18是传感器单元10的一部分，其圆柱形壳体12布置在车辆制动系统的液压单元9的容纳孔9.1中。特别是从图2中可以看出，第一测量装置16和第二测量装置18被布置在电子器件19的公共器件壳体19A中，该电子器件19在此被实施为专用集成电路(ASIC)，并且被布置在电路载体13上。容纳孔9.1以如下方式插入液压单元9中，使得在公共器件壳体19A和产生装置5的磁体5A、5B之间形成具有预定高度的气隙7。从图2中可以进一步看出，第一测量装置16包括磁角度传感器16A，其在所示实施例中对磁场的沿纵向y延伸的第一分量By和沿垂向z延伸的第二分量Bz敏感，其中第一分量By和第二分量Bz相互垂直地延伸。此外，第一测量装置16包括第一评估和控制单元14A，其接收磁角度传感器16A的输出信号，将输出信号转换为对应的磁角度值，并且对于沿位移S的每个磁角度值确定移动主体3的位置。在所示实施例中，磁场的第一分量By的测量值表示磁角度的正弦值，并且磁场的第二分量Bz的测量值表示磁角度的余弦值。移动主体3的当前位置的确定在图示中基于两个相互垂直的分量Bz、By的线性反正切函数。在所示实施例中，第二测量装置18包括通量密度传感器18A以及第二评估和控制单元14B，其对磁场的至少两个垂直的分量By、Bz中的一个敏感，检测与沿纵向y延伸的磁场第一分量By相对应的有效通量密度的瞬时值，第二评估和控制单元14B将有效通量密度或第一分量By的瞬时值与阈值SW进行比较，并且确定是否达到了预定的切换点SP。此外，当达到预定切换点SP时，第二评估和控制单元14B输出至少一个激活信号。在所示实施例中，第二评估和控制单元14B输出第一激活信号作为唤醒信号，以激活至少第一评估和控制单元14A。当然，通过相应的激活信号也可以激活或唤醒其他电气或电子系统。此外，第二评估和控制单元14B输出第二激活信号，其激活车辆的制动灯功能。

在所示的实施例中，磁性角度传感器16A与第一评估和控制单元14A以及磁通密度传感器18A与第二评估和控制装置14B被构造在公共电子器件19中，并且被布置在优选被实施为模具壳体的公共器件壳体19A中。替代地，磁角度传感器16A与第一评估和控制单元14A可以被构造在第一电子器件中并且布置在第一器件壳体中，并且磁通密度传感器18A与第二评估和控制单元14B可以被构造在第二电子器件中并且布置在第二器件壳体中。此外，第一电子器件和第二电子器件可以被布置在公共器件壳体中。作为其他替代方案，两个评估和控制单元14A、14B可以被布置在电路板13上的公共器件壳体19A的外部。

从图2中可以进一步看出，磁角度传感器16A和磁通密度传感器18A在纵向y上彼此以一定距离并排布置。在未示出的替代实施例中，磁角度传感器16A和磁通密度传感器18A在横向x上彼此以一定距离并排布置。

在位移传感器组件1的未示出的替代实施例中，从两个测量值中分别差分地确定各个值对的两个相互垂直的分量Bz、By。这意味着，第一测量装置16的每两个在同一空间方向上彼此在空间上间隔开的测量元件分别检测两个测量值，然后从中通过求差来确定对应的测量值。

下面参考图1和图3说明第一测量装置16和第二测量装置18的共同定向过程。在所示实施例中，电路载体13抗扭地与传感器单元10的壳体12连接。因此，公共电路载体13和公共器件壳体19A可以随着传感器单元10的壳体12围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线相应于第一测量装置16的至少一个测量平面的法线。在所示实施例中，旋转轴线沿横向x延伸。在此，在所示实施例中通过仿真预先确定传感器单元10的壳体12连同公共电路载体13和公共器件壳体19A相对于移动轨迹BB的旋转位置。为了说明第一测量装置16和第二测量装置18的共同定向过程，在图1中示出了针状位置指示器11，其可以沿正方向(+)或负方向(-)倾斜或旋转。在图3中，仅参考性地示出了以实线表示的垂向z上磁通密度的特征曲线Bz，其相应于磁场的第二分量。对于沿纵向y或沿移动轨迹BB延伸的相应于磁场第二分量的磁通密度By，根据传感器单元10或传感器壳体12的倾斜角度示出了多个特征曲线By_0、By_5、By_10、By_15、By_-5、By_-10、By_-15。根据倾斜角度，可以按照客户要求调整切换点SP。在此，实线的特征曲线By_0示出了在0°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。与阈值对应的交叉点被示出作为切换点SP。以虚线表示的特征曲线By_5示出了在逆时针5°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。以点划线表示的特征曲线By_10示出了在逆时针10°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。以点线表示的特征曲线By_15示出了在逆时针15°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。通过向逆时针方向的正角度倾斜，由于沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线的移动，可能的切换点向更短的位移S转移。以短虚线表示的特征曲线By_-5示出了在顺时针-5°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。以长虚线表示的特征曲线By_-10示出了在顺时针-10°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。以长点划线表示的特征曲线By_-15示出了在顺时针-15°的倾斜角度下沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线。通过向顺时针方向的负角度倾斜，由于沿纵向y或沿移动轨迹BB的磁通密度曲线的移动，可能的切换点向更长的位移S转移。

Claims (15)

1.一种用于确定车辆中沿移动轨迹(BB)移动的主体(3)的位置的位移传感器组件(1)，具有：

产生装置(5)，所述产生装置被实施为至少在所述移动的主体(3)的一个位移上产生具有至少两个相互垂直的分量(Bx、By、Bz)的磁场，其中一个分量垂直于所述移动轨迹(BB)延伸；

第一测量装置(16)，所述第一测量装置对所产生的磁场的相互垂直的分量中的至少两个相互垂直的分量(By、Bz)敏感，并且被实施为跨越至少一个测量平面，并且根据所述相互垂直的两个分量(By、Bz)的值对来确定所述移动的主体(3)在其移动轨迹(BB)上的位置；和

第二测量装置(18)，所述第二测量装置被实施为检测所述至少两个相互垂直的分量(Bx、By、Bz)中的一个分量的瞬时值，并且将所述瞬时值与阈值(SW)进行比较以确定切换点(SP)；

其中所述产生装置(5)或所述测量装置(16、18)被限定为与所述移动的主体(3)连接，以便相对于彼此移动，其中通过所述第一测量装置(16)和所述第二测量装置(18)关于所述移动轨迹(BB)的共同定向来定义所述切换点。

2.根据权利要求1所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述测量装置(16、18)被布置在公共电路载体(13)上和/或公共器件壳体(19A)中。

3.根据权利要求2所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述公共电路载体(13)和/或所述公共器件壳体(19A)被实施为能够围绕轴线旋转，所述轴线对应于所述第一测量装置(16)的至少一个测量平面的法线。

4.根据权利要求3所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，预先确定所述公共电路载体(13)和/或所述公共器件壳体(19A)关于所述移动轨迹(BB)的旋转位置以定义所述切换点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，能够分别从如下两个测量值中差分地确定各个所述值对的所述至少两个相互垂直的分量(By、Bz)，所述第一测量装置(16)的在相同空间方向上彼此在空间上间隔开的两个测量元件检测所述两个测量值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述第一测量装置(16)包括：

磁角度传感器(16A)，所述磁角度传感器对所述磁场的所述至少两个相互垂直延伸的分量(By、Bz)敏感；以及

第一评估和控制单元(14A)，所述第一评估和控制单元被实施为接收所述磁角度传感器(16A)的输出信号，将所述输出信号转换为对应的磁角度值，并且针对每个磁角度值确定处于移动中的所述主体(3)的位置。

7.根据权利要求6所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述移动的主体(3)的当前位置的确定基于所述两个相互垂直的分量(Bz、By)的反正切函数或近似反正切函数。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述第二测量装置(18)包括：

磁通密度传感器(18A)，所述磁通密度传感器对所述磁场的所述至少两个相互垂直延伸的分量(By、Bz)中的一个分量敏感，并且被实施为检测有效磁通密度的瞬时值；以及

第二评估和控制单元(14B)，所述第二评估和控制单元被实施为将所述有效磁通密度的瞬时值与所述阈值(SW)进行比较，并且确定是否已达到预定的所述切换点(SP)，其中所述第二评估和控制单元(14B)还被实施为当达到预定的所述切换点时输出至少一个激活信号。

9.根据权利要求8所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，第一激活信号被限定作为激活至少所述第一评估和控制单元(14A)的唤醒信号。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述移动轨迹(BB)预定了所述移动的主体(3)的线性移动或圆形移动。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述产生装置(5)具有至少两个磁体(5A、5B)，所述至少两个磁体的磁轴具有相反的方向。

12.根据权利要求11所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述至少两个磁体(5A、5B)在平行于线性的所述移动轨迹(BB)或与圆形的所述移动轨迹相切的同一线性方向上延伸，其中所述磁体(5A、5B)被布置为沿线性的所述移动轨迹(BB)或沿与圆形的所述移动轨迹相切的方向彼此间隔开。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的位移传感器组件(1)，其特征在于，所述产生装置(5)包括至少一个具有专用磁化的磁体(5A、5B)。

14.一种具有制动系统的车辆，所述制动系统包括制动踏板(3A)，其中所述制动踏板(3A)的位置通过根据权利要求1至13中任一项所实施的位移传感器组件(1)来确定。

15.根据权利要求14所述的车辆，其特征在于，第二激活信号被限定为激活所述车辆的制动灯功能。