傳感器裝置、用于位置檢測的方法和用于傳感器裝置的磁元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傳感器裝置(100)，其帶有至少一個傳感器元件(120)，尤其是霍爾傳感器元件，和至少一個能相對于該感器元件(120)運動的磁元件(110)，該磁元件具有兩個以上的不同地磁化的區(qū)域(310)。在此，傳感器元件(120)構(gòu)造用于輸出傳感器信號(350)，該傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁元件(110)處于傳感器元件(120)測量范圍(360)內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
【專利說明】傳感器裝置、用于位置檢測的方法和用于傳感器裝置的磁元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器裝置，一種用于檢測磁元件相對于傳感器元件的位置的方法和一種用于根據(jù)主權(quán)利要求的這種的傳感器裝置的磁元件。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，在一些針對選擋開關(guān)的應(yīng)用中使用了磁板，該磁板通過選擇桿進(jìn)行運動，并且它的位置通過霍爾傳感器進(jìn)行檢測，如例如在圖1中以切換桿傳感器系統(tǒng)100為例所示，為了對切換桿位置進(jìn)行評估，切換桿傳感器系統(tǒng)具有磁板110，該磁板的有磁性的區(qū)域由多個尤其是設(shè)計為霍爾傳感器的傳感器120讀取。在此，霍爾傳感器120和接在其后方的評估邏輯電路將磁場的其中一個方向識別為“1”，而將另一個方向識別為“0”，因此，每個傳感器都可以輸出兩個值(也就是說作為二進(jìn)制傳感器工作)，并且這兩個值“O”和“I”在編碼理論中被稱為字母表(Alphabet)。對現(xiàn)有的產(chǎn)品，如例如對在圖1中以總覽圖和細(xì)節(jié)圖體現(xiàn)的布置的示例性地分析指出，現(xiàn)在可以利用四個傳感器表示24 = 16種不同的作為4位元(bit)字的狀態(tài)。但是，為了表示不同的切換桿位置，只需要6個代碼字(即:P R ND+- ；P =停車，R =倒檔，N =空檔位置，D =前進(jìn)=切換桿的行車位置，+ =用于引起向高檔切換的切換位置，_=用于引起向低檔切換的切換位置)，因此，理論上在這里用三個傳感器也就足夠了。
[0003]為了識別單個的位元錯差，需要這些代碼字的具體的特性，這些特性尤其是可以經(jīng)由漢明(Hamming)距離測量。如果例如需要最小的漢明距離是二，那么每個用于輸出的代碼字就應(yīng)當(dāng)以至少兩個字符同其他有效的代碼字區(qū)分開來。如果運用到圖1的示例中，那就可以要求最小的漢明距離是三。然而，在16種可能的代碼字的情況下，找到滿足這個條件的代碼字分別不能超過兩個。但是，因為為了對P、R、N、D、+、_進(jìn)行輸出需要六個代碼字，所以示出的傳感器組無法輸出具有漢明距離> 3的選擋。如果要求降低到最小漢明距離為2，就能夠?qū)⒍噙_(dá)八種不同的代碼字進(jìn)行組合。圖2中的表格示出了兩種可能的解決方案A或B，在其中，每個代碼字相對于其他代碼字的每一個在它的(代碼)模式I至8中至少具有為二的漢明距離。
[0004]EP I 003 186 Al公開了一種方法、一種選擇開關(guān)和一種選擇機(jī)構(gòu)以用于對選擇開關(guān)所處的位置進(jìn)行可靠地識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在此背景下，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的傳感器裝置、一種改進(jìn)的用于檢測磁元件相對于傳感器元件的位置的方法和一種改進(jìn)的用于根據(jù)主權(quán)利要求的傳感器裝置的磁元件。有利的設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求和接下來的說明中得出。
[0006]本發(fā)明提供了一種傳感器裝置，其帶有至少一個傳感器元件，尤其是霍爾傳感器元件和至少一個能相對于傳感器元件運動的磁元件，該磁元件具有兩個以上的不同地磁化的區(qū)域，其特征在于，所述傳感器元件構(gòu)造用于輸出傳感器信號，該傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
[0007]此外，本發(fā)明還提供了一種用于檢測磁元件相對于傳感器元件的位置的方法，其中，該方法應(yīng)用了前述的傳感器裝置，其特征具有如下步驟:
[0008]-輸出傳感器信號，該傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
[0009]此外，本發(fā)明還提供了 一種用于傳感器裝置的磁元件，其中，該磁元件包括兩個以上的磁化的區(qū)域和至少一個鄰接于至少兩個磁化的區(qū)域的未磁化的和/或抗磁的區(qū)域。優(yōu)選地，未磁化的區(qū)域和/或抗磁的區(qū)域更優(yōu)選地至少鄰接于兩個相同的磁化的區(qū)域之間和/或兩個不同地磁化的區(qū)域之間地布置。
[0010]傳感器元件尤其可以理解為構(gòu)造用于檢測磁性大小的傳感器。例如該傳感器元件可以是霍爾傳感器。磁元件可以理解為具有不同地磁化的區(qū)域的元件。例如，該磁元件可以是盤體，在該盤體的主體中包含有不同地磁化的區(qū)域。備選地，磁元件也可以具有板式載體，在其上緊固有單個的磁體。但是，磁元件應(yīng)當(dāng)相對于傳感器元件運動，以便能夠檢測到磁元件(其例如與車輛變速器的切換桿連接)相對于傳感器元件的位置變化。傳感器信號可以理解為傳感器元件的輸出信號，該輸出信號具有關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)的信息。就關(guān)于磁化的狀態(tài)而言可以理解為磁元件的位于傳感器元件的測量范圍內(nèi)的區(qū)域存在有磁化(尤其是存在有磁場的定向)或者不存在磁化。預(yù)先限定的傳感器信號值可以理解為預(yù)先限定數(shù)量的傳感器信號值中的一個值。尤其地，這些傳感器信號值可以設(shè)定至少三個離散的值，該離散的值例如表現(xiàn)出在磁元件的在傳感器元件的測量范圍內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，在第一方向上、在不同于第一方向的第二方向上存在有磁場或者不存在有磁場。
[0011]本發(fā)明基于以下認(rèn)識，即，通過應(yīng)用具有選自至少三個傳感器信號值的信號值的傳感器信號能夠非常精準(zhǔn)地表明關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。尤其是據(jù)此能夠利用單個的傳感器給出關(guān)于磁元件在傳感器元件的測量范圍內(nèi)的具體狀態(tài)的詳細(xì)的結(jié)論。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用具有二進(jìn)制的傳感器信號值的傳感器的解決方案，能夠有利地通過添加另一尤其是表現(xiàn)出磁元件在傳感器的測量范圍內(nèi)存在或不存在磁化的傳感器信號，在僅較少的附加成本的情況下實現(xiàn)對測量準(zhǔn)確性的提高。附加地，還可以改進(jìn)對這類傳感器信號的評估，這是因為相比應(yīng)用具有二進(jìn)制的輸出值的傳感器的情況，例如在將多個這種傳感器裝置的傳感器信號組合成傳感器信號字的情況下，在單個傳感器信號字之間能夠?qū)崿F(xiàn)更大的漢明距離。
[0012]本發(fā)明的如下實施方式是特別有利的，在該實施方式中，傳感器元件構(gòu)造用于當(dāng)在關(guān)于磁元件處于傳感器元件前方的區(qū)域的磁化的狀態(tài)下沒有磁通量作用于傳感器元件時，提供預(yù)先限定的傳感器信號值作為傳感器信號。本發(fā)明的這類實施方式具有在傳感器信號中提供附加信息的優(yōu)點，該附加信息表明磁元件在傳感器元件的測量范圍內(nèi)不存在磁化。相對于那些無法檢測具有錯誤的磁化的狀態(tài)的傳統(tǒng)方案，以這種方式能夠檢測出關(guān)于磁元件在傳感器元件測量范圍內(nèi)的磁化的狀態(tài)的詳細(xì)信息。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，傳感器元件也可以構(gòu)造用于提供具有如下傳感器信號值的傳感器信號，從該傳感器信號值中能夠識別出磁元件的處于傳感器元件的測量范圍內(nèi)的區(qū)域上的磁場定向，但是無法識別出磁元件的處于傳感器元件的測量范圍內(nèi)的區(qū)域上的磁場強(qiáng)度。本發(fā)明的這類實施方式的優(yōu)點在于，僅將檢測到的磁場的符號認(rèn)為是有關(guān)的，由此減少了可能的傳感器信號值的數(shù)量，從而簡化了對這些傳感器信號的處理工作。
[0014]為了獲得關(guān)于磁元件相對于傳感器元件的相對位置的盡可能具有說服力的信息，傳感器裝置可以具有至少一個另一傳感器元件，尤其是另一霍爾傳感器，其中，該另一傳感器元件構(gòu)造用于輸出另一傳感器信號，該另一傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。以這種方式能夠從傳感器信號和另一傳感器信號的信號值中查出傳感器信號代碼字，相比單獨地包含在單個的傳感器元件的傳感器信號值中的信息，該傳感器信號代碼字提供了關(guān)于磁元件相對于傳感器元件的相對位置的更為可靠地結(jié)論。
[0015]此外，本發(fā)明的另一種實施方式也是特別有利的，在該另一種實施方式中，設(shè)置了信號輸出單元，其構(gòu)造用于將傳感器元件的傳感器信號的傳感器信號值至少與至少一個另一傳感器兀件的另一傳感器信號的傳感器信號值結(jié)合成傳感器信號字，其中，傳感器輸出單元還構(gòu)造用于為磁元件在傳感器元件和另一傳感器元件前方時的不同的相對位置輸出傳感器信號字，它們具有至少等于二的漢明距離，尤其是至少等于三的漢明距離。本發(fā)明的這類實施方式的優(yōu)點在于，能夠提高各個傳感器信號字的可區(qū)分性。
[0016]為了能夠使在傳感器元件的測量范圍內(nèi)的磁場的磁化的狀態(tài)具有更好的可區(qū)分性，可以特別地對磁元件進(jìn)行構(gòu)造。尤其地，磁元件可以根據(jù)本發(fā)明的實施方式在兩個磁化的區(qū)域之間具有至少一個開口和/或凹部，尤其其中，該開口和/或凹部表現(xiàn)出關(guān)于磁元件在其內(nèi)不存在磁化的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，通過設(shè)置開口和/或凹部能夠確保磁元件的在兩個不同地或者相同地磁化的區(qū)域之間有特別好的并且容易的待識別的過渡。
[0017]如果在開口和/或凹部內(nèi)布置抗磁的材料，尤其是銅，那么根據(jù)本發(fā)明的實施方式就能夠?qū)崿F(xiàn)磁元件的在兩個不同地或者相同地磁化的區(qū)域之間的可區(qū)分性的進(jìn)一步的改進(jìn)。布置這樣的抗磁的材料能夠?qū)⒃诰哂锌勾诺牟牧系膮^(qū)域內(nèi)的磁場線“擠出去”。因此，在抗磁的材料布置在傳感器元件的測量范圍內(nèi)的狀況下，存在有磁元件的具有未磁化的狀態(tài)的區(qū)域可以更好地且更明確地識別出來。
[0018]為了能夠制造出特別簡單的磁元件，磁元件可以具有多個分元件，其中，設(shè)置有至少一個部分平坦的載體元件，在其上布置了有磁性的分元件。至少部分平坦的載體元件例如可以是板式載體，各個有磁性的分元件施加或者引入到該板式載體上。在此，有磁性的分元件可以例如是永磁體，它們粘貼到平坦的載體元件上或者作為獨立的元件插入到該平坦的載體元件內(nèi)，并且利用載體元件夾緊或者以其他的方式不可運動地連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的有利的實施方式，可以設(shè)置傳感器檢查單元，其構(gòu)造用于改變穿過傳感器元件的電流的方向，并且在改變穿過傳感器元件的電流之后檢測的傳感器信號的傳感器信號值的基礎(chǔ)上識別出傳感器元件的正確的功能。本發(fā)明的這類實施方式優(yōu)點在于，傳感器裝置能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的內(nèi)部的功能檢查，從而能夠以低成本地識別并且迅速地更換工作有故障的傳感器裝置。
[0020]特別有利的是，本發(fā)明可以與查出用于車輛的選擋的切換桿的切換位置相結(jié)合。因此，根據(jù)本發(fā)明的特別的實施方式，可以尤其為機(jī)動車設(shè)置換擋機(jī)構(gòu)，在該換擋機(jī)構(gòu)中應(yīng)用了傳感器裝置，如前面在變型方案中所述，其中，該傳感器裝置構(gòu)造用于檢測切換桿，尤其是換擋桿的位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]借助附圖示例性地對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地闡述。其中:
[0022]圖1示出應(yīng)用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器裝置的示例；
[0023]圖2示出表格，其示出了由4個具有漢明距離為2的傳感器信號值組成的代碼字的二進(jìn)制的切換特性。
[0024]圖3示出作為傳感器裝置的本發(fā)明的實施例的框圖；
[0025]圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的磁元件的示意性的俯視圖；
[0026]圖4B示出表格，其示出了在由圖4A所示的實施例的可產(chǎn)生四個的傳感器信號值組成的代碼字的基礎(chǔ)上的三進(jìn)制的切換特性；
[0027]圖5A示出用于闡明通過外部的磁場形成霍爾電壓的第一原理簡圖；
[0028]圖5B示出用于闡明通過外部的磁場形成霍爾電壓的第二原理簡圖；
[0029]圖6示出表格，其體現(xiàn)了在應(yīng)用三進(jìn)制的傳感器的情況下，針對漢明距離hmin = 3的模式示例；
[0030]圖7示出表格，在該表格中反映了在傳感器類型不同的情況下，不同的代碼字的利用率的對比情況；
[0031]圖8示出表格，在其中表示出在將二進(jìn)制傳感器改造成三進(jìn)制傳感器的情況下能夠節(jié)省的傳感器的數(shù)量；
[0032]圖9示出作為方法的本發(fā)明的實施例的流程圖。
[0033]在下面的對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述中，對于在不同的附圖中圖示出的并且作用類似的元件應(yīng)用相同的或者類似的附圖標(biāo)記，其中，放棄了對這些元件的重復(fù)描述。
【具體實施方式】
[0034]在圖3中圖示出了作為傳感器裝置100的本發(fā)明的實施例的框圖。傳感器裝置100例如布置在自動變速器的選擋桿300上,并且包括至少一個磁元件110，在該磁元件上存在有不同地磁化的區(qū)域310。這些磁性不同的區(qū)域例如可以由永磁體315構(gòu)成，永磁體嵌入到磁元件110中或者粘貼在磁元件110上。此外，也可以在磁元件110中引入孔320和/或凹部330 (也就是在磁元件110的板式載體內(nèi)的留空部)。備選地或附加地，可以在這些孔320和/或凹部330內(nèi)引入抗磁元件340，以便實現(xiàn)磁場向磁元件110的沒有填充抗磁元件340的區(qū)域的集中，此外，傳感器裝置100還包括至少一個傳感器元件120，在本發(fā)明中是四個傳感器元件120，它們分別構(gòu)造用于輸出傳感器信號350，傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁兀件110處于傳感器兀件120測量范圍360內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。在此，磁元件110以能相對于傳感器元件120地圍繞轉(zhuǎn)動點345運動的方式布置，并且相對于選擋開關(guān)300不可運動地布置，以便在選擋開關(guān)300運動之后能夠通過傳感器元件120檢測出磁元件110的位置，并且因此檢測出選擋開關(guān)300的位置。傳感器信號350在傳感器輸出單兀370中結(jié)合成作為輸出信號380的代碼字,如在下面會詳細(xì)地表示。附加地，傳感器裝置Iio還可以具有檢查單元390，其構(gòu)造用于例如按照下面的描述來測試傳感器元件的功能作用。
[0035]在圖4A中示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的磁元件110的示意性的俯視圖。在圖4B中圖示出了能配屬于這個優(yōu)選的實施例的切換特性的表格。在這里，磁元件110例如可以應(yīng)用在如前述的傳感器裝置100那樣的傳感器裝置中。磁元件110由呈矩形的磁板構(gòu)成，該磁板能夠平行于至少一個方向(在圖4A中所示的箭頭方向)地往復(fù)運動。磁場板110包括多個磁化的區(qū)域310和未磁化的區(qū)域320、330、340。磁化的區(qū)域310包括不同地磁化的區(qū)域或者說極性不同地磁化的區(qū)域。在圖4A中所示的磁化的和未磁化的區(qū)域的布置以及具有極性不同地磁化的區(qū)域只是示例性地選用并且也能夠布置在其他地方。詳細(xì)地，磁板110在示例性地示出的實施方式中包括多個有磁性的北極，它們由圖4A中的畫單一陰影線的區(qū)塊表示。此外，磁板110還包括表示有磁性的南極的多個畫雙重陰影線的區(qū)塊。未畫陰影線的區(qū)塊對應(yīng)于未磁化的區(qū)域，這些未磁化的區(qū)域在這個優(yōu)選的實施方式中示例性地通過由孔320、凹部330和抗磁的材料340組成的組合來實現(xiàn)。磁板110原則上可以包括未磁化的區(qū)域，這些未磁化的區(qū)域可以只由孔320、凹部330或者抗磁的材料構(gòu)造或者由它們組成的任意一種組合來構(gòu)造。在這個優(yōu)選的實施例中，未磁化的區(qū)域?qū)е聜鞲衅餍盘枲顟B(tài)為“0”，有磁性的北極導(dǎo)致傳感器信號狀態(tài)為“ I ”，而有磁性的南極導(dǎo)致傳感器信號為“2”。關(guān)于能相應(yīng)地產(chǎn)生的傳感器信號狀態(tài)在下面尤其參照圖5至5B詳細(xì)地說明。
[0036]從與前述的配屬關(guān)系相結(jié)合的在圖4A中所示的磁化的和未磁化的區(qū)域的模板或者說布置中得出在圖4B中示出的表格，其具有相應(yīng)地配屬的切換模板。該切換模板通過磁板110與多個傳感器元件120 (在這里是與四個三進(jìn)制的傳感器元件120)的協(xié)同作用地產(chǎn)生。在此，磁板110與三進(jìn)制的傳感器元件120如此地協(xié)同作用，使得磁板110能相對于傳感器元件120運動，其中，磁板110能夠起發(fā)信號作用地越過傳感器元件120，或者可由這些傳感器元件進(jìn)行起發(fā)信號作用地越過，其中，傳感器元件120在越過狀態(tài)下輸出傳感器信號，該傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁板110處于傳感器元件120測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。這些傳感器信號在傳感器輸出單元中結(jié)合成如在圖4B中所示的作為輸出信號的代碼字。
[0037]至今所公知的解決方案在于，通過以下方式提高漢明距離，S卩，應(yīng)用多個傳感器，例如不只用四個而是七個傳感器。本發(fā)明提出的方案介紹了一種備選的解決方案，它以霍爾效應(yīng)和霍爾傳感器的最小化結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。為此，首先要概略地敘述霍爾傳感器的工作原理。
[0038]圖5以兩個分圖5A和5B示出了霍爾效應(yīng)的基本原理。通過電子流e形成霍爾電壓，該電子流通過磁場來生成，而該磁場橫向于外加電流I的流動方向地構(gòu)建。在圖5A中的磁場反向于圖5B中的磁場地定向。電壓的前置符號依賴于磁場和電流的方向。如果圖5所示的示例性地示出的布置中在構(gòu)造上預(yù)先規(guī)定出電流方向，那么就留下了磁場B這個唯一的變量，以便當(dāng)圖5所示的布置安裝在用于檢測選擋桿的位置的傳感器中時能探測出擋桿(如圖1所示)的位置。磁場方向在構(gòu)造上通過選擇在磁板上的磁性區(qū)來實現(xiàn)。
[0039]因此，原則上可以利用霍爾傳感器輸出三種狀態(tài)，該霍爾傳感器的模擬信號(這里示例性地利用符號函數(shù)Sgn(X)來說明)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。例如在霍爾電SUHall>0的情況下，可以獲得值Sgn(Ullall) = +1，它表示，磁體在霍爾傳感器上指向一個方向，從而該脆弱的電壓是正的，并且接近正的最大霍爾電壓。在檢測出霍爾電壓uHall ^ O的情況下，獲得UHall=O的前置符號，這可以解釋為沒有磁體靠近霍爾傳感器，也就是實際上沒有可用的磁通量和霍爾電壓。由于磁板的雜散磁場、環(huán)境影響和地球磁場，同樣可以將小的值確立為uHall=O。對于測出UHall〈0的情況，利用Sgn(Ullall) = -1來確立Ullall的前置符號，這可以這樣地解釋，即，磁體在霍爾傳感器上相對于先前所述的取向朝向另一個方向地定向。電壓在這種情況下是負(fù)的，并且接近負(fù)的最大霍爾電壓。這樣的具有三種狀態(tài)的(霍爾)傳感器也可以稱為三進(jìn)制傳感器。
[0040]現(xiàn)在，將對現(xiàn)有技術(shù)的多個修改建議方案作為下面要詳細(xì)描述的方案的基礎(chǔ)。例如，霍爾傳感器可以以它的“自然的”功能進(jìn)行運行，在該功能下，它經(jīng)由電壓的前置符號體現(xiàn)磁場的方向。此外，信號處理可以在確認(rèn)出用于霍爾電壓的電壓范圍之后將霍爾電壓轉(zhuǎn)換為00 (無磁場)、01 (流動方向A)、10 (與A相反的流動方向)和可選的11 (傳感器報告故障狀態(tài))。此外，磁板(如它例如在圖1或圖3中所示)也可以在生產(chǎn)期間或之后進(jìn)行打孔，以便能夠與霍爾傳感器相結(jié)合地表示出狀態(tài)00?，F(xiàn)在，該切換方式的特別的優(yōu)點在于，利用相同數(shù)量的傳感器能夠產(chǎn)生更大的漢明距離。
[0041]作為本文介紹的方案的在技術(shù)上的優(yōu)點在于，可以首先在技術(shù)上實現(xiàn)非常簡單的對切換桿位置的評估。為此，可以利用每個傳感器有兩種狀態(tài)來實現(xiàn)總計16種代碼字。如果按切換位置需要兩個以上的不同的代碼字，即例如對于六個位置P、R、N、D、+和-來說需要六種代碼字，那么開發(fā)方案應(yīng)該限制漢明距離等于二。圖2的表格示出，對于四個傳感器有兩鏈的代碼，每鏈 代碼分別具有八種代碼字，它們相互之間的漢明距離至少等于二。
[0042]如果通過這個建議方案的三進(jìn)制霍爾傳感器取代二進(jìn)制的霍爾傳感器，則可以根據(jù)前述的方案在應(yīng)用符號函數(shù)的情況下借助如下置換法表示出電壓的前置符號:
[0043]bi = sgn (Uhall)+1
[0044]其中
[0045]bj =第i位元的值(不帶單位)
[0046]Uhall =測得的以伏特為單位的霍爾電壓；
[0047]也就是說，代碼字的字母表從傳感器狀態(tài)_1、0、1轉(zhuǎn)換成0、1、2，以便在電路的設(shè)計階段簡化傳感器狀態(tài)的換算和表示。
[0048]因此，利用四個“位元”(也就是說實際上更確切地說是代碼字的數(shù)位)，其中，每個位元能夠(對應(yīng)于三進(jìn)制傳感器的信號)設(shè)定三種狀態(tài)，可以構(gòu)成34 = 81個代碼字，也就是超過僅具有兩種狀態(tài)時的五倍以上。在換算可能的漢明鏈時顯示出，利用四個傳感器并且按三個狀態(tài)得到72個不同的鏈，它們的漢明距離等于3，如在圖2的表格中所示，一個二進(jìn)制的傳感器僅能夠提供兩條鏈。
[0049]圖6的表格示出了在應(yīng)用三進(jìn)制的傳感器時的模式示例的情況下的具有漢明距離hmin = 3的漢明鏈。尤其地，該示例示出了漢明鏈0000 - 0111 - 0222 - 1012 - 1120 -1201 - 2021 - 2102-2210，其中，每個代碼字與每個另外的代碼字都剛好具有為三的漢明距離:
[0050]圖7表格示出了一種比較，該表格顯示了三進(jìn)制的傳感器(也就是說提供三個狀態(tài)0/1/2)相對于二進(jìn)制的傳感器(也就是說提供兩個狀態(tài)0/1)的若干可能性，其中，在第一列中體現(xiàn)了傳感器的數(shù)量A，在第二列中體現(xiàn)了最低要求的漢明距離Clmin，在第三列中體現(xiàn)了針對二進(jìn)制傳感器情況下的鏈長Kb和數(shù)量Ab，并且在第四列中體現(xiàn)了針對三進(jìn)制傳感器情況下的鏈長Kt和數(shù)量At。因此，圖7的表格示出了在傳感器類型不同的情況下利用率的對比情況。鏈長越大，就越能夠為一個代碼字分配更多不同的切換命令(P、R、N、D、+、_及其它)，并且同時實現(xiàn)要求的且有利的最小漢明距離。
[0051]備選地，圖7的表格也觀察到，如何能夠在傳感器系統(tǒng)的功效相同的情況下減少傳感器的數(shù)量。因為相比每個傳感器只具有兩種狀態(tài)的傳感器系統(tǒng)，每個傳感器具有三種狀態(tài)的傳感器系統(tǒng)提供了更多種不同的代碼字，所以在功能相同和對于安全性和可用性的用處不變的情況下能夠減少傳感器的數(shù)量。
[0052]根據(jù)以下等式換算出減少的量:
[0053]k > η.ln2/ln3
[0054]其中
[0055]k =所需要的三進(jìn)制傳感器的數(shù)量(具有三種狀態(tài))并且
[0056]η =可用的二進(jìn)制傳感器的數(shù)量(具有兩種狀態(tài))
[0057]在圖8的表格中圖示出了如下結(jié)果，其結(jié)果是在將二進(jìn)制改造成三進(jìn)制的傳感器情況下能夠節(jié)省的傳感器的數(shù)量，其中，在上面的行內(nèi)標(biāo)有用于具有二進(jìn)制信號2η的老的布局的傳感器，而在下面的行內(nèi)引入了在應(yīng)用新的布局時要求的傳感器的數(shù)量，也就是說具有每個傳感器值3k種不同狀態(tài)的傳感器的數(shù)量，這些傳感器是必需的，以便獲得如下代碼字范圍，該代碼字范圍相當(dāng)于在應(yīng)用二進(jìn)制傳感器時的代碼字范圍。
[0058]在這里提出的方案的另一個在技術(shù)上的優(yōu)點在于改進(jìn)診斷的可行性。另一個經(jīng)常提到的要求是對系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的診斷。在具有三種狀態(tài)的傳感器中實施診斷的另一種可能性:如果在霍爾傳感器上方有一個磁極(“北磁性的”或“南磁性的”)，就能夠以如下方式對傳感器進(jìn)行檢查，即，斷開在構(gòu)造上預(yù)先規(guī)定的電流方向I (例如在圖5的分圖中可識別的)以用于進(jìn)行診斷，而此外反之亦然。正常工作的傳感器遵循如下方式，即，首先霍爾電壓消失，然后以相反前置符號再次施加在傳感器上。針對在逆轉(zhuǎn)電流的情況下無法觀察到這種感應(yīng)結(jié)果特性(Sensorergebnisverhalten)的這一狀況,就可以推斷出，相關(guān)的傳感器有故障。
[0059]一種特別的磁板可以被視為另一個在技術(shù)上的優(yōu)點，該磁板可以用于輔助本文介紹的方案的功能。如例如圖1和4A所示，這個磁板可以例如通過鉆孔與定位在該鉆孔前方的霍爾傳感器相結(jié)合地表示出無磁場的狀態(tài)“00”，為了構(gòu)建出特別緊湊的磁板或者為了實現(xiàn)在有磁性的和無磁性的區(qū)域之間的特別靈敏的過渡，在板中的孔可以裝備抗磁的插件(μr<1,例如銅)。備選地，磁板可以由單個的塊或者磁體拼裝在一起，它們其自身安置在板式載體上。當(dāng)傳感器僅安裝在一側(cè)上時，如果應(yīng)用連續(xù)的片板以用于大面積地粘貼有磁性的塊，則這種布置沒有缺點。
[0060]實施本文介紹的方案能帶來一系列的優(yōu)點。一方面能夠?qū)ΜF(xiàn)有的傳感器系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改造，其中，可以用三進(jìn)制傳感器取代二進(jìn)制傳感器，并且可以與具有三種狀態(tài)“有北磁性的” “有南磁性的”和“無磁性的”磁板組合。由此在傳感器數(shù)量相同情況下得到一種利用價值，這是因為在權(quán)衡感應(yīng)結(jié)果的評估可靠性對于感應(yīng)結(jié)果的可用性的目標(biāo)沖突下，要生產(chǎn)制造的傳感器系統(tǒng)應(yīng)最好按照客戶的要求量身定制，通過該方法要么達(dá)到更高的安全等級(SIL/ASIL)，要么提高可用性。作為另一個利用價值在于，在對現(xiàn)有的解決方案進(jìn)行改造時，不要求改變封裝(也就是說傳感器在傳感器殼體內(nèi)的布置)，并且在只需低廉的匹配成本的情況下就能夠繼續(xù)使用許多部件。備選地，在安全性/可用性相同的情況下能夠節(jié)省傳感器。
[0061]此外，本方案還有在診斷方面的優(yōu)點，這是因為存在另一種可形性，即對應(yīng)傳感器的正確的功能能夠?qū)υ搨鞲衅鬟M(jìn)行即刻檢查。
[0062]相對于特別的磁板可以發(fā)現(xiàn)，將單個的磁體或者磁片的塊拼接到板式載體上能夠改進(jìn)在對磁板進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時的自由度(也就是說各個磁極的布置和大小)，并且降低在生產(chǎn)磁板時的成本和流程時間。
[0063]圖9示出了本發(fā)明的實施例的流程圖作為用于檢測磁元件相對于傳感器元件的位置的方法800，其中，方法800應(yīng)用了對應(yīng)于前述實施例的傳感器裝置。方法800包括輸出810傳感器信號的步驟，該傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
[0064]概括地，在下面要再次列出本文介紹的方案的最重要的特征。首先，提出了應(yīng)用一個或者多個三進(jìn)制傳感器以用于檢測切換桿位置。在此，尤其用于機(jī)動車的換擋機(jī)構(gòu)具有有磁性的裝置，該裝置帶有一個或多個可以具有磁化的區(qū)域，并且具有傳感器，該傳感器能夠識別出可用的磁化并且確定磁化的方向。在此有利地，磁板可以從一側(cè)將兩個可能的狀態(tài)，即“有北磁性的”和“有南磁性的”中的至少一個與狀態(tài)“未磁化”聯(lián)合成組合。同時，可以在磁板內(nèi)通過孔實現(xiàn)未磁化的區(qū)域。為了檢查這樣的傳感器的正確的功能可以設(shè)置一種裝置，其能夠通過逆轉(zhuǎn)在霍爾傳感器中的電流方向檢查霍爾傳感器的功能。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的另一觀點設(shè)置了一種磁板，其針對單側(cè)安裝的傳感器具有三種狀態(tài)，即“有北磁性的”狀態(tài)、“有南磁性的”狀態(tài)和“孔”狀態(tài)(也就是說在這種狀態(tài)下傳感器無法檢測到磁場)。在特別的形式下，磁板可以在孔內(nèi)包含抗磁的插件，以便屏蔽有磁性的區(qū)域，使得它們的雜散磁場從未磁化區(qū)中減弱或者被擠出去。備選地或者附加地，磁板不可以由一整塊組成，而是它的組成部分，尤其是經(jīng)變形的金屬片通過載體粘在一起，或者固定在該載體上，其中，無磁性的區(qū)域可以實現(xiàn)為載體的孔。在這種狀況下，磁板也可以在孔內(nèi)或者說在磁板的各個有磁性的組成部分之間的中間空間內(nèi)設(shè)有抗磁的插件。
[0066]所描述的和在附圖中所示的實施例也只是示例性地選用而已。不同的實施例能夠完全地或者相對于單個的特征彼此組合。實施例也可以通過另一實施例的特征進(jìn)行補(bǔ)充。
[0067]此外，根據(jù)本發(fā)明的方法步驟可以重復(fù)地以及以不同于所述順序的另一種順序來實施。
[0068]如果實施例在第一特征和第二特征之間包括“和/或”作為連接詞，那么這就可以如此理解，即，該實施例根據(jù)實施方式不僅具有第一特征而且也具有第二特征，并且根據(jù)另一實施方式要么只具有第一特征要么只具有第二特征。
[0069]附圖標(biāo)記列表
[0070]100傳感器裝置
[0071]110磁板、磁元件
[0072]120傳感器元件
[0073]300選擋開關(guān)、選擇桿[0074]310磁元件的有磁化的區(qū)域
[0075]315永磁體
[0076]320 孔
[0077]330 凹部
[0078]340抗磁的材料
[0079]345轉(zhuǎn)動點
[0080]350傳感器信號、傳感器信號線路
[0081]360測量范圍
[0082]370輸出單元
[0083]380代碼字、輸出信號
[0084]390檢查單元
[0085]800用于檢測磁元件相對于傳感器元件的位置的方法
[0086]810輸出的步驟
[0087]Uh霍爾電壓
[0088]B 磁場
[0089]e電子流
[0090]I 電流
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器裝置(100)，其帶有至少一個傳感器元件(120)，尤其是霍爾傳感器元件，和至少一個能相對于所述傳感器元件(120)運動的磁元件(110)，所述磁元件具有兩個以上的不同地磁化的區(qū)域(310)，其特征在于，所述傳感器元件(120)構(gòu)造用于輸出傳感器信號(350)，所述傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于所述磁元件(110)處于所述傳感器元件(120)測量范圍(360)內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100)，其特征在于，所述傳感器元件(120)構(gòu)造用于當(dāng)在關(guān)于所述磁元件(110)處于所述傳感器元件(120)測量范圍(360)內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)下沒有磁通量(B)作用于所述傳感器元件(120)時，提供預(yù)先限定的傳感器信號值作為傳感器信號(350)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器裝置(100)，其特征在于，所述傳感器元件(120)構(gòu)造用于提供具有如下傳感器信號值的傳感器信號(350)，從所述傳感器信號值中能識別出所述磁元件(110)處于所述傳感器元件(120)測量范圍(360)內(nèi)的區(qū)域上的磁場⑶的定向，但是無法識別出所述磁元件(110)處于所述傳感器元件(120)測量范圍(360)內(nèi)的區(qū)域上的磁場(B)的強(qiáng)度。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器裝置(100)，其特征在于，所述傳感器裝置(100)具有至少一個另一傳感器元件(120)，尤其是另一霍爾傳感器元件，其中，所述另一傳感器元件(120)構(gòu)造用于輸出另一傳感器信號(250)，所述另一傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感 器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于所述磁元件(110)處于所述另一傳感器元件(120)測量范圍(360)內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器裝置(100)，其特征在于具有信號輸出單元(370)，所述信號輸出單元構(gòu)造用于將所述傳感器元件(120)的傳感器信號(350)的傳感器信號值至少與所述至少一個另一傳感器元件(120)的另一傳感器信號(350)的傳感器信號值結(jié)合成傳感器信號字(380)，其中，所述傳感器輸出單元(370)還構(gòu)造用于為所述磁元件(110)相對于所述傳感器元件(120)和所述另一傳感器元件(120)的不同的相對位置輸出傳感器信號字(380)，這些傳感器信號字具有至少等于二的漢明距離，尤其是至少等于三的漢明距離。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器裝置(100)，其特征在于，所述磁元件(110)在兩個磁化的區(qū)域(310)之間具有至少一個開口(320)和/或凹部(330)，尤其其中，所述開口(320)和/或所述凹部(330)表現(xiàn)出關(guān)于所述磁元件(110)的其內(nèi)不存在磁化的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器裝置(100)，其特征在于，在所述開口(320)和/或所述凹部(330)內(nèi)布置有抗磁的材料(340)，尤其是銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項所述的傳感器裝置(100)，其特征在于，所述磁元件(110)具有多個分元件(310、340)，其中，設(shè)置了至少一個部分平坦的載體元件，在所述載體元件上布置有磁性的所述分元件(315)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器裝置(100)，其特征在于具有傳感器檢查單元(390)，所述傳感器檢查單元構(gòu)造用于改變穿過所述傳感器元件(120)的電流(I)的方向，并且在改變穿過所述傳感器元件(120)的電流(I)之后檢測的傳感器信號(350)的傳感器信號值的基礎(chǔ)上識別出所述傳感器元件(120)的正確的功能。
10.一種尤其是用于機(jī)動車的換擋機(jī)構(gòu)，其特征在于具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的傳感器裝置(100)，其中，所述傳感器裝置(100)構(gòu)造用于檢測切換桿的、尤其是換擋桿(300)的位置。
11.一種用于檢測磁元件相對于傳感器元件的位置的方法(800)，其中，所述方法應(yīng)用了根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的傳感器裝置，其特征具有如下步驟: -輸出(810)傳感器信號，該傳感器信號通過至少三個預(yù)先限定的傳感器信號值中的一個來表現(xiàn)出關(guān)于磁元件處于傳感器元件測量范圍內(nèi)的區(qū)域的磁化的狀態(tài)。
12.一種用于傳感器裝置(100)的磁元件(110)，其具有兩個以上的磁化的區(qū)域(310)，其特征在于，所述磁元件(110)包括至少一個鄰接于至少兩個磁化的區(qū)域(310)的未磁化的區(qū)域(320 ；330)和/或抗磁的區(qū)域(340)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁元件(110)，其特征在于，所述未磁化的區(qū)域(320;330)具有至少一個開口(320)和/或凹部(330)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13 所述的磁元件(110)，其特征在于，所述抗磁的區(qū)域具有利用所述磁元件(110)構(gòu)造的或者布置在所述磁元件(110)上的抗磁的材料(340)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14所述的磁元件(110)，其特征在于，所述抗磁的材料(340)布置在所述開口(320)和/或凹部(330)內(nèi)。
【文檔編號】G01D5/14GK103988053SQ201280061927
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】拉爾夫·普法伊費爾, 安德烈亞斯·波伊克特 申請人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司