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    重庆时时彩中东平台: 具有增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置.pdf

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    具有 增大 固有 安全性 车轮 旋转 速度 检测 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN200680028364.4

    申请日:

    2006.08.01

    公开号:

    CN101238354A

    公开日:

    2008.08.06

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: G01D5/244; G01D5/16; G01P3/489; G01P3/487 主分类号: G01D5/244
    申请人: 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司
    发明人: P·洛贝格; W·弗利茨
    地址: 德国法兰克福
    优先权: 2005.8.1 DE 102005036614.7; 2006.8.1 DE 102006036197.0
    专利代理机构: 北京市中咨律师事务所 代理人: 杨晓光;李 峥
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200680028364.4

    授权公告号:

    101238354B||||||

    法律状态公告日:

    2011.10.19|||2008.10.15|||2008.08.06

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种用于物体(特别是车轮)的线性和/或旋转移动的固有安全检测的装置,该装置包含磁编码器(5,25)和传感器(26),所述磁编码器(5,25)随着物体、特别是车轮一起移动和/或旋转,并经由磁气隙被磁耦合到传感器(26)的至少两个传感器元件(S1,S2),该装置特别用于执行根据权利要求1的方法,其中,传感器(26)具有至少两个互相分立的信号路径(S1,f1;S2,f2),所述路径各自包含传感器元件(S1,S2)中的至少一个并各自包含信号调节级(28,29),存在至少一个主要测量信号路径(S1,f1),该路径以其一个或一个输出信号在正常运行过程中表示编码器移动基本频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基本对应于传感器(26)与由所述传感器检测的编码器(5,25)的极对之间的基本相对速度,并且,存在至少一个观测信号路径(S2,f2),该路径以其至少一个输出信号表示编码器移动双倍频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基本上对应于传感器(26)与由所述传感器检测的编码器(5,25)的极对之间的双倍相对速度。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种增大用于检测物体的线性和/或旋转移动的装置的固有安全性的方法,该物体特别是车轮,该装置包含磁编码器(5,25)和传感器(26),传感器(26)具有磁耦合到所述磁编码器(5,25)的至少两个传感器元件(S1,S2),所述方法的特征在于将至少两个互相分立的信号路径(S1,f1;S2,f2)的信号相互比较,每个路径包含传感器元件(S1,S2)中的至少一个,存在至少一个主要测量信号路径(S1,fl),该路径以其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式和/或其一个或一个以上的输出信号在正常运行过程中表示基本车轮旋转速度的方式被构造,所述模式的时间发生基本对应于传感器与由所述传感器检测的编码器的极对之间的基本相对速度,并且,存在至少一个观测信号路径(S2,f2),该路径以其至少一个输出信号的时间曲线具有模式和/或其一个或一个以上的输出信号表示双倍车轮旋转速度的方式被构造,所述模式的时间发生基本上对应于传感器与由所述传感器检测的编码器的极对之间的双倍相对速度,所述方法的特征还在于将比较结果传送到电子控制单元(ECU)。

    2.  一种用于物体的线性和/或旋转移动的固有安全检测的装置,该物体特别为车轮,该装置包含磁编码器(5,25)和传感器(26),所述磁编码器(5,25)随着物体、特别是车轮一起移动和/或旋转,并经由磁气隙被磁耦合到传感器(26)的至少两个传感器元件(S1,S2),该装置特别用于执行根据权利要求1的方法,其特征在于所述传感器(26)具有至少两个互相分立的信号路径(S1,f1;S2,f2),所述路径各自包含传感器元件(S1,S2)中的至少一个并各自包含信号调节级(28,29),存在至少一个主要测量信号路径(S1,f1),该路径以其至少一个输出信号在正常运行过程中表示编码器移动基本频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基本对应于传感器(26)与由所述传感器检测的编码器(5,25)的极对之间的基本相对速度,并且,存在至少一个观测信号路径(S2,f2),该路径以其至少一个输出信号表示编码器移动的双倍频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基本上对应于传感器(26)与由所述传感器检测的编码器(5,25)的极对之间的双倍相对速度。

    3.  根据权利要求2的装置,其特征在于:将所述至少一个主要测量信号路径(S1,f1)以及所述至少一个观测信号路径(S2,f2)的输出信号在比较器(30)中相互进行比较,且比较结果被传送到所述电子控制单元ECU(27)。

    4.  根据权利要求2或3的装置,其特征在于所述至少一个传感器元件的所述至少一个输出信号,特别是所述至少一个主要测量信号路径(S1,f1)的传感器元件(S1)的所述至少一个输出信号,与关于编码器移动的频率的信息一起提供附加信息项(ZI1),该信息项特别是关于旋转方向和/或气隙尺寸的。

    5.  根据权利要求2-4中至少一项的装置,其特征在于将所述至少一个主要测量信号路径(S1,f1)和所述至少一个观测信号路径(S2,f2)的输出信号连续地或在规定的时间点上在比较器(30)中相互进行比较,所述比较器(30)以这样的方式被特别设计:如果主要测量信号路径和观测信号路径的输出信号表示的频率基本匹配,识别出主要测量信号路径(S1,f1)的故障功能。

    6.  根据权利要求2-5中至少一项的装置,其特征在于:借助适合的信号,关于主要测量信号路径(S1,fl)的功能状态的信息项特别地与主要测量信号路径的输出信号一起被传送到电子控制单元(ECU)(27)。

    7.  根据权利要求2-6中至少一项的装置,其特征在于:将特别是附加的其它信号参数,例如所述至少一个主要测量信号路径与所述至少一个观测信号路径的所述至少一个输出信号的幅值在比较器中进行比较和评估。

    8.  根据权利要求2-7中至少一项的装置,其特征在于:用于信号调节和处理的元件(28,29,30,31,M,11)被构建为电子电路,特别是作为至少一个集成电路的一部分。

    9.  根据权利要求2-8中至少一项的装置,其特征在于磁编码器(5,25)具有永久磁化编码器轨道,该轨道特别是包含交替的磁南北极,且特征在于,传感器元件(S1,S2)使用一种磁阻效应,特别是各向异性磁阻效应,并被特别地形成为由坡莫合金构成的带状线的组合,特别地,带状线在这种情况下平面地位于传感器元件的区域。

    10.  根据权利要求2-9中至少一项的装置,其特征在于,所述传感器元件(14,S1,S2)的平面被布置为基本平行于编码器轨道(13)的平面(XY平面)。

    11.  根据权利要求2-10中至少一项的装置,其特征在于,所述至少一个主要测量信号路径中的所述传感器元件(S1)为带状线的半桥或全桥组合,所述带状线,特别是在每种情况下,或者在其不具有Barber电极的条件下被定向为相对于编码器移动方向(Y轴)基本为+45°或-45°的角度,特别是关于编码器移动方向(Y轴)以对应定向镜像的方式,或者在其具有Barber电极的条件下被定向为基本垂直或平行于编码器移动方向(Y轴)。

    12.  根据权利要求2-11中至少一项的装置,其特征在于,所述至少一个观测信号路径中的所述传感器元件(S2)为带状线的半桥或全桥组合,所述带状线,特别是在每种情况下,或者在其不具有Barber电极的条件下被定向为基本垂直或平行于编码器移动方向(Y轴),或者在其具有Barber电极的条件下被定向为相对于编码器移动方向(Y轴)基本为+45°或-45°的角度,特别是关于编码器移动方向(Y轴)以对应定向镜像的方式。

    13.  根据权利要求2-12中至少一项的装置,其特征在于,一个或一个以上的或特别是全部的传感器元件(S1,S2)具有永磁体和/或用于形成偏置磁场的线圈。

    14.  根据权利要求2-13中至少一项的装置,其特征在于,不同信号路径的传感器元件(S1,S2)特别是附加地与用于信号调节和处理的元件(28,29,30,31,M,11)一起被集成在共用芯片上。

    15.  根据权利要求1-14中至少一项的装置和/或方法在机动车中、特别是在至少一个车轮旋转速度传感器系统中的应用。

    说明书

    说明书具有增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置
    技术领域
    本发明涉及用于根据权利要求1的前序部分的、增加用于旋转速度检测的装置的固有安全性的方法和/或用于物体(特别是车轮)线性和/或旋转移动的固有安全检测的方法,涉及根据权利要求2的前序部分的、用于固有安全旋转速度检测的装置和/或用于物体(特别是车轮)线性和/或旋转移动的固有安全检测的装置,并涉及该方法和/或该装置在机动车中的使用。
    背景技术
    借助具有随着车轮旋转的磁编码器和至少一个磁场敏感传感器的传感器装置检测车轮的旋转速度是已知的,磁编码器经由磁气隙被磁耦合到磁场敏感传感器。
    由于其鲁棒性和良好的信号品质,基于磁阻效应的传感器(特别是有源传感器)被用于工业中,并尤其常见地用在机动车工业中。这些好的信号特性进一步通过例如在安装时或在传感器安装时遵照编码器轨道与传感器(特别是其传感器元件)间规定相对位置的公差(tolerance)而得到保证。举例而言,如果作为侧向相对偏移和过于接近状况(过小的气隙长度或编码器场强度的过强横向分量)的结果而不遵照所述公差,可发生以不允许的方式暂时或永久改变传感器输出信号的信号干扰。输出信号的曲线(profile)于是不再与编码器轨道极对的移动曲线精确对应,相反,典型地发生分散或永久的频率倍增和/或频率波动,特别是频率加倍,其也可能在例如机动车的车轮旋转速度传感器的情况下发生。为了避免这样的干扰频率加倍或频率倍增,进行适当的最终验收试验。为了能够对运行过程中这样的现象进行适当的反应,进行通常复杂的可信性计算。在进一步的信号处理的过程中,这些误差也可能变得明显,甚至被放大。
    文档DE 199 06 937 A1提出了一种旋转速度传感器,编码器的角间距(angular pitch)比旋转速度传感器的角分辨率粗,且旋转速度传感器具有彼此分开布置且产生两个测量信号的两个磁场传感器,这两个测量信号相对于彼此有相位偏移,并以这样的方式合并:出于获得必要的测量分辨率的目的,输出信号相对于测量信号有着增大的频率。这样的旋转速度传感器主要用于提高分辨率,然而,关于所述旋转速度传感器的固有安全性没有获得改进。
    发明内容
    本发明的目的在于提出一种增大用于旋转速度检测的装置的固有安全性和/或用于物体(特别是车轮)的线性和/或旋转移动的固有安全检测的方法以及对应的装置。
    根据本发明,该目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求2的装置实现。
    本发明基于这样的构思:增加用于车轮旋转速度检测的装置和/或用于车轮或其它物体(特别是旋转的)的移动检测的装置的固有安全性。在这种情况下,根据本发明的装置具有磁编码器和具有至少两个传感器元件的传感器,磁编码器与物体(特别是车轮)一起移动和/或旋转,并经由磁间隙被磁耦合到传感器的所述至少两个传感器元件。另外,传感器具有至少两个特别是互相分立的信号路径,其各自包含传感器元件中的至少一个并各自包含信号调节级。在这种情况下,至少一个主要测量信号路径以这样的方式存在和构建:其至少一个输出信号、特别是其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行中表示编码器极对移动的基本频率(所述移动由所述至少一个传感器元件进行检测),和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行中具有模式(pattern),所述模式的时间发生(temporaloccurrence)基本上对应于传感器与由所述传感器检测的编码器极对之间的基本相对速度,和/或其一个或一个以上的输出信号特别表示基本车轮旋转速度的测量,在这种情况下,另外的至少一个观测信号路径以这样的方式存在和构建:其至少一个输出信号,特别是其至少一个输出信号的时间曲线表示编码器极对移动的双倍频率(所述移动由所述至少一个传感器元件进行检测),和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行中具有模式,所述模式的时间发生基本上对应于传感器与由所述传感器检测的编码器极对之间的双倍相对速度,和/或其一个或一个以上的信号特别表示双倍车轮旋转速度的测量。根据本发明的装置特别适用于识别损害正常运行的干扰,特别优选的是适用于对它们作出反应。
    所述干扰或干扰效应包括特别是频率倍增,尤其是频率加倍效应和/或特别是在下文中被介绍为“翻转(flipping)”的效应。
    根据本发明的装置优选为被设置用于执行根据权利要求1的方法。
    根据本发明,使用磁场敏感、特别是有源的传感器。有源传感器是已知的,特别是用于机动车领域。它们存在于二线实施例和三线实施例中。举例而言,实施例在二线实施例的基础上介绍,例如如制动系统所常见。然而,将该基本构思应用到遍布电动机和/或齿轮机构应用的三线实施例中也在本发明的范围内。
    传感器元件被理解为基于多种磁阻效应中的一种(特别是各向异性磁阻效应或巨磁阻效应)的磁场敏感传感器元件。优选为,电子电路——特别是集成到传感器中以形成传感器元件——将由传感器检测到的变化的磁场导致的磁阻变化转换为两个不同的电流等级,其作为输出信号自身或更为复杂的输出信号的一部分,对例如一系列齿高和齿间隙或北极和南极进行映射。特别优选的是,固有安全旋转速度检测装置具有至少两个传感器元件,在这种情况下,可以将不同的传感器元件在该装置的背景下进行合并。传感器元件优选为包含这些磁阻带状线(stripline)的至少部分桥式电路。
    磁编码器被理解为承载特别是增加的磁编码角度标度(scale)和/或长度标度的机器元件。与永磁体结合产生可变磁气隙的铁磁性多孔杆和/或多孔盘或齿条和/或齿轮也可作为编码器。另一方面,可能存在这样的磁编码器:其具有带有磁编码模式的编码器轨道;特别地,这样的模式可以为永久磁化的北/南极区域(其以交替的序列构成这样的编码器轨道:该轨道基本上直直地延伸或者闭合以形成圆,且被引入例如车轮轴承密封中)的整体序列。特别地,磁编码器作为旋转速度检测系统和/或旋转速度检测装置中的脉冲发送器。
    电子控制单元(ECU)优选为理解为机动车调节系统的电子控制单元,特别是共同地、尤其是以分布形式执行程序和数据通信的微控制器网络?;蛘?,出于便利,电子控制单元(ECU)为特别简单的评估单元,其尤其优选为用于对灯进行驱动,或者,尤其优选为用于控制和/或调节的电子电路和/或工业微处理器系统。
    正常运行被理解为意味着这样的、至少一个传感器元件的运行:在其过程中,没有明显的干扰变量干扰编码器的移动和/或旋转的检测,且因此,在所述至少一个传感器元件的所述至少一个输出信号中没有发生明显的干扰。这特别涉及与所述至少一个输出信号的频率有关的干扰。在这种情况下,所述至少一个传感器元件的所述至少一个输出信号的时间曲线具有模式,所述模式在偏离正常运行的这种干扰运行中的时间发生对应于传感器与由所述传感器进行测量的编码器极对之间的相对速度的倍数和/或波动的倍数,特别是双倍,在这种情况下,所述模式的所述发生(其不和传感器与由传感器测量的极对之间的相对速度对应)可能随时和/或偶发地发生,和/或以更为明显或更不明显的程度连续发生,特别是作为信号叠加。这样的干扰效应被称为例如频率波动、频率倍增或频率加倍。这些干扰可基于被称为“翻转”的效应和/或被如此称为。一方面,这特别涉及传感器与编码器之间的相对位置导致的干扰。因此,特别是在根据本发明的传感器装置的主要测量信号路径中,用于检测移动的传感器元件常常以这样的方式运行,使得磁编码器场的基本上仅仅一个方向分量被检测,且编码器的移动信息由此一个方向分量中的变化获取。在这种情况下,所述至少一个传感器元件优选为被定向为基本垂直、居中,且传感器元件的测量区域基本上平行于编码器轨道表面。形成对照的是,角度测量常常以这样的方式进行:磁编码器场的两个方向分量被检测,所述至少一个传感器元件被定向为基本垂直于编码器轨道的表面??杀鹊奶匦砸餐ü庋拇衅髟硐殖隼矗浩浔欢ㄏ蛭酒叫杏诒嗦肫鞴斓赖谋砻?,但被定位为相对于编码器轨道的表面基本为横向或对角横向。在这种情况下,所述至少一个传感器元件的所述至少一个输出信号的曲线对应于编码器移动的双倍频率,其特别在本发明的含义内被视为干扰。被称为“翻转”的干扰来自于从上面介绍的不受欢迎的、随编码器移动变化的两场分量检测的连接,在这种情况下,旋转向量的这种检测也可成比例地或作为叠加地发生,其被视为具有特定程度的干扰。另一方面,也被称“翻转”的干扰来自于这样的事实:至少一个传感器元件的至少一个带状线的内部磁化的定向完全改变和/或急剧和/或连续地改变。优选为,磁阻传感器元件的带状线具有形状各向异性的方向,其也是内部磁化的积极地最为有利和最为稳定的方向。在形状各向异性的方向的内部磁化的分量的定向反转或完全改变的情况下,传感器元件的特性曲线在纵坐标上取镜像(mirroring),其特别具有相对于输出信号的频率加倍效应。内部磁化的定向的这种完全改变(“翻转”)特别在由支持或偏置磁体施加的磁场被外部磁场补偿和/或反转时发生。具有这种效应的形状各向异性的方向(x方向)的磁场分量优选为是传感器装置外部的磁干扰场的一部分。具体而言,这些被称为“翻转”的不同的效应结合发生,由此,不能明确地确定干扰的原因。特别优选的是,在当频率加倍干扰在传感器元件输出信号中发生的任何情况下称为“翻转”。
    出于便利,在比较器(其特别优选为频率比较器电路)中将至少一个主要测量信号路径和所述至少一个观测信号路径的输出信号进行比较,将比较结果传送到电子控制单元(ECU)。这种措施使得识别两信号路径的不同信号曲线以及识别发生效果的干扰的存在成为可能。特别优选的是,受到调节的信号被直接传送到ECU并在那里进行比较,且比较受到评估。
    优选为,特别是作为补充的,将所述至少一个主要测量信号路径以及所述至少一个观测信号路径的所述至少一个输出信号的其他信号参数(例如幅值)在比较器中进行比较,特别优选的是进行评估,格外优选的是,所述至少一个评估结果被传送到电子控制单元ECU。在这种情况下,举例而言,对观测信号路径的传感器元件的两个半桥信号的幅值进行比较,以便获得关于传感器元件全桥读取点与编码器轨道中心之间的相对定位的信息项。
    优选为,所述至少一个主要测量信号路径以这样的方式被构建和/或布置:不排除其输出信号表示双倍频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行期间具有模式的情况,所述模式的时间发生基本上对应于传感器与由所述传感器检测的编码器极对之间的双倍相对速度。所述至少一个主要测量信号路径由此能以这样的方式设计:其一般提供高的测量准确度。
    优选为,所述至少一个观测信号路径以这样的方式被构建和/或布置:独立于气隙中的磁条件、尤其是独立于所述至少一个观测信号路径的所述至少一个传感器元件相对于编码器轨道的位置,其输出信号表示双倍频率,和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式,独立于气隙中的磁条件、尤其是独立于所述至少一个观测信号路径的所述至少一个传感器元件相对于编码器轨道的位置,所述模式的时间发生本质上对应于传感器与由所述传感器检测的编码器极对之间的双倍相对速度。
    利用这种配置,所述至少一个观测信号路径可靠地输出双倍频率的信号,由此,总是能够识别所述至少一个主要测量信号路径的不受欢迎的频率加倍。
    出于便利,所述至少一个传感器元件(特别是所述至少一个主要测量信号路径的传感器元件)的所述至少一个输出信号与关于频率的信息(其特别是和传感器与编码器之间的相对速度成比例)一起提供附加信息项,特别是关于气隙尺寸和/或移动方向。这些附加信息项提供了增大装置使用频谱的可能,或将该装置灵活地应用于相应的应用以及集成特别是关于信号传输的附加功能的可能。
    优选为,连续地和/或在规定的时间点上在比较器中将所述至少一个主要测量信号路径和所述至少一个观测信号路径的输出信号彼此进行比较,比较器特别以这样的方式设计:如果主要测量信号路径和观测信号路径的输出信号表示的频率(所述频率特别地与传感器和编码器之间的相对速度成比例)和/或表示编码器移动的模式的时间曲线基本匹配,识别出主要测量信号路径的错误功能。
    优选为这样的情况:借助合适的信号,关于主要测量信号路径的功能状态的信息项——特别是与主要测量信号路径的输出信号一起——被传送到电子控制单元(ECU),由此,电子控制单元可适当地做出反应,尤其优选为可进行装置的关闭。格外优选的是,这是在考虑对安全关系重大的要求的情况下做出的,使得机动车车轮旋转速度传感器中的错误信号和/或错误不会导致临界行驶状态。
    出于便利,用于信号调节和处理的元件被构建为电子电路,特别是做为至少一个集成电路的一部分。这使得该装置能以相对具有成本效益的方式实现。
    优选为,磁编码器具有永久磁化的编码器轨道,该轨道特别包含交替的磁南北极,传感器元件实现磁阻效应、特别优选为各向异性磁阻效应,并被特别构成为由坡莫合金构成的带状线的组合。编码器和传感器的这些实施例被证明为非??煽?。另外,考虑到它们是广为普及的,这些产品可直接获得且相对具有成本效益。
    优选为,传感器元件的平面被布置为基本平行于编码器轨道的平面(XY平面)。
    出于便利,所述至少一个主要测量信号路径中的传感器元件为带状线的半桥或全桥组合,带状线各自在没有Barber电极(Barber pole)的情况下被定向为相对于编码器移动方向(Y轴)基本呈+45°或-45°的角度,特别是以相对于编码器移动方向(Y轴)以对应方向镜像的方式,或在具有Barber电极的情况下被定向为基本平行或垂直于编码器移动方向(Y轴)。由此获得的是,在正常运行中,这种传感器元件以1∶1的比率对编码器移动速度和/或频率关于其输出信号频率进行映射。特别地,所述带状线根据各向异性磁阻原理发挥作用。关于带状线定向的方向指示也可被考虑为具有+/-15°的公差,或主要测量信号路径的带状线的定向可相对于上面提到的定向偏差多至+/-15°,这覆盖了制造和安装公差,另一方面,也关于定向有意变化。
    优选为这样的情况:所述至少一个观测信号路径中的传感器元件为带状线的半桥或全桥组合,带状线各自在不具有Barber电极的条件下被定向为基本平行或垂直于编码器移动方向(Y轴),或在具有Barber电极的情况下,并定向为相对于编码器移动方向(Y轴)基本呈+45°或-45°的角度,特别是以相对于编码器移动方向(Y轴)以对应定向镜像的方式。借助这种布置和/或实施例以及传感器元件的定向获得的是,举例而言,对于旋转物体,所述传感器元件的输出信号总是基本上对应于编码器的双倍频率。由此获得的是这种传感器元件以1∶2的比率可靠地对编码器的移动速度和/或频率关于其输出信号频率进行映射,由此,频率加倍因此通过传感器元件发生。具体而言,所述带状线根据各向异性磁阻原理发挥作用。关于带状线定向的方向指示也可考虑为具有+/-15°的公差,或者,观测信号路径的带状线的定向可相对于上面提到的定向偏差最多+/-15°,这覆盖了制造和安装公差,且一方面关于定向有意改变。所述至少一个观测信号路径正确地在正常运行过程中和正常运行外(干扰运行)发挥作用,特别是关于其至少一个输出信号的频率。
    优选为,所述两个不同信号路径的所述至少两个传感器元件以这样的方式构造和布置:主要测量信号路径的各传感器元件的各带状线中的电流方向与相应的偏置磁体的场方向(x方向)之间的角度基本为45°+n*90°,特别是具有+/-15°的公差,且观测信号路径各传感器元件的各带状线的电流方向与相应的偏置磁体的场方向(x方向)之间的角度基本为n*90°,特别是具有+/-15°的公差。
    出于便利,提供具有Barber电极的带状线,以便获得输出信号关于规定角度的线性化。
    优选为,至少一个支撑磁体被布置为垂直于编码器的移动方向,且特别作用在所述至少一个主要测量以及所述至少一个观测信号路径的至少一个传感器元件上。
    优选为,一个或多个(特别地,所有的)传感器元件具有永磁体和/或线圈。由此对于带状线事先规定内部优选磁化方向,由此,同样地,可实现输出信号特征曲线的线性化,磁支撑场或偏置场被产生,其使得这样的传感器元件对于形状各向异性的方向上内部磁化的场分量的定向翻转/完全改变敏感性相对较低。出于便利,不同信号路径的传感器元件——特别是附加地与用于信号调节和处理的元件一起——集成在共用芯片上。成本因此可被降低。
    另外,本发明还涉及根据本发明的方法和/或根据本发明的装置在机动车、特别是在至少一个车轮旋转速度传感器系统中的使用。
    根据本发明的方法和根据本发明的装置可用在具有磁编码器的物体的移动由传感器进行检测的任何领域。这涉及线性移动的检测和旋转移动的检测以及组合移动,例如传送带的移动。优选为为将为根据本发明的方法和根据本发明的应用用在自动化技术中进行准备,特别是在工业应用中,尤其是在机器人技术中。在这种情况下,这对于增加用于增大旋转速度检测的装置的固有安全性特别有利,尤其是用于车轮旋转速度检测的装置和/或系统。在这种情况下,考虑到它们的对于对安全至关重要的应用的设计,根据本发明的方法和根据本发明的装置特别优选地适合于用于机动车中,特别是在机动车、摩托车、卡车和拖车的车轮旋转速度检测系统中。
    优选为,包含在装置中的、根据本发明的传感器基于直接硬件实施,在这种情况下,该实施——特别是作为集成电路——可被布置在一个或一个以上的芯片上。另外,本发明——特别是根据本发明的传感器,特别优选的是该传感器的部件——也涉及通过软件的使用以这样的方式被驱动和/或运行和/或接通的硬件结构:等价的功能模式和/或电路行为模式由软件装置产生和/或映射。在这种情况下,本发明——特别是根据本发明的传感器,尤其是该传感器的部件——也特别优选为涉及适用于在适用于此的硬件结构(例如PLD(可编程逻辑装置)或FPGA(现场可编程门阵列))上用于上面介绍的电路(特别是集成电路)等价映射的软件。
    参照附图,另外的优选实施例由从属权利要求以及下面对示例性实施例明了。
    附图说明
    在附图中,以原理图和示例性图的形式:
    图1示出了根据现有技术的车轮旋转速度检测系统;
    图2示出了典型传感器??榈脑硇怨乖?;
    图3示出了旋转速度检测装置的背景下的参考方向;
    图4示出了交替磁化标度的场线分布;
    图5示出了关于编码器轨道的传感器定向和测量定位的不同变型;
    图6示出了Y方向场强测量中的物理关系;
    图7示出了作为传感器元件关于编码器轨道的带定向的函数的不同特性曲线;
    图8示出了传感器元件的输出信号的时间曲线,该元件的传感器区域以这样的方式定向:磁场相对于所述传感器区域的两方向分量周期性旋转;
    图9示出了固有安全旋转速度检测的示例性装置;
    图10示出了不同的信号协议;
    图11示出了传感器元件关于其带状线相对于编码器轨道的定向的等价结构;
    图12示出了关于传感器元件的带状线的实施和布置的实施例。
    具体实施方式
    图1举例示出了车轮旋转速度检测用的两种已知装置。在图1a)中,机动车的传感器1和电子控制单元ECU 2以及机动车调节系统(ABS调节器的电子控制器)2的电子控制单元ECU 2经由两线导线3、4彼此电气连接。传感器运行需要运行电压VB,所述运行电压由ECU在端子K1、K2上提供。有源传感器1因此经由二线导线3、4被供给能量。磁编码器5通过其旋转对其周围的磁场进行调制,所述磁场由传感器1进行检测。在这种情况下,传感器1取决于编码器旋转调制信号电流Is的幅值,由此,车轮旋转速度信息项以编码形式被传送到ECU 2,在那里,所述车轮旋转速度信息项被重新解码。图1b)示出了另一传感器6,其经由三线导线8、9、10被电气连接到ECU 7。有源传感器6也从ECU 7吸取其能量。传感器6借助线9、10之间存在的电压Vs将车轮旋转速度信息项传送到ECU 7。
    图2示出了具有二线接口的有源车轮旋转速度传感器的两个典型已知变型的内部系统构造。在这种情况下,图2a)示出了没有附加功能的车轮旋转速度传感器。车轮旋转速度传感器1包含与电子信号调节级SC在一个链路中的磁阻传感器元件S。传感器元件经由磁场H被耦合到编码器。以车轮旋转速度旋转的编码器以包含车轮旋转速度信息的增加模式调制气隙场H。传感器元件S和信号调节级SC由此气隙场调制产生信号电压,其用于控制调制器级M,调制器级控制电流源11,使得编码器的增加模式被映射为外加信号电流IS1。图2b)示出了具有附加功能的已知车轮速度传感器的构造。与上面的图2a)的实施例形成对比的是,这里,信号调节级被一分为二地分到路径WS和ZI中。级WS用于调节来自编码器信号的车轮旋转速度信息,ZI用于分立地调节来自传感器/编码器接口的附加信息项。这样的附加信息项举例而言为旋转方向和气隙尺寸。在信号级SL中,WS和ZI调节得到的信号受到处理和合并,以形成用于调制器级M的控制信号,其控制电流源11,使得包含在控制信号中的车轮旋转速度以及附加功能的协议被映射为外加信号电流IS2。为了传送数据,已经知道使用三层协议或PWM协议(脉宽调制)。
    图3对于附图所示实例规定了与编码器轨道13有关且相对于传感器???2的笛卡儿组坐标系统。图3a)示出了已知类型的磁阻传感器???2,在其相对于交替永久磁化轨道13的几何定向上,其根据按照图2a)的示例构建。编码器轨道13的区域位于XY平面,编码器且因此编码器轨道13相对于传感器元件在Y方向移动。传感器元件的部件14包含桥式电路16,该电路包含四个磁阻坡莫合金Barber电极电阻器17,如图3b)所示。类似于编码器的平面,电阻性层的平面,被定向为平行于XY平面。
    图4以举例的形式阐明和示出了交替磁化的编码器的磁场线的取决于位置的分布。后者在这种情况下可被看作旋转对称实施例,其曲率被忽略,或作为直的杆状实施例。在这种情况下,图4a)示出了XYZ坐标系统中的编码器的建立。该编码器轨道平行于XY平面,因此其表面平行于XY平面,且在Y方向具有交替南北极的均匀序列。编码器轨道所产生的磁场的场线在编码器的中间区域(X=0周围)穿过,基本上仅在YZ平面中。也就是说,所述场线仅具有Y方向和Z方向的分量。在磁场线与编码器中心线之间在Y方向具有增大距离的情况下,其出射角附加地在X方向上倾斜,也就是说具有所有三个方向上的分量。形成对照的是,侧向从编码器轨道出现的场线仅具有X、Y方向的分量,也就是说,所述场线在XY平面穿过和旋转。图4b)示出了具有前视图和平面图中其磁场分布基本曲线的编码器轨道。带有点符号的圆表示出射场线,带有交叉符号的圆表示进入的场线。前视图示出了场线与没有X分量的场线H00、具有小的X分量的场线H10和H20以及具有大的X分量的场线H30在交界处(-x)-(x)的方向图。
    图5a)举例示出了根据图4的编码器轨道,其在两个不同的磁编码器场区域的相对于XY平面的平行定向上与根据图3b的两个同样实现的磁阻传感器形区域结构18、19或两个传感器元件的区域结合。在这种情况下,区域结构18被布置为在其中心上基本平行于编码器轨道,且区域结构19被布置到编码器轨道的侧面,且平行于编码器轨道表面。在编码器轨道和传感器元件18、19在Y方向上相对移动时,传感器18仅对在YZ平面内旋转的磁向量的Y场强度分量进行反应,而传感器19对在XY平面内旋转的磁编码器场的Y分量和X分量均进行反应。
    图5b)显示出传感器元件相对于编码器轨道的多种可能的局部布置,其可被看作装置18、19的混合形式。在空间区域22中的布置的情况下,传感器元件的平面以及旋转的磁场向量的平面实际上彼此垂直。这种类型的布置用于例如场强测量和车轮旋转速度检测。
    通常,在这种情况下,主要使用具有线性特性曲线分布的传感器,以便具有传感器输出信号的周期基本以1∶1的比率对编码器的极距(齿/间隙或南北极)进行映射的作用。已经知道,例如,如果根据图6b),α=45°的角偏移被设置在通过磁阻带状线24的电流方向J与所述带状线的纵轴(易磁化轴,由内部磁化优选方向预先限定)之间,且所述纵轴同时定向在X座标轴的方向上。图6a)中的公式描述了外部磁调制与各向异性磁阻电阻器的相对电阻变化之间的关系。磁调制用于表示y方向外部磁场强度对各向异性磁强度的比率。
    在下文中,参考标号表示:
    dR/dRmax=ΔR/ΔRmax=磁阻带状线的相对电阻变化
    Hx,Hy=X、Y方向的磁场分量
    H0=各向异性场强
    Hy/H0=磁调制
    Y/λ=沿着Y轴相对于编码器的磁波长λ(N/S极对)的空间偏移α=相对于带状线易磁化轴(优选为由形状各向异性的方向限定)的电流角度
    θ=带状线内部磁化与电流之间的角度
    图7b)示出了根据图6a)的公式得到的对于角度α=45°且没有稳定化场(Hx=0kA/m)的传感器型特性曲线,其将磁调制(Hy/H0)的空间频率(意味着在编码器移动过程中关于由传感器检测的极对的周期电阻变化以及在这一点上在内部磁化中的角变化)转换为频率相同电阻变化dR/dRmax。这种特性曲线显示出传感器元件的在特定限制内的线性特性。这种特性常常用于检测车轮旋转速度传感器中的编码器旋转。发自角度α=45°的这样的线性曲线常常由Barber电极结构实现。在这种情况下,流经坡莫合金——其表现出相对较大的电阻——的电流交替地流过具有高电导率的金属带,所述金属带以45°的角度倾斜地装配在带状线上。于是,电流经由最小电阻的路径流过,也就是说,经由坡莫合金的类似的倾斜带的最短可能路径,由此,获得至多45°的电流流动优选方向,与通过金属带的电流路径形成对比。
    对于根据图5a)在位置19上具有角度α=45°的这样的传感器元件(其有效平面位于旋转场强向量平面(XY平面)内),产生电阻变化曲线,其可为根据图8a)以简化的方式介绍的,编码器场的空间频率用双倍频率传送,如图8b)所示。关于传感器元件输出信号的具有所介绍的频率双倍特性的这种传感器元件的定位比得上用于角度测量的装置。
    如果传感器元件根据图5b)在空间区域23中运行,因此,可能发生:编码器场的空间频率的预期线性传送受到具有双倍频率的信号分量的叠加的干扰。旋转磁场向量的过大的Hx分量,特别是从装置外部作为干扰作用的Hx分量可同时补偿如图3a)所示附加永磁体15的Hx支撑场强,其通常用于稳定根据图7b的特性曲线,达到所述特性曲线的周期性突然和/或连续镜像发生的程度,其类似地产生不希望的干扰,特别是传感器元件输出信号关于被检测的编码器移动的加倍。这种运行或传感器元件输出信号的这种特性也被称为“翻转”。所提到的不同干扰的合并和叠加,特别是被称为“翻转”的那些也可能发生。由于所介绍的一种原因或所述原因的组合导致的这种的频率加倍的发生在例如以下时候出现:
    -编码器具有仅仅一个窄的磁读取轨道,
    -具有强磁化,
    -传感器??槎ㄎ晃攵寥」斓乐行南喽越显?,
    -传感器??槎ㄎ晃氡嗦肫鞅砻娣浅=咏?。
    技术上,所有的无意频率加倍运行——特别是对于车轮旋转速度检测——被看作干扰的和不希望的。
    图9示出了固有安全车轮旋转速度检测的示例性布置,其包含编码器25和固有安全传感器26,该传感器经由二线导线电气连接到ECU 27。传感器26包含两个磁阻性、特别是各向异性磁阻传感器元件S1与S2,其被磁耦合到编码器25。车轮旋转速度信号由传感器元件S1、S2的输出信号通过相关联的信号调节级28、29受到调节。传感器元件S1、S2和信号调节级28、29分别为两个分立的信号路径的一部分。在这种情况下存在包含传感器元件S1和信号调节级28的主要测量信号路径和包含传感器元件S2和信号调节级29的观测信号路径。对于根据图2b的类型的车轮旋转速度传感器的示例性情况,如这里作为一般实例所说明的,由传感器元件S1,得到附加信息项ZI1,其在其功能性上对应于图2b中在ZI下所介绍的。关于其匹配信号将调节级28和29的信号频率在比较器中进行比较,这里例如为在频率比较器级30中。作为结果协议,比较器级30产生关于信号频率的匹配和不匹配的状态位。例如,规定附加诊断信息由信号比较得出并被传输。比较器级的信号被馈送到信号逻辑31。信号逻辑31被特别实现为电路,其产生包含频率比较器30的信息的信号协议以及特别附加的附加信息项。借助调制器M和电流源11,于是将信号协议映射为信号电流模式并传送到ECU 27。
    图10示出了当前的传统信号协议以及向ECU传送关于频率干扰的诊断信息的可能性。
    图10a)示出了二层协议,其已被建设为单向车轮旋转速度检测的标准。这里,作为实例,由恒定静止层向ECU揭示干扰的频率加倍的状态。
    图10b)示出了三层协议,其被自动化工业类似地应用。尽管旋转速度信息借助层Jh识别,多种附加信息项——例如旋转方向,气隙尺寸——在层范围Im和Jl中以位的串序列被编码。存在使用所述位中的一个对加倍诊断进行编码的有利可能。结合已经存在的气隙诊断,可以管理明显改进的设备安全性。
    图10c)示出了PWM协议,其被自动化工业类似地使用。这里,可借助特定的脉宽比率向ECU揭示双倍状态。
    参照图9,S1的信号路径(主要测量信号路径)由1∶1的编码器频率映射形成,S2的信号路径(观测信号路径)由2∶1的编码器频率(也就是说,频率加倍)映射构成。
    在根据本发明的装置的典型实施例中,级28、29、30、31、M、11被构成为集成电子电路,且使用各向异性磁阻效应的传感器元件S1、S2被构成为由坡莫合金构成的带状线组合,一并集成的永磁体的支撑场被施加到其中的某些或全部上。传感器元件S1和S2可被制造为:它们在一个芯片平面上一并集成。给定传感器型的带状线的适合布置,传感器元件S1相对于编码器5、25的不允许的位置偏移可从传感器元件S2的内部部分信号诊断识别出来。优选为,例如使用根据图10b)的协议,这种附加信息类似地被传送到ECU。
    具有根据图7b)的线性特性曲线的带状线的半桥或全桥组合被优选为用于传感器元件S1(也就是说,主要测量信号路径的传感器元件)的传感器结构的示例性实现。根据按照图3a)的通用基准坐标系统,在这种情况下,根据图11b),没有Barber电极的带状线34(其被定向为相对于编码器5、25的移动方向处于45°)以及作为替代的具有Barber电极的被定向为相对于编码器5、25的移动方向平行的带状线35在其功能方面是等价的。同样适用于所述带状线关于X轴的镜像。带状线关于坐标系统原点经过90°的旋转,编码器5、25沿着Y轴的移动方向,也不改变特别是带状线的功能性。具有按照图7a)的二次特性曲线(其对于α=90°和Hx=0kA/m上升(没有稳定场))的带状线的半桥或全桥组合被优选用于传感器元件S2(也就是说,观测信号路径的传感器元件)的传感器结构的示例性实现。图7a)示出了磁调制(Hy/H0)的空间频率被转换为具有双倍频率的电阻变化dR/dRmax。这种信号分布不能被翻转或关于图8讨论的影响干扰,因此,优选为满足对于观测信号路径的要求。根据按照图3a)的通用基准坐标系统,在这种情况下,根据图11a),没有Barber电极的相对于编码器5、25的移动方向以90°定向的带状线32以及具有Barber电极的相对于编码器5、25的移动方向以45°定向的带状线33在其功能性方面是等价的。同样适用于关于X轴对带状线进行镜像。带状线关于坐标系统原点的经过90°的旋转,编码器5、25沿着Y轴的移动方向,也不特别改变带状线的功能性。
    图12示出了实现传感器元件S1、S2的传感器结构的桥式组合的三个示例性实施例。各自的八个磁阻电阻器被程式化为单个的带(带状线),以便同时识别相对于图12d)的坐标系统的所需要的带定向。带状线的阴影表示具有Barber电极的实施例,没有阴影的带状线识别出没有Barber电极的实施例。桥的电压或电流供给在每种情况下经由端子VB、GND实现。包含传感器元件S1的主要测量信号路径的信号在每种情况下在端子V1、V2上分接出。具有双倍频率的包含传感器元件S2的观测信号路径的信号在每种情况下在端子V3、V4上分接出。图12a)示出了只使用Barber电极的带的构造。图12b)示出了只使用没有Barber电极的带状线的构造。图12c)示出了具有和不具有Barber电极的带状线的混合构造。每种结构由具有X轴方向极化的永磁支撑磁体(此处未示出)支撑。支撑磁体的磁场强度被选择为:仅不明显地影响关于图7a)、b)阐释的传感器型特性。这些桥结构以平面平行的方式相对于具有相对于通用XYZ基准系统的正交定向的编码器轨道运行。在图12中,举例而言,观测路径的两个相应的半桥的幅值可在端子V3、V4上分接出。
    进一步的实施建议基于MR角度或位移传感器的改进应用。一般地,在不施加支撑磁体的情况下,出于角度/长度测量目的,所述传感器的平面被定向为相对于长度标度的平面垂直,实现为磁编码器,进入YZ平面(即相对于图5的18旋转经过90°),且场向量的旋转根据图8被评估。举例而言,建议用在相对于编码器轨道平行定向的在X方向极化的支撑磁体运行这样的元件,并为S1使用sin桥,为S2使用cos桥,在这种情况下,带定向必须满足所介绍的坐标定向。

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