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雙線路霍爾效應傳感器的制作方法

文檔序號:12746825閱讀:412來源:國知局
雙線路霍爾效應傳感器的制作方法與工藝

本公開涉及磁性速度傳感器領域。更具體地,本公開涉及在汽車變速器中用作速度傳感器的改進的霍爾效應傳感器電路。



背景技術:

很多車輛在很寬的車輛速度范圍內使用,所述很寬的車輛速度范圍包括向前運動和向后運動兩者。然而,一些類型的發(fā)動機僅能在較窄的速度范圍內有效運行。因此,能夠以各種傳動比有效地傳輸動力的變速器被頻繁地使用。當車輛處于低速時,變速器通常以高傳動比運行,使得變速器增大發(fā)動機扭矩以改善加速度。在高車速下,以低傳動比運行的變速器允許與平穩(wěn)、節(jié)省燃料的巡航相關的發(fā)動機速度。

離散傳動比變速器能夠通過多個動力流動路徑傳輸動力,其中,每個動力流動路徑與不同的傳動比相關。特定的動力流動路徑通過接合特定的換擋元件(諸如,離合器或制動器)而被建立。從一個齒輪比換擋到另一個齒輪比涉及哪個換擋元件被接合。在自動離散傳動比變速器中,控制器確定哪條動力流動路徑應被啟用,并通過控制每個換擋元件的扭矩容量來建立動力流動路徑。控制器通常使用來自至少一個速度傳感器的信號來確定何種傳動比適合當前的狀況。在傳動比之間換擋期間,控制器通常必須測量換擋的進度,以便確定用于即將接合的換擋元件和即將分離的換擋元件的期望的扭矩容量。在換擋期間確定當前的傳動比需要來自至少兩個不同的速度傳感器的信號。

圖1示出了具有兩個速度傳感器的變速器控制系統(tǒng)的一部分。每個速度傳感器產生信號,控制器10可從所述信號中確定變速器中的特定軸的速度。例如,速度傳感器12可與渦輪軸相關,速度傳感器14可與輸出軸相關。轉速脈沖輪(tone wheel)被固定到軸上。轉速脈沖輪具有感測元件穿過的多個齒。磁場被建立在霍爾傳感器中,使得當齒與霍爾感測元件鄰近時磁通量的大小相對較高,而當齒之間的間隙與感測元件鄰近時磁通量的大小相對較低。根據霍爾傳感器的設計,單個霍爾元件可用于基于由磁場產生的霍爾電壓的信號處理。更多的時候,使用霍爾單元組,霍爾單元電壓響應之間的電壓差可被測量并用于提高感測能力。

控制器10通過供電線路16和返回線路18與速度傳感器12交互??刂破?0建立供電線路16和返回線路18之間的電壓差。速度傳感器12具有電路,使得供電線路和返回線路上的電流根據感測元件上的磁通量而變化。通常,信號是二進制的,使得當磁通量低于閾值時電流處于低水平,并且當磁通量超過閾值時電流處于高水平。通過記錄在電流水平變化之間過去的時間量,控制器可計算軸的速度,并在一些情況下計算軸的方向。類似地,控制器10通過供電線路20和返回線路22與速度傳感器14交互,以確定第二軸的速度。各種類型的電磁干擾作用在控制器和速度傳感器之間的線路上,電磁干擾可使得在線路的速度傳感器端子供應的電壓與同一線路的控制器端子上的電壓不同。然而,通過將對應的供電線路和返回線路在其長度的大部分上纏繞,干擾源對每個線路的影響幾乎是等同的,使得線路之間的電壓差沿其長度上保持接近常量。

圖2示意性地示出了適合于圖1的速度傳感器12或速度傳感器14的傳感器電路。所述電路的大部分使用專用集成電路(ASIC)24來實現。ASIC 24具有連接到供電線路的供電端子26和連接到返回線路的返回端子28。感測元件是被放置于將被感測的磁場中的一個或更多個霍爾片30的集合。電流從32至34流經每個霍爾片。電流的大小由電壓差來確定?;魻柶谳敵龆丝?6產生電壓,所述電壓取決于磁通量和電流的大小。由于目標是測量磁通量,所以通過精確地控制霍爾片兩端的電壓來精確地控制電流是很重要的。盡管線路將進行纏繞有助于限制由于干擾所引起的電壓波動,但是傳感器上的另外的電壓調節(jié)可被用于運行的一致性。在典型的實施方式中,電容器38可被放置在供電端子26和返回端子28之間。該電容器用于使電壓波動平穩(wěn)并且保護ASIC免受異常的尖峰電壓。為了方便針對不同的應用改變電容并且由于大的電容器通常難以實現在硅基底上,電容器38在ASIC 24外部。電壓調節(jié)電路40動態(tài)地控制操作霍爾片和信號處理電路所需的供應電壓。該電壓電平是電勢32和返回端子28之間的差。信號處理電路42在連接44上產生電壓輸出,所述連接44隨后操作輸出級46。具體地,對于二進制傳感器,傳感器汲取持續(xù)的電流,所述持續(xù)的電流是電壓調節(jié)器、信號處理塊以及用于操作霍爾片的電流的操作函數。當輸出級被驅動以提供電流消耗上的變化時,輸出級隨后汲取一定量的額外電流,所述變化比其它電流源上的變化性高得多,使得控制器10能夠容易地從噪聲中分辨出真實的信號變化。



技術實現要素:

根據一個實施例的雙線路霍爾效應速度傳感器包括供電端子(supply terminal)、返回端子(return terminal)、中間端子(intermediate terminal)、第一電壓調節(jié)電路和第二電壓調節(jié)電路、霍爾片以及信號處理和輸出級電路。所述第一電壓調節(jié)電路調節(jié)所述中間端子和所述返回端子之間的電壓差。所述霍爾片具有供電端口、電連接至所述返回端子的返回端口以及輸出端口。所述輸出端口的電壓對磁場作出響應。第二電壓調節(jié)電路調節(jié)所述霍爾片的供電端口和所述返回端子之間的電壓差。信號處理和輸出級電路響應于所述霍爾片的輸出端口的電壓的變化而改變從所述供電端子至所述返回端子的電流。例如,當所述霍爾片的輸出電壓超過閾值時將所述電流設置為第一水平,并且當所述霍爾片的輸出電壓低于閾值時將所述電流設置為第二水平。所述速度傳感器還可包括跨接在所述中間端子和所述返回端子之間的電容器和/或齊納二極管,以幫助所述第一電壓調節(jié)電路保持目標電壓。所述速度傳感器可包括跨接在所述供電端子和所述返回端子之間的電容器。

根據另一實施例的霍爾效應傳感器包括霍爾效應集成電路,所述霍爾效應集成電路具有供電端子、中間端子和返回端子、跨接在所述供電端子和所述返回端子之間的電容器、跨接在所述中間端子和所述返回端子之間的另一電容器。所述速度傳感器還可包括跨接在所述中間端子和所述返回端子之間的齊納二極管。

一種變速器包括控制器和兩個霍爾效應集成電路,每個霍爾效應集成電路具有供電端子、返回端子和中間端子。電容器跨接在每個霍爾效應集成電路的中間端子和返回端子之間。每個霍爾效應集成電路的供電端子連接至所述控制器的共用供電端子。每個霍爾效應集成電路的返回端子連接至所述控制器的單獨的速度傳感器端子。電容器還可跨接在一個或兩個霍爾效應集成電路的供電端子和返回端子之間。齊納二極管可跨接在一個或兩個霍爾效應集成電路的中間端子和返回端子之間。每個霍爾效應集成電路可被配置為對固定到輸入軸、輸出軸或中間軸的轉速脈沖輪的位置作出響應。

根據本發(fā)明,提供一種變速器,所述變速器包括:第一霍爾效應集成電路(HEIC)和第二HEIC,每個HEIC具有供電端子、返回端子和中間端子;第一電容器和第二電容器,第一電容器跨接在第一HEIC的中間端子和返回端子之間,第二電容器跨接在第二HEIC的中間端子和返回端子之間;控制器,具有連接至第一HEIC的供電端子和第二HEIC的供電端子兩者的共用供電端子,并具有連接至第一HEIC的返回端子的第一速度傳感器端子以及連接至第二HEIC的返回端子的第二速度傳感器端子。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括第三電容器,所述第三電容器跨接在第一HEIC的供電端子和返回端子之間。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括第四電容器,所述第四電容器跨接在第二HEIC的供電端子和返回端子之間。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括第一齊納二極管,所述第一齊納二極管跨接在第一HEIC的中間端子和返回端子之間。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括第二齊納二極管,所述第二齊納二極管跨接在第二HEIC的中間端子和返回端子之間。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括用于與中間軸一起旋轉而被固定的第一轉速脈沖輪,其中,所述第一霍爾效應集成電路被配置為:響應于所述第一轉速脈沖輪的位置,調節(jié)所述第一速度傳感器端子的電流。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括用于與輸入軸一起旋轉而被固定的第二轉速脈沖輪,其中,所述第二霍爾效應集成電路被配置為:響應于所述第二轉速脈沖輪的位置,調節(jié)所述第二速度傳感器端子的電流。

根據本發(fā)明的一個實施例,所述變速器還包括用于與輸出軸一起旋轉而被固定的第二轉速脈沖輪,其中,所述第二霍爾效應集成電路被配置為:響應于所述第二轉速脈沖輪的位置,調節(jié)所述第二速度傳感器端子的電流。

附圖說明

圖1是使用纏繞的線路對的第一變速器速度傳感器電路。

圖2是適合于在圖1的變速器速度傳感器電路中使用的第一霍爾效應傳感器電路。

圖3是使用控制器上的共用供電端子的第二變速器速度傳感器電路。

圖4是適合于在圖3的變速器速度傳感器電路中使用的第二霍爾效應傳感器電路。

具體實施方式

在此描述了本公開的實施例。然而,應理解的是,所公開的實施例僅為示例,并且其它實施例可采用各種和替代形式。附圖不必按比例繪制;可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的細節(jié)。因此,在此公開的特定結構和功能細節(jié)不應被解釋為具有限制性,而僅為用于教導本領域技術人員以多種方式利用本發(fā)明的代表性基礎。如本領域普通技術人員將理解的,參考任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個或更多個其它附圖中示出的特征進行組合以產生未被明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表性實施例。然而,與本公開的教導一致的特征的各種組合和變型可被期望用于特定的應用或實施方式。

為了提高燃料經濟性和性能,離散傳動比變速器中的不同傳動比的數量已在增加。其結果是,更常見的是安排直接多階梯比換擋。通常,這種換擋可涉及多個即將分離的換擋元件和多個即將接合的換擋元件。在這種換擋期間,可期望確定每個換擋元件上的打滑速度。由于自由度數量的增加,關于輸出速度和輸入速度的信息不足以計算所有這些打滑速度。因此,安裝額外的速度傳感器是有利的,所述額外的速度傳感器允許控制器確定除了輸入軸和輸出軸之外的軸的速度。哪些額外的軸的速度必須被測量在可能的換擋中是變化的,因此,必須安裝多個額外的速度傳感器。使用如圖1中所示的纏繞的線路對針對N個速度傳感器需要2×N個控制器端子。另外,變速器箱體外部和變速器箱體內部之間的任何連接器必須提供2×N個連接。

圖3示出了具有兩個速度傳感器的變速器控制系統(tǒng)的一部分。與圖1的速度傳感器類似,速度傳感器12′和速度傳感器14′產生基于轉速脈沖輪的通道(passage)而變化的電流,所述轉速脈沖輪產生變化的磁場。然而,在圖3的布置中,兩個速度傳感器的供電端子被連接至從控制器10′引出的單個供電線路16′。這樣減少了控制器上所需的管腳的數量,并且減少了變速器箱體外部和變速器箱體內部之間的連接器上所需的管腳的數量。具體地,對于N個速度傳感器,需要N+1個管腳??刂破骰趯Ψ祷鼐€路18中的電流的測量來確定與傳感器12′相關的軸的速度,并基于對返回線路22中的電流的測量來確定與傳感器14′相關的軸的速度??蛇x地,可使用共用返回線路,并且控制器可測量單獨的供電線路中的電流。由于按照圖1纏繞線路是不切實際的,所以各種干擾源可對傳感器的供電端子和返回端子之間的電壓差產生影響,即使所述電壓差在控制器端子被準確地設置。因此,可能有必要使傳感器電路比圖2的電路更穩(wěn)健。

圖4示意性地示出了適合于圖3的速度傳感器12′或速度傳感器14′的傳感器電路。與圖2的傳感器電路并無不同的組件使用相同的標號。相似但稍加修改的組件使用帶有上撇號(′)的相同標號。增加電容器38的電容將有助于使供電端子26和返回端子28之間的電壓波動最小化。然而,在38處的電容傾向于在輸出級46的轉換之后延遲線路18中的電流的響應。當線路18中的電流超過閾值時,控制器識別所述轉換。如果延遲過多,則所述電流在下一次轉換之前不能達到閾值,因此控制器將不能識別所述轉換?;魻栃呻娐?HEIC)24′除了具有供電端子26和返回端子28之外,霍爾效應集成電路24′還具有中間端子50。電壓調節(jié)電路52將中間端子50和返回端子28之間的電壓差動態(tài)地控制至預定的固定值,所述預定的固定值低于供電端子26和返回端子28之間的電壓差。電容器54和齊納二極管56(二者可與HEIC 24′物理地分離)幫助電壓調節(jié)電路52將該電壓保持在期望值。如上所述,電容器54防止該電壓快速變化。由于電壓調節(jié)器52將電容器54與輸出級轉換隔離開,所以電容器54可具有比電容器38高得多的電容,而不在電流響應中引起過多的延遲。齊納二極管56阻止電流流動,直到電壓差達到特性水平為止,并在電壓差高于特性水平時允許電流流動。這樣防止電壓差超過特性水平。電容器54和齊納二極管56可單獨使用或組合使用。第二電壓調節(jié)電路58將霍爾片的供電端口32和返回端子28之間的電壓差控制至預定的固定值,所述預定的固定值低于中間端子50和返回端子28之間的電壓差。在存在比圖2的傳感器電路更為嚴重的干擾的情況下,這種兩級電壓調節(jié)提供了足夠的恒定電流通過霍爾片并流至信號處理電路42。

雖然以上描述了示例性實施例,但這些實施例并不意在描述權利要求所涵蓋的所有可能形式。說明書中所使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語,并且應理解的是,可在不脫離本公開的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述,可將各個實施例的特征進行組合以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進一步的實施例。盡管針對一個或更多個期望特性,各個實施例已經被描述為提供在其它實施例或現有技術實施方式之上的優(yōu)點或優(yōu)于其它實施例或現有技術實施方式,但是本領域的普通技術人員應認識到,根據特定應用和實施方式,一個或更多個特征或特性可被折衷以實現期望的整體系統(tǒng)屬性。因此,被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例或現有技術實施方式的實施例并非在本公開的范圍之外,并可被期望用于特定的應用。

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