CN205403688U - 一种具有休眠功能的离合器活塞位置感测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有休眠功能的离合器活塞位置感测系统，用于感测离合器活塞在一个行程内的运动位置，其包括：设置在活塞上磁铁装置，随活塞在行程内运动；休眠控制电路，设有休眠感测元件，感测磁铁装置的位置并产生休眠控制信号，控制离合器活塞位置感测系统处于启动或者休眠模式；微控制单元，用于接收休眠控制信号并控制离合器活塞位置感测系统处于休眠或者启动状态。离合器活塞位置感测系统，将行程分成若干个区域，在每个区域分别设置感测元件，感测随移动物体运动时经过各区域时的磁场信号，并分别产生各个区域的感测信号；微控制单元根据休眠控制信号并控制离合器活塞位置感测系统处于休眠或者启动状态。

Description

一种具有休眠功能的离合器活塞位置感测系统

技术领域

本实用新型涉及一种移动物体运动位置的感测系统，特别是较长行程的移动物体运动位置的感测系统，例如汽车发动机离合器主缸活塞位置的感测装置。

背景技术

在控制技术中，感测装置通常用来感测移动物体的运动位置。当移动物体运动行程较长超出感测装置的感测范围时，现有的感测装置无法覆盖此类长行程，因此无法完成此类长行程移动物体的位置感测。

例如，在汽车的控制技术中，需要感测汽车发动机离合器位置，并产生离合器位置信号。目前离合器位置信号可由安装在离合器主缸(ClutchMasterCylinder或CMC)上的传感系统产生。随着离合器踏板的踩动，现有的安装在离合器主缸上的传感系统能产生离合器活塞在离合器行程内运动的位置信号。

但是卡车等大型车辆，其离合器主缸活塞的行程较长，现有的离合器活塞感测装置可以感测到的运动行程无法覆盖这种长行程的活塞运动。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种装置，具体方案如下：

一种具有休眠功能的离合器活塞位置感测系统，用于感测离合器活塞(109)在一个行程内(105)的运动位置，其特征在于包括：

磁铁装置(166)，设置在所述活塞(109)上，并随所述活塞(109)在所述行程(105)内运动；

休眠控制电路，设有休眠感测元件(104)，用于感测所述磁铁装置(166)的位置并产生休眠控制信号，控制所述离合器活塞位置感测系统处于启动或者休眠模式；

微控制单元(210)，用于接收所述休眠控制信号并控制所述离合器活塞位置感测系统处于休眠或者启动状态。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：

所述休眠控制电路，感测所述活塞(109)的位置；

当活塞被驱动到某一设定位置时，所述休眠控制电路发出启动控制信号；

当活塞被驱动到某一设定位置时，所述休眠控制电路发出所述休眠控制信号。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：

所述启动控制信号为上升沿阶跃信号，当所述微控制单元(210)接收到该启动控制信号后，使所述离合器活塞位置感测系统输出1ms的启动首位符后输出正常信号；

所述休眠控制信号为下降沿阶跃信号，当所述微控制单元(210)接收到该休眠控制信号后，使所述离合器活塞位置感测系统输出2.5ms的正常信号后无信号输出。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：

所述微控制单元(210)接收到所述启动控制信号，控制所述离合器活塞位置感测系统处于启动状态；

所述微控制单元(210)接收到所述休眠控制信号，控制所述离合器活塞位置感测系统处于休眠状态。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：

所述行程(105)的长度分成至少两段行程(S1、S2)，分别为第一段行程(S1)和第二段行程(S2)；所述活塞(109)在所述行程(105)中运动，以产生活塞(109)在第一段行程(S1)内的运动位置信号(yd1)和在第二段行程(S2)内的运动位置信号(yd2)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：包括：

感测元件(101、102)，用于分别感测所述活塞(109)在第一段行程(S1)的运动位置信号(yd1)和所述活塞(109)在第二段行程(S2)的运动位置信号(yd2)，并产生第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)；

所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)随着所述活塞(109)在对应的所述第一段行程(S1)和第二段行程(S2)中运动而变化；

微控制单元(210)，用于将所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)按行程顺序合成，以产生全程感测信号(Snorm)，所述全程感测信号(Snorm)随着所述活塞(109)在所述行程(105)中运动而变化。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：还包括：

所述感测元件(101、102)包括第一感测元件(101)和第二感测元件(102)；

所述第一感测元件(101)设置在所述第一段行程(S1)上，用于感测所述离合器活塞(109)经过第一段行程(S1)时的运动，并产生所述第一感测信号(ang_1)；

所述第二感测元件(102)设置在所述第二段行程(S2)上，用于感测所述离合器活塞(109)经过第二段行程(S2)时的运动，并产生所述第二感测信号(ang_2)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述第一感测元件(101)在二维空间中两个方向上感测所述磁铁装置(166)的在所述第一段行程(S1)内的运动产生反映磁铁装置(166)在所述第一段行程(S1)内运动的为正弦和余弦波形的第一周期信号(Bx_1、By_1)；

所述第二感测元件(102)在二维空间中两个方向上感测所述磁铁装置(166)的在第二段行程(S2)内的运动产生反映磁铁装置(166)在第二段行程(S2)内运动的为正弦和余弦波形的第二周期信号(Bx_2、By_2)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)将感测到的第一周期信号(Bx_1、By_1)从模拟信号转换成数字信号；

所述微控制单元(210)将感测到的第二周期信号(Bx_2、By_2)从模拟信号转换成数字信号。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)将数字形式的正弦和余弦波形的第一周期信号(Bx_1、By_1)转换成线性形式的所述第一感测信号(ang_1)；

所述微控制单元(210)将数字形式的正弦和余弦波形的第二周期信号(Bx_2、By_2)转换成线性形式的所述第二感测信号(ang_2)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：还包括：

温度感测电路(206)；

所述温度感测电路(206)感测所述感测元件(101、102)的环境温度获得环境温度信号(Temp)；

所述微控制单元(210)根据环境温度信号(Temp)对所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)进行温度补偿，得到温度补偿后线性信号斜率一致的第一补偿感测信号(Tang_1)和第二补偿感测信号(Tang_2)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)存储不同环境温度信号对应的不同的温度补偿参数；

所述微控制单元(210)根据不同的温度参数分别对所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)进行温度补偿；得到第一补偿感测信号(Tang_1)和第二补偿感测信号(Tang_2)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)进行温度补偿采用如下计算式：

Tang_n＝K×ang_n+b；

其中K为温度补偿系数，b为截距，n为≥1的整数，ang_n为第n感测信号，Tang_n为第n补偿感测信号。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：还包括：

所述微控制单元(210)分别对所述第一补偿感测信号(Tang_1)和所述第二补偿感测信号(Tang_2)进行修正，修正后得到第一修正感测信号(Lin_1)和第二修正感测信号(Lin_2)；

所述微控制单元(210)对第一修正感测信号(Lin_1)和第二修正感测信号(Lin_2)按行程顺序合成，生成反应所述活塞(109)在整个行程内运动的全程感测信号(Snorm)。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)对所述第一补偿感测信号(Tang_1)和第二补偿感测信号(Tang_2)进行修正，所述修正是通过以下计算式进行的：

Lin_n＝Sn×Tang_n+In；

其中，Lin_n为修正后的第n修正感测信号，Sn为第n补偿感测信号的斜率修正系数，In为第n补偿感测信号的截距调整系数，n为≥1的整数。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)对修正后的第一修正感测信号(Lin_1)和第二修正感测信号(Lin_2)按行程顺序合并；所述按行程顺序合并是通过以下计算式得到的：

Snorm＝Lin_1+Lin_2+Lin_3+Lin_4+.....+Lin_n；

其中，n为≥1的整数，Snorm为合并后的运动位置信号。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述微控制单元(210)对所述修正感测信号(Lin_n)进行诊断；

诊断采用如下比较式：

1)若Lin_n<WorkrangeLCL，则输出Lin_n＝Clamp_Low；

2)若Lin_n>WorkrangeLCL，则输出；Lin_n＝Clamp_High；

3)若WorkrangeLCL>Lin_n<WorkrangeUCL，则输出Lin_n＝Sn×Tang+In；

其中，Clamp_Low表示信号输出低钳位模式，Clamp_High表示信号输出高钳位模式，WorkrangeLCL表示最小有效工作区间，WorkrangeUCL表示最大有效工作区间，Lin_n为修正后的第n修正感测信号，Tang_n表示第n补偿感测信号，Sn为第n补偿感测信号的斜率修正系数，In为第n补偿感测信号的截距调整系数。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：还包括：

电压转换电路，用于将所述感测系统的工作电压调整为5V。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统，还包括感应元件；所有的所述感应元件固定安装在所述离合器活塞缸(105)上。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：所述感测元件(101、102)为3D霍尔感应元件。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：还包括：

在所述活塞缸(105)外增设集磁件(106)用于增强所述磁铁装置(166)的磁场延伸强度。

如前文所述的离合器活塞位置感测系统：还包括PCB板，

所述感测元件(101、102)设置在PCB板的一侧；

所述集磁件(106)设置在所述PCB板的另一侧，所述集磁件(106)与所述感测元件(101、102)位置对齐。

本实用新型带有休眠功能的活塞运动位置的感测系统，例如离合器活塞位置感测，为了感测行程较长的活塞运动，将活塞的行程分成若干个区域，在每个区域分别设置霍尔感应器感测随活塞运动经过各区域时的磁铁，分别产生各个区域的感测信号，微控制单元接收到分段的感测信号之后将其进行温度补偿、修正、按时序合并等处理后叠加成连续的反映整个行程的活塞运动信号，已达到感测长行程活塞运动的目的。此外，该系统和方法还设有温度感测电路，用于感测感测元件的温度提供温度补偿修正参数；还在活塞缸为设置了集磁件以增强并延长活塞上磁铁的磁场分布，还设有休眠控制电路，监测活塞是否被驱动并提供监测信号，使整个感测系统控制在休眠或启动状态，以节省能源。整个发明同时在磁路设计、电路设计及软件算法上改进了对长行程活塞运动的感测。

附图说明

图1为本实用新型的移动物体位置感测系统在离合器活塞中应用的结构示意图。

图2为本实用新型离合器活塞位置感测系统的电路结构示意图；

图3为本发明微控制单元片选电路结构示意图；

图4为本实用新型微控制单元片内部电路结构示意图；

图5为本实用新型温度感测电路的电路结构示意图；

图6A为本实用新型一个感测单元感测到的两个正弦和余弦波形式的周期信号波形示意图；

图6B为图6A的正弦和余弦信号转换成线性形式的感测信号波形示意图；

图7A为本实用新型一个实施例中将行程分为3段的各段感测信号的信号示意图；

图7B为本实用新型前述实施例中将行程分为3段的各段感测信号进行温度补偿后的感测信号示意图；

图7C为本实用新型前述实施例中将行程分为3段的各段感测信号进行温度补偿后的感测信号示意图；

图8为本实用新型对信号处理的流程示意图；

图9为本实用新型对修正感测信号进出检测诊断的处理流程示意图；

图10为本实用新型不同温度下的感测信号波形示意图。

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实用新型的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本实用新型中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本实用新型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。由于本实用新型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，本实用新型中使用的相同或者相类似的附图标记指的是相同的部件。

在控制技术中，通常用感测装置来感测某移动物体的运动位置，例如将磁铁固定在移动物体上，用霍尔感应器等感测装置感测磁铁的磁场信号，磁场装置的运动信号反映移动物体的运动。但当移动物体运动行程较长，超出感测装置的感测范围时，现有的感测装置无法覆盖此类长行程，因此无法完成此类长行程移动物体的位置感测。为了解决这种问题，本实用新型以汽车离合器活塞往复运动的位置感测为一实施例进行演示，以说明本实用新型的移动物体感测系统是如何感测长行程移动物体的运动的。当然，本实用新型的移动物体感测系统和装置不仅仅限于汽车离合器活塞位置的感测。

图1为本实用新型的移动物体位置感测系统在离合器活塞中应用的结构示意图。

以汽车离合器活塞的运动为例，图1示出活塞缸体108的内部结构以及离合器活塞109和活塞缸体105的示意配合关系。如图1所示，离合器主活塞组件包括活塞缸体108。活塞缸体105中具有空腔108，活塞109伸入活塞缸体空腔108中，能在活塞缸体空腔108中来回作直线移动。例如，活塞109的近端109a被离合器踏板(未示出)所驱动，随着离合器踏板的踩动和放开，活塞109作直线往复运动。活塞109的远端109b上设置有磁铁装置166(作为一个实施例磁铁166可以是如围绕活塞109的环形磁铁)，并且该磁铁装置166适合于随着活塞109的直线移动在活塞缸体108中作往复(或其他)运动。在如图1所示的实施例中，磁铁装置166随活塞109在缸顶位置和缸底位置之间做往复移动。尽管图中未示出，磁铁装置166还可设置安装在活塞109轴向的其它位置。由于活塞109的近端109a被离合器踏板所驱动，所以磁铁装置166在活塞缸104中的相应位置反映了离合器踏板的操作位置，从而反映了离合器的相应操作位置。

在图1中，安装在活塞109上的磁铁装置166在活塞缸体108的空腔108中移动，可移动的总距离为L。作为一个实施例，将可移动的总距离为L均匀划分为三段，分别是第一段行程S1、第二段行程S2、第三段行程S3(也可以不均分)。

离合器活塞位置感测系统在活塞缸体105外壁上设置有多个感测元件，例如第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103。第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103分别设置在第一段行程S1、第二段行程S2、第三段行程S3的行程上。该多个感测元件可设置成多种感测元件中的一种，如3D霍尔感应元件。第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103分别感测磁铁装置166随活塞109运动到第一段行程S1、第二段行程S2、第三段行程S3时的磁场信号。感测元件通过多种方式固定在活塞缸体105上。例如，感测元件是通过安装支架110安装在活塞缸体105外壁上。在如图1所示的实施例中，感测元件在活塞缸体108轴向的位置对应于磁铁装置166在缸顶位置和缸底位置之间往复运动的区域。当磁铁装置166在缸底位置和缸顶位置之间的任何位置时，感测元件中的探测电路感测磁铁装置166产生的磁场(或磁通)变化。

系统工作过程中，当磁铁装置166随着活塞109在活塞缸体105的第一段行程S1、第二段行程S2、第三段行程S3之间移动时，磁铁装置166在第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103产生的磁场(或磁通)发生相应变化。设置在活塞主缸108外壁上的第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103中探测电路感测到磁铁装置166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离合器位置的信号(见图3)。在本实用新型的这一实施例中，用3D霍尔感应元件的第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103所产生的指示离合器位置的信号包括在二维空间中X、Y(或Z方向)两个方向上感测所述磁铁装置166的在每一段行程(S1、S2、S3)内的运动产生的正弦和余弦波形的周期信号Bx_1、By_1；Bx_2、By_2和Bx_3、By_3(见图6A)。

此外，活塞主缸108外壁上还设有休眠感测元件104(例如，3D霍尔感应元件)，用于感测活塞109的位置并产生休眠控制信号CTS，休眠控制信号CTS表示离合器处于被踩动到脱离了自由状态、磁铁装置166到了刚刚对离合器摩擦片施加分离力的缸体顶部位置(设定位置)，但此时离合器摩擦片处于贴紧位置，齿轮箱和发动机处于啮合状态。微控制单元210接受休眠控制信号CTS控制感测系统处于启动或者休眠模式(见图2)。休眠控制信号CTS包括启动控制信号和休眠控制信号：启动控制信号为上升沿阶跃信号，当微控制单元210接收到该启动控制信号后，使所述感测系统输出1ms的启动首位符后输出正常信号；休眠控制信号为下降沿阶跃信号，当所述微控制单元(210)接收到该休眠控制信号后，使所述感测系统输出2.5ms的正常信号后无信号输出。当离合器未被踩动时，处于待机休眠状态，当微控制单元210从休眠状态转换到启动转态时不需要重新初始化所有部件，节省系统启动时间，同时处于休眠状态的系统会节省能量。

进一步的，在活塞缸105外增设一强磁件106，强磁件106为一长条状铁片(其他导磁材料亦可)，设置在磁铁装置166运动的的行程一侧，与所述多个感测元件(101、102、103)位置对齐，用于增强磁铁装置166的磁场延伸强度，把磁场的分布范围拉长。

此外，感测系统还包括PCB板(图中省略)，多个感测元件(101、102)设置在PCB板的一侧；集磁件106设置在PCB板的另一侧，集磁件与所述多个感测元件(101、102)位置对齐。

图2为本实用新型离合器活塞位置感测系统的电路结构示意图。如图2所示，离合器活塞位置感测系统的电路结构包括有第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103和休眠感测元件104、微控制单元210等。如同图1所示，活塞缸105内有运动的活塞109，活塞109上固定设有磁铁装置166。活塞缸105外有感测磁铁装置166运动的第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103以及休眠感测元件104。

第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103以及休眠感测元件104独立运作，分别感测磁铁装置166在不同位置产生的磁通密度和/或磁场，然后产生并输出对应的符合函数线的模拟电压信号，例如，正弦形或余弦形模拟电压信号(具体见图6A)。微控制单元210对信号进行处理分析诊断(具体过程见图6A-图9)，最终将处理完成的活塞位置信号发送给ECU207(ElectronicControlUnit，电子控制单元，俗称行车电脑)，ECU207用于控制汽车的行使。

此外，离合器活塞位置感测系统还包括有温度感测电路206，温度感测电路206感测第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103的工作温度，获得环境温度信号Temp，并通过线路246提供给微控制单元210。微控制单元210根据环境温度信号Temp对所述感测信号ang_n进行温度补偿(具体见图5)。

此外，离合器活塞位置感测系统还电压转换电路218，用于将整个感测系统的工作电压调整为5V。

图3为本实用新型微控制单元片选电路结构示意图。

磁铁装置106在不同的时间经过第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103所在的位置，微控制单元210需要在不同的时间选取第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103发出的感测信号。图3所示的串行片选电路结构即解释微控制单元210如何在不同的时刻选取不同的感测元件感测的信号。如图3所示，第一感测元件101设有三个通讯端口与微控制单元210进行通讯，分别是片选端311、时钟端312和数据传输端313。同样第二感测元件102和第三感测元件103各自分别设有片选端321、331，时钟端322、332和数据传输端323、333与微控制单元210进行通讯。通过时钟端312、时钟端322和时钟端332，微控制单元210同时向第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103发送一个同频率的时钟信号SCLK，同时在不同的时刻，或磁铁装置166经过某感测元件(第一感测元件101、第二感测元件102或第三感测元件103)的时刻，微控制单元210通过片选端(311、321或321)向该感测元件发送一个片选信号SS，接收到片选信号SS的感测单元，以第一感测单元101为例，即通过数据传输端311发送一个数据包信号给微控制单元210，一个数据包信号在本实施例中为8位(也可以16位或其他)，分别是X方向磁场信号、Y方向磁场信号、Z方向磁场信号、合磁场(X+Y+Z)信号、是否低于有效磁场判断信号、是否高于有效磁场判断信号、是否信号缺位、供电是否正常信号。微控制单元210对连续收到的第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103的所有信号信息对解析处理。本说明书后续部分着重描述包括X方向磁场信号、Y方向磁场信号、Z方向磁场信号的活塞位置感测信号进行分析处理。

图4为本实用新型微控制单元片内部电路结构示意图；

图4显示了微处理单元210具体结构的一个实施例框图。如图4所示，微处理单元210至少包括模数(A/D)转换电路472和处理器474。例如，在本实用新型的一优选实施例中，第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103各自在二维方向上(例如Bx、By或Bz维度)感测磁通密度变化和/或磁场变化而产生的符合两条函数线的模拟电压信号(运动信号EPB)输出(例如，一条输出曲线为余弦形模拟电压信号输出，另一条输出曲线为正弦形模拟电压信号输出)。第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103各自在不同时刻将其余弦形模拟电压信号输出和正弦形模拟电压信号输出传送到模数(A/D)转换电路472。

模数(A/D)转换电路472将从第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103出接收各自产生的两个余弦形模拟电压信号输出(或两个正弦形模拟电压信号输出)转换成数字信号输出。处理器474对转换成数字信号的Bx、By进出处理。

图5为本实用新型温度感测电路的电路结构示意图。

图5示出本实用新型的温度感测电路206的一个具体实施例，如图中所示，温度感测电路206包括热敏电阻510、固定电阻512和电容511。其中，热敏电阻510的下端511和固定电阻512的上端514串联，串联后热敏电阻510上端513连接5V电压，固定电阻512下端515接地，电容511的上端516连接在热敏电阻510的下端511和固定电阻512的上端514，电容511的下端517接地。热敏电阻510的下端511连接微处理单元的210的输入端518。串联的热敏电阻510和固定电阻512构成分压电路。热敏电阻510具有随外界温度改变阻值的特性，不同温度时其阻值会发生变化，和固定电阻512串联时阻值越大，分得的电压越大，故而可以向微处理单元210提供不同的电压信号。将多个热敏电阻510分别设置在第一感测元件101、第二感测元件102和第三感测元件103处，微处理单元210将获得第一感测元件101、第二感测元件102和第三感测元件103的环境温度信号Temp_1、Temp_2和Temp_3。

图6A为本实用新型一个感测单元感测到的两个正弦和余弦波形式的周期信号波形示意图。

每个3D霍尔感测元件101，102，103可在多个维度方向，如：X、Y、Z维度上感测磁铁装置166在不同位置产生的磁通密度和/或磁场。以第一感测元件101为例，3D霍尔感应单元101可感测二哥维度方向(X、Y或Z维度)上的磁通密度和/或磁场，产生二个正弦或余弦波形的周期信号Bx_1、By_1，本实用新型的微处理单元210适用该信号于计算活塞运动的位置信号。以Bx_1、By_1为例，其信号波形如图6A所以，其中Bx_1为正弦波形，By_1为余弦波形。

如此相同，第二感测元件102和第三感测元件103也会感测磁铁装置166在X、Y或Z维度上的磁通量变化并分别产生两组信号Bx_2、By_2和Bx_3、By_3，微处理单元210适用该信号作为计算活塞运动的位置信号。

图6B为图6A的正弦和余弦信号转换成线性形式的感测信号波形示意图；

如前文所述，随着磁铁装置166在活塞缸的空腔108中的来回移动的位置，第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103各自在二维方向上感测磁通密度变化和/或磁场变化而产生的三组信号Bx_1、By_1、Bx_2、By_2和Bx_3、By_3发送给微处理单元210，三组信号符合正弦和余弦函数线的电压输出。

微处理单元210将用模数(A/D)转换电路472将三组模拟信号转换成数字信号之后，选择每组信号中的两个(一个余弦形电压输出和一个正弦形电压输出)输送到处理器474。处理器364将从模数(A/D)转换电路472输送来的余弦数字电压信号和正弦数字电压信号转化成一条线性电压输出，以第一感测元件101输入的Bx_1、By_1为例，计算方法如以下公式所示：

ang_1＝MOD(atan2(Bx_1，By_1)*180/PI,360)；

在上述计算公式中，磁铁装置166在活塞缸空腔108中有效行程Lx2对应于一个圆周周期；即：进入行程从活塞缸顶到缸底可对应于圆周期的上半周，而退出行程从活塞缸底到缸顶可对应于圆周期的下半周。ang_1表示第一感测信号。公式中ATAN2函数表示了对正弦Bx_n和余弦量By_n进行反正切运算，且该反正切函数的值域是±Pi弧度；通过将该反正切弧度量*180/Pi()得到对应的角度量±180度；再对该角度量相对360取余，即MOD(ref,360)函数，将±180度角度范围转换成0～360度角度范围。生成的线性函数ang_1即为图6B所示，第二感测元件102、第三感测元件103发送的数据处理方法如此相同，不再赘述。

图7A为本实用新型一个实施例中将行程分为3段的各段感测信号进行温度补偿前的感测信号示意图，

微处理单元210将第一感测元件101、第二感测元件102、第三感测元件103发送的第一周期信号(Bx_1、By_1)、第二周期信号(Bx_2、By_2)和第三周期信号(Bx_3、By_3)全部经过图6A-图6B的处理后，得到图7A所示的信号结构示意图。

图中横坐标表示行程S，分别第一段行程S1、第二段行程S2、第三段行程S3；竖坐标表示信号值V。图中第一段行程S1区域内表示的是第一感测信号ang_1，第二段行程S1区域内表示的是第二感测信号ang_2，第三段行程S3区域内表示的是第三感测信号ang_3。若是完全相同的感测元件，在相同的温度下感测的移动物体的运动，得到的感测信号线性斜率是相同的，三者之间是平行的。但由于感测元件的的物理属性不相同，不同的霍尔感应器在不同温度下，感测到的信号值ang_n会随温度变化产生偏移(具体参见图10)。与常温下感测的信号值V相比，图7A中实线表示的各个感测元件的线性函数斜率都不同：各个感测元件的属性不相同，工作温度变化时导致的各个感测元件的霍尔系数不同，产生的线性函数斜率也不相同。计算得到的函数会出现图中所示的情形：变化的第一感测信号ang_1、第二感测信号ang_2和第三感测信号ang_3的斜率不相同。斜率不同的感测信号在后续的合并计算中会出现不平滑的断点，进行合并时会放大叠加。

图7A为本实用新型一个实施例中将行程分为3段的各段感测信号进行温度补偿后的感测信号示意图。

为了解决前述问题，需要对每个感谢信号就行温度补偿修正，得到线性信号斜率转一致的函数。即采用图5所示的温度补偿电路采集每个感测元件的温度信号，根据每一个感测元件的属性，不同的温度对应不同的霍尔系数，对感测元件产生的感测信号ang_n进行温度补偿。以第一感测元件101为例，其预先测得的温度补偿系数表如下表所示：

表1：第一感测元件101温度补偿系数表

表1中，第一列为第一感测元件101的工作温度，第二列为热敏电阻510的不同阻值，第三列为热敏电阻510分压后输入到微处理单元210的电压信号，斜率K为对应的温度补偿系数，截距b为温度补偿截距。

以第一感测信号ang_1、进行温度补偿为例进行计算，计算式如下：

Tang_1＝K×ang_1+b；

其中K为温度补偿系数，b为截距，ang_1为第1感测信号，Tang_1为第一补偿感测信号。

第二感测信号ang_2和第三感测信号ang_3进行温度补偿计算的方法与之类似。当采用相同的感测元件时，各个感测信号的温度补偿计算方法也相同。

温度补偿之后得到的第一补偿感测信号Tang_1、第二补偿感测信号Tang_2和第三补偿感测信号Tang_3如图7B中实线段所示。如图7B所示，对第一感测信号ang_1、第二感测信号ang_2和第三感测信号ang_3进行温度补偿后得到线性信号斜率一致的第一补偿感测信号Tang_1、第二补偿感测信号Tang_2和第三补偿感测信号Tang_3。

本实用新型最终需要得到一条收尾相互衔接起来构成一条反应活塞109在整个行程中运动的线性函数，显然需要对第一补偿感测信号Tang_1、第二补偿感测信号Tang_2和第三补偿感测信号Tang_3进行调整修正。同样以第一补偿感测信号Tang_1为例，其修正调整的计算公式为：

Lin_1＝S1×Tang_1+I1；

其中，Lin_1为修正后的第一修正感测信号，S1为第一补偿感测信号的斜率调整修正系数，I1为第一补偿感测信号的截距调整系数。斜率调整修正系数Sn和截距调整系数In为处理器计算得到。

第二补偿感测信号Tang_2和第三补偿感测信号Tang_3也适用同样的修正公式进行调整，调整后的第一修正感测信号Lin_1、第二修正感测信号Lin_2和第三修正感测信号Lin_3如图7C所示。

图7C为本实用新型前述实施例中将行程分为3段的各段感测信号进行温度补偿后的感测信号示意图。

如图7C所示，为调整后的第一修正感测信号Lin_1、第二修正感测信号Lin_2和第三修正感测信号Lin_3，且斜率一致、收尾连续相连、中间无断点的运动位置信。将第一修正感测信号Lin_1、第二修正感测信号Lin_2和第三修正感测信号Lin_3按行程顺序合成得到最终输出信号Snorm，具体计算公式是：

Snorm＝Lin_1+Lin_2+Lin_3

其中，Snorm为合并后的按照活塞运动行程、时序连续的运动位置信号，。

微处理单元210将合并后活塞运动位置信号Snorm发送给ECU207。

图8为本实用新型对信号处理方法的流程示意图；

如前文所示，三个3D霍尔感测元件101、102、103感测得到第一周期信号(Bx_1、By_1)、第二周期信号(Bx_2、By_2)和第三周期信号(Bx_3、By_3、Bz_3)经过公式：

①Ang_n＝MOD(ATAN2(Bx_1,By_1)*180/PI,360；n为≥1的整数；

得到第一感测信号ang_1、第二感测信号ang_2和第三感测信号ang_3，同时温度温度补偿电路206采集得到每个感测元件的温度信号，查表得到每个感测元件的温度补偿系数K和温度补偿截距b，通过公式：

②Tang_n＝K×ang_n+b；n为≥1的整数；

得到第一补偿感测信号Tang_1、第二补偿感测信号Tang_2和第三补偿感测信号Tang_3，因需要对第一补偿感测信号Tang_1、第二补偿感测信号Tang_2和第三补偿感测信号Tang_3进行合并叠加，故需要对其再次进行调整，通过公式：

③Lin_n＝Sn×Tang_n+In；n为≥1的整数；.

得到第一修正感测信号Lin_1、第二修正感测信号Lin_2和第三修正感测信号Lin_3，将第一修正感测信号Lin_1、第二修正感测信号Lin_2和第三修正感测信号Lin_3按照行程顺序叠加，通过公式：

④Snorm＝Lin_1+Lin_2+Lin_3+Lin_4+.....+Lin_n；n为≥1的整数；

得到最终从微处理单元210输出到ECU207的合并后活塞运动位置信号Snorm。

图9为本实用新型对修正感测信号进出检测诊断的处理流程示意图；

如图9所示，微控制单元210对修正感测信号Lin_n进行诊断，诊断采用如下比较式：

1)若Lin_n<WorkrangeLCL，则输出Lin_n＝Clamp_Low；

2)若Lin_n>WorkrangeLCL，则输出；Lin_n＝Clamp_High；

3)若WorkrangeLCL>Lin_n<WorkrangeUCL，则输出Lin_n＝Sn×Tang_n+In；

其中，Clamp_Low表示信号输出低钳位模式，Clamp_High表示信号输出高钳位模式，WorkrangeLCL表示最小有效工作区间，WorkrangeUCL表示最大有效工作区间。故当修正感测信号Lin_n处在最小有效工作区间和最大有效工作区间之间是，才输出争取的Lin_n＝Sn×Tang_n+In信号。

图10为本实用新型不同温度下的感测信号波形示意图。

如前文图7A中所描述的，因每个感测元件的属性不相同，不同的工作温度会导致每个感测元件的霍尔系数不同，产生的线性函数斜率也不相同。图10中三条曲线1001、1002和1003分半表示温度在-40℃、25℃和150℃下同一个霍尔感测元件的感测信号ang_n的输出，温度越低，斜率为高，反之亦然。通过测量不同温度下的感测元件输出信号，即可建立每个感测元件的温度补偿系数表，对应不同的修正系数。

尽管参考附图中出示的具体实施方式将对本实用新型进行描述，但是应当理解，在不背离本实用新型教导的精神和范围和背景下，本实用新型的离合器活塞位置传感系统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实用新型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，均落入本实用新型和权利要求的精神和范围内。

Claims (22)

1.一种具有休眠功能的离合器活塞位置感测系统，用于感测离合器活塞(109)在一个行程(105)内的运动位置，其特征在于包括：

磁铁装置(166)，设置在所述活塞(109)上，并随所述活塞(109)在所述行程(105)内运动；

休眠控制电路，设有休眠感测元件(104)，用于感测所述磁铁装置(166)的位置并产生休眠控制信号，控制所述离合器活塞位置感测系统处于启动或者休眠模式；

微控制单元(210)，用于接收所述休眠控制信号并控制所述离合器活塞位置感测系统处于休眠或者启动状态。

2.如权利要求1所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述休眠控制电路，感测所述活塞(109)的位置；

当活塞被驱动到某一设定位置时，所述休眠控制电路发出启动控制信号；

当活塞被驱动到某一设定位置时，所述休眠控制电路发出所述休眠控制信号。

3.如权利要求2所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述启动控制信号为上升沿阶跃信号，当所述微控制单元(210)接收到该启动控制信号后，使所述离合器活塞位置感测系统输出1ms的启动首位符后输出正常信号；

所述休眠控制信号为下降沿阶跃信号，当所述微控制单元(210)接收到该休眠控制信号后，使所述离合器活塞位置感测系统输出2.5ms的正常信号后无信号输出。

4.如权利要求2所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)接收到所述启动控制信号，控制所述离合器活塞位置感测系统处于启动状态；

所述微控制单元(210)接收到所述休眠控制信号，控制所述离合器活塞位置感测系统处于休眠状态。

5.如权利要求1所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述行程(105)的长度分成至少两段行程(S1、S2)，分别为第一段行程(S1)和第二段行程(S2)；所述活塞(109)在所述行程(105)中运动，以产生活塞(109)在第一段行程(S1)内的运动位置信号(yd1)和在第二段行程(S2)内的运动位置信号(yd2)。

6.如权利要求5所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于包括：

感测元件(101、102)，用于分别感测所述活塞(109)在第一段行程(S1)的运动位置信号(yd1)和所述活塞(109)在第二段行程(S2)的运动位置信号(yd2)，并产生第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)；

所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)随着所述活塞(109)在对应的所述第一段行程(S1)和第二段行程(S2)中运动而变化；

微控制单元(210)，用于将所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)按行程顺序合成，以产生全程感测信号(Snorm)，所述全程感测信号(Snorm)随着所述活塞(109)在所述行程(105)中运动而变化。

7.如权利要求6所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于还包括：

所述感测元件(101、102)包括第一感测元件(101)和第二感测元件(102)；

所述第一感测元件(101)设置在所述第一段行程(S1)上，用于感测所述离合器活塞(109)经过第一段行程(S1)时的运动，并产生所述第一感测信号(ang_1)；

所述第二感测元件(102)设置在所述第二段行程(S2)上，用于感测所述离合器活塞(109)经过第二段行程(S2)时的运动，并产生所述第二感测信号(ang_2)。

8.如权利要求7所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述第一感测元件(101)在二维空间中两个方向上感测所述磁铁装置(166)的在所述第一段行程(S1)内的运动产生反映磁铁装置(166)在所述第一段行程(S1)内运动的为正弦和余弦波形的第一周期信号(Bx_1、By_1)；

所述第二感测元件(102)在二维空间中两个方向上感测所述磁铁装置(166)的在第二段行程(S2)内的运动产生反映磁铁装置(166)在第二段行程(S2)内运动的为正弦和余弦波形的第二周期信号(Bx_2、By_2)。

9.如权利要求8所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)将感测到的第一周期信号(Bx_1、By_1)从模拟信号转换成数字信号；

所述微控制单元(210)将感测到的第二周期信号(Bx_2、By_2)从模拟信号转换成数字信号。

10.如权利要求9所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)将数字形式的正弦和余弦波形的第一周期信号(Bx_1、By_1)转换成线性形式的所述第一感测信号(ang_1)；

所述微控制单元(210)将数字形式的正弦和余弦波形的第二周期信号(Bx_2、By_2)转换成线性形式的所述第二感测信号(ang_2)。

11.如权利要求10所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于还包括：

温度感测电路(206)；

所述温度感测电路(206)感测所述感测元件(101、102)的环境温度获得环境温度信号(Temp)；

所述微控制单元(210)根据环境温度信号(Temp)对所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)进行温度补偿，得到温度补偿后线性信号斜率一致的第一补偿感测信号(Tang_1)和第二补偿感测信号(Tang_2)。

12.如权利要求11所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)存储不同环境温度信号对应的不同的温度补偿参数；

所述微控制单元(210)根据不同的温度参数分别对所述第一感测信号(ang_1)和第二感测信号(ang_2)进行温度补偿；得到第一补偿感测信号(Tang_1)和第二补偿感测信号(Tang_2)。

13.如权利要求11所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)进行温度补偿采用如下计算式：

Tang_n＝K×ang_n+b；

其中K为温度补偿系数，b为截距，n为≥1的整数，ang_n为第n感测信号，Tang_n为第n补偿感测信号。

14.如权利要求13所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于还包括：

所述微控制单元(210)分别对所述第一补偿感测信号(Tang_1)和所述第二补偿感测信号(Tang_2)进行修正，修正后得到第一修正感测信号(Lin_1)和第二修正感测信号(Lin_2)；

所述微控制单元(210)对第一修正感测信号(Lin_1)和第二修正感测信号(Lin_2)按行程顺序合成，生成反应所述活塞(109)在整个行程内运动的全程感测信号(Snorm)。

15.如权利要求13所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)对所述第一补偿感测信号(Tang_1)和第二补偿感测信号(Tang_2)进行修正，所述修正是通过以下计算式进行的：

Lin_n＝Sn×Tang_n+In；

其中，Lin_n为修正后的第n修正感测信号，Sn为第n补偿感测信号的斜率修正系数，In为第n补偿感测信号的截距调整系数，n为≥1的整数。

16.如权利要求13所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)对修正后的第一修正感测信号(Lin_1)和第二修正感测信号(Lin_2)按行程顺序合并；所述按行程顺序合并是通过以下计算式得到的：

Snorm＝Lin_1+Lin_2+Lin_3+Lin_4+.....+Lin_n；

其中，n为≥1的整数，Snorm为合并后的运动位置信号。

17.如权利要求14所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述微控制单元(210)对所述修正感测信号(Lin_n)进行诊断；

诊断采用如下比较式：

1)若Lin_n<WorkrangeLCL，则输出Lin_n＝Clamp_Low；

2)若Lin_n>WorkrangeLCL，则输出；Lin_n＝Clamp_High；

3)若WorkrangeLCL>Lin_n<WorkrangeUCL，则输出Lin_n＝Sn×Tang_n+In；

其中，Clamp_Low表示信号输出低钳位模式，Clamp_High表示信号输出高钳位模式，WorkrangeLCL表示最小有效工作区间，WorkrangeUCL表示最大有效工作区间，Lin_n为修正后的第n修正感测信号，Tang_n表示第n补偿感测信号，Sn为第n补偿感测信号的斜率修正系数，In为第n补偿感测信号的截距调整系数。

18.如权利要求1所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于还包括：

电压转换电路，用于将所述感测系统的工作电压调整为5V。

19.如权利要求1-18任一项所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于还包括：

感应元件(101、102)；

所有的所述感应元件(101、102)固定安装在所述离合器活塞缸(105)上。

20.如权利要求19所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于：

所述感测元件(101、102)为3D霍尔感应元件。

21.如权利要求20所述的离合器活塞位置感测系统，其特征在于还包括：

在所述活塞缸(105)外增设集磁件(106)用于增强所述磁铁装置(166)的磁场延伸强度。

22.如权利要求21所述的感测系统，其特征在于：还包括PCB板，

所述感测元件(101、102)设置在PCB板的一侧；

所述集磁件(106)设置在所述PCB板的另一侧，所述集磁件(106)与所述感测元件(101、102)位置对齐。