CN102057254B - 用于确定传感器的至少一个第一内部参数的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定处于特殊工作模式的有源传感器(1)至少一个内部参数的方法，其中传感器(1)具有至少一个传感器元件(2)、评估电路(3)、至少两条连接线(4，5)，特别是具有相应的连接(41，51)和转换模块(6)，其中通过转换模块(6)在正常工作模式和特殊工作模式之间转换传感器(1)，并使传感器置于特殊工作模式以确定至少一个内部参数，其中传感器(1)具有电偏移源(7)，其以特殊工作模式应用以至少部分地基于被施加至两条连接线(4，5)的传感器供应电压(USup)激励评估电路(3)，从而可从传感器输出信号(输出)确定传感器的至少一个内部参数。

Description

用于确定传感器的至少一个第一内部参数的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分确定传感器的至少一个第一内部参数的方法、根据权利要求11前序部分的传感器以及所述传感器在机动车中的应用。
背景技术
文献DE4434978A1描述了一种具有双线接口的有源传感器，该接口包括用于获取传感器和编码器之间临界气隙长度的测试模式，其中可能通过借助以串联电压位模式激励的传感器改变工作电压而在常规工作模式与该测试模式之间转换。
文献DE10203483A1提出了一种可在不同模式下工作或者具有不同的数据传输模式的轮速传感器，其中可能通过采用其它输入的外部激励在这些工作模式之间转换。
发明内容
本发明的目标在于提出一种用于确定有源传感器的内部参数的方法，以及一种有源传感器，其在特殊工作模式下较可靠和简单地确定传感器的至少一个第一内部参数。
本发明通过根据权利要求1的方法和根据权利要求11的传感器实现该目标。
本发明基于如下构思，提出一种用于确定传感器的至少一个第一内部参数的传感器和方法，其中传感器具有电偏移源。该电偏移源特别是用于特殊工作模式以直接或者间接地激励评估电路从而可确定传感器的第一内部参数。
根据本发明的传感器和根据本发明的方法具有特别的优势，即可在传感器例如机动车中的轮速传感器的安装状态较简单地在特殊工作模式或者测试模式下确定或者计算传感器的至少一个第一内部参数，其中传感器以塑料封装额外包覆模制。这样，例如可确定传感器元件差分信号或者该传感器元件差分信号的信号幅度，其中该内部参数用于或者可用于计算传感器特别是关于传感器和相关编码器之间空气隙的安装位置。可选地，可较简单地确定传感器元件的信号偏移或者传感器元件的测量桥偏移。
传感器元件优选被理解为指的是基于霍尔效应、或者各种磁阻效应的其中一种、特别是各向异性磁阻效应工作的磁场传感器元件。
传感器元件有利地包括具有磁阻的、灵敏结构或者部件的全桥，并在获取的磁场、特别是磁编码器产生和/或调制的变化磁场的方向上产生至少两个传感器元件输出信号。
传感器可至少在常规工作模式和特殊工作模式下工作。这些工作模式优选具有其它子工作模式。特别是，传感器包括转换装置，其可用于通过在子工作模式之间转换而改变传感器输出信号的补充信息和限定传输信道之间的联系，特别优选基于文献DE10203483A1的传感器设置方式或者合适的示例性实施例。特别优选，基于传感器的工作状态和/或基于特别优选由传感器获取的限定参数转换子工作模式。
传感器的常规工作模式有利地被理解为指的是如下的操作，其中至少一个期望的测量变量被传感器获取并处理，并且特别是基本不干扰地提供为传感器输出信号中包括的直接或间接测量值。
优选传感器继续在特殊工作模式下测量以及提供合适的传感器输出信号。
优选地，传感器的输出信号被传送至电子控制单元特别是机动车管理系统中的电子控制单元。
有利的是传感器被设计为自动特别是基于连接线的激励转换工作模式。
通过评估电路进一步优选发展本方法，所述评估电路包括至少一个第一比较器元件，第一比较器元件的输入具有应用于其的包括来自第一内部参数的信息的至少一个第一内部信号和第二内部信号，其中电偏移源产生的偏移信号覆盖于这两个内部信号的至少其中一个上，其后直接或间接地至少从第一比较器元件的输出信号确定传感器的至少一个内部参数。在这种情形，第一内部信号特别为第一传感器元件输出信号，而第二内部信号为第二传感器元件输出信号或者基准信号，其中激励偏移源从而该偏移源所产生的偏移信号值以限定的方式特别优选连续和/或成三角地改变或者被设置为限定的值，由此直接或间接地至少从时间分布和/或第一比较器元件的输出信号值确定传感器的第一内部参数。
为传感器确定的第一内部参数优选为传感器元件差分信号的信号幅度或者内部差分信号值或者至少两个传感器元件部件的传感器元件的信号偏移或者相对于基准信号的传感器元件输出信号。特别是，至少其中一个上述参数被确定为另一个第二内部参数。特别优选还确定其它内部参数。
传感器优选为有源传感器形式，并具有至少两条连接线，特别是具有相应的连接，其中施加至两条连接线的传感器供应电压作为激励电偏移源的基础，从而从传感器输出信号和/或从施加至连至传感器两条连接线的电子控制单元中的两条连接线的供应电压确定或者计算传感器元件差分信号的信号幅度或者传感器元件的信号偏移。特别优选将传感器置于特殊的工作模式或者通过反转施加至所述两条连接线的传感器的供应电压极性而在工作模式之间转换。在传感器的常规工作模式或者正常工作中，在这一点上供应电压特别优选连于预想的极性，即“+”至“+”和“-”至“-”。特别是，特别优选通过传感器可获得的限定的最低供应电压限定传感器的常规工作模式。
第一和第二内部信号优选被供应至另外的第二比较器元件。其后，共同考虑特别是第一和第二比较器元件的输出信号以确定至少第一内部参数。
优选第一和第二传感器元件输出信号或者第一传感器元件输出信号和基准信号被供应至第一比较器元件，而第一和第二传感器元件输出信号或者第二传感器元件输出信号和基准信号被供应至第二比较器元件。在这种情形，将供应至相应比较器元件的两个信号的值分别直接或者间接地相互比较，而偏移源所产生的偏移信号被覆盖至第一比较器元件的输入端和第二比较器元件的输入端上的相应的其中一个供应信号上。
为确定传感器元件的信号偏移，优选改变由偏移源产生的偏移信号直到第一比较器元件转换两次或者第一和第二比较器元件每个都转换至少一次，之后从在这些转换时间的偏移信号值和/或从一个或两个比较器元件连续转换操作的时间间隔和/或从偏移信号值随时间的变化直接或者间接确定传感器元件的偏移。特别优选，单独比较器元件上的偏移信号放大限定的时间和减小限定的时间，同时在这种情形特别优选考虑该比较器元件的潜在转换滞后，并且同时能够另外计算滞后阈值的值。当采用第一和第二比较器元件时，有利地改变相应的偏移信号从而相应比较器元件的一次转换操作不涉及可能的转换滞后，即特别是放大或者缩小偏移信号。替换地优选，改变偏移信号从而相应比较器元件的一次转换操作使得转换滞后起作用，由此可另外计算滞后阈值的值。
为确定传感器元件差分信号，有利地由传感器元件获取编码器的运动，其中信号幅度的时间分布或者第一和/或第二传感器元件输出信号的信号值分别取决于编码器相对于传感器的运动速度，特别是具有周期性的变化，一个传感器元件输出信号的信号幅度大于另一个传感器元件输出信号的信号幅度，并且其中改变偏移源产生的偏移信号或者以限定的方式设置。特别优选，改变特别是连续改变偏移信号直到第一和/或另一个比较器元件的输出信号保持恒定或者第一和/或第二比较器元件开始和/或停止转换，或者在限定的值范围内改变偏移源所产生的偏移信号。其后，至少基于第一和/或第二比较器元件开始和/或停止转换时的偏移信号值计算传感器元件差分信号。特别优选，至少基于第一和/或第二比较器元件开始和/或停止转换时偏移信号的至少两个值计算传感器元件差分信号，因此在传感器元件差分信号的计算中不包括至少一个比较器元件的可能的转换滞后，至少在基本对称的滞后情形中。对于不显示滞后的两种转换操作，传感器元件差分信号的确定不取决于比较器元件的滞后。如果两种转换操作每个都显示滞后，但是其中一个在每种情形其值都相同，则该滞后和计算传感器元件差分信号基本不相关。当获取编码器运动时对传感器元件差分信号的确定使得可确定或者计算编码器和传感器之间的气隙。因此，可确定相互之间的相对安装位置，并且无论气隙是否足够小从而还具有限定的气隙预留都可建立上述位置。该信息特别对于评价机动车辆中轮速记录系统的可操作性和功能可靠性是重要的。
优选首先确定传感器元件的信号偏移作为第一内部参数，然后确定传感器元件差分信号，同时在计算传感器元件差分信号的过程中考虑传感器元件的信号偏移。
有利地，确定传感器元件差分信号的峰至峰值，特别是如果传感器元件差分信号涉及相互之间相位差基本为180°并且特别优选具有基本上相同的幅度的两个传感器元件
传感器的评估电路优选具有至少一个第一比较器元件，当内部信号具有来自至少一个内部参数的信息时以及当这些内部信号其中一个的线直接或间接连至电偏移源时，所述第一比较器元件的输入具有施加在其上的至少一个第一和第二内部信号。在这种情形，第一内部信号特别为传感器元件输出信号而第二内部信号为基准信号或者第二传感器元件输出信号。
偏移源有利地通过转换模块连至评估电路。
传感器优选具有至少两条连接线并经这些连接线被供应电力，其中传感器具有电压供应管理单元，其提供被基本调节为限定电压值的供应电压，而至少传感器元件和至少评估电路的部分连至该电压供应调节单元。
转换模块优选包括可用于将电偏移源连接至评估电路或者至少一部分评估电路或者将其从那里断开的开关。特别是，转换模块被连至传感器供应电压所施加的传感器的两条连接线上。特别优选，转换模块具有整流电路特别是桥式整流电路，其特别由四个MOSFET形成以避免二极管所产生的压降。整流电路的输入端被连至传感器的两条连接线。整流电路的输出端总是提供整流电压——即使在供应电压的极性反转之后——其被用作需要避免其供应电压极性反转的传感器至少某些部件的供应电压。整流电路还具有通常的极性反转保护元件作用。
所述至少两种工作模式和通过反转供应电压极性的有利转换使得传感器可用于特别同时实施欠压识别电路和测试模式。传感器的用于通过反转供应电压极性而转换工作模式的激励尤其是能够可靠地识别的简单的激励。在工作时非自愿进行例如因为干扰信号注入引起的这种类型的激励风险较低。
转换模块有利地具有至少一个用于识别传感器供应电压极性的模式比较器，其中所述模式比较器特别在输入侧特别优选通过分压器直接或间接连至传感器的两条连接线。作为选择优选，模式比较器通过检测的整流器元件电压特别是桥式整流器电路中的二极管或者晶体管上的电压下降检测传感器的供应电压。
模式比较器和/或评估电路的电源连接优选连至整流电路的输出连接，因此向上述元件的电源供应与传感器供应电压的极性无关。
优选转换模块具有用于转换工作模式的特别是为开关形式的转换装置，该转换装置获取用于识别传感器供应电压极性的第一比较器电路的输出和获取至少一个重置装置的单个或多个输出作为转换传感器工作模式的基础。因此，可基于传感器的极性或者供应电压幅度激励评估电路并且可设置内部工作模式或者子工作模式。
评估电路优选包括至少两个比较器元件，其中电偏移源经转换模块连至每个比较器元件的相应一个输入端。特别是，评估电路具有两个滞后电路，其中处理至少一个传感器元件的第一和第二传感器元件输出信号或者可选地其它内部信号，其中这两个滞后电路并联连接，并且第一滞后电路包括第一比较器元件而第二滞后电路包括第二比较器元件，其中第一和第二比较器元件的输入端具有第一传感器元件输出信号和第二传感器元件输出信号或者两个传感器元件输出信号的其中一个以及施加至其上的基准信号，其中第一和第二比较器元件的输入信号关于非反转和反转输入以相反方向施加，并且相应的比较器元件的相应输入特别是非反转输入经转换模块连至电偏移源。
评估电路优选包括用于设置传感器的限定输出信号的接口电路，其中基于相应的工作模式激励该接口电路。
优选至少第一比较器元件的输出端被连至数字输出电路，所述数字输出电路包括至少一个电流源并产生作为数字电流信号的传感器输出信号。
评估电路有利地具有特别是作为开关形式的至少一个第一选择元件，其中该第一选择元件呈某种形式并被连接从而其可将评估电路的至少两条输入信号线或者在评估电路中两个限定位置的两条内部信号线连接在一起，这一点使得可以至少基本基于处于第一选择元件和第一比较器元件之间相应的信号路径上的评估电路的部分确定内部差分信号的值或者信号偏移。
优选借助传感器元件差分输出信号的信号幅度扩展确定至少一个内部参数的方法，该传感器元件差分输出信号对应来自第一传感器元件部件的第一传感器元件输出信号和第二传感器元件部件第二传感器元件输出信号的差分信号或者对应合适放大的信号的差分信号，其中所述两个传感器元件部件特别为全桥形式的磁场传感器元件的桥部件，或者借助来自传感器元件的传感器元件部件或者来自传感器元件本身的、从连至传感器两条连接线的电子控制单元中的传感器输出信号的时间分布确定或者计算的偏移扩展确定至少一个内部参数的方法。特别优选，第一和第二传感器元件输出信号相应地供应至评估电路的第一和第二比较器，同时直接或间接地分别相互比较这些信号的信号幅度，以及分别在第一比较器的输入端和第二比较器的输入端将偏移信号覆盖至这些传感器元件输出信号的其中一个上，该偏移信号由电偏移源产生。特别优选，为确定传感器元件差分信号，由传感器元件检测编码器特别是磁编码器的运动。在这种情形，第一和第二传感器元件输出信号的信号幅度的时间分布相应地取决于编码器相对于传感器的相对运动速度。在上下文中，这两个信号幅度周期性交换地一个比另一个大或小，即在限定的时间间隔上比另一个大，并且反之亦然。现在改变或者以限定方式设置施加至传感器两条连接线的传感器的供应电压，因此基于该供应电压改变或者以限定方式设置偏移源所产生的至少一个偏移信号的幅度。
在连至传感器的电子控制单元中至少一定程度上优选计算第一内部参数和/或其它内部参数。作为替换的优选，在传感器的评估电路中进行这些计算。
评估电路优选具有放大器电路特别是仪器放大器单元，其放大至少第一和第二传感器元件输出信号。
传感器元件输出信号被理解为指的是未放大的传感器元件输出信号或者可选地已经放大的传感器元件输出信号。
基准信号有利地被理解为指的是DC信号，特别选择其电压值和地电压的零点电压相同。
作为电偏移源输出信号的所述至少一个偏移信号优选具有值，特别优选为电流和/或电压值，其基本与传感器的供应电压成比例。
电偏移源优选为电压控制电源的形式，特别是电压控制电流源形式，其产生或者提供一个或多个特别优选的具有限定电流幅度的均匀电流信号。
传感器优选为轮速传感器并按此设计。
传感器有利的至少在一定程度上为集成电路形式特别是ASIC形式。
优选地，完整的传感器特别是某些部分例如传感器元件和/或评估电路和转换模块集成在一个芯片上。
传感器有利地精确具有两条连接线并特别通过精确地两条互相连接的线被连至外部电子控制单元。在这种情形相互连接的线被连至所述连接线上。该相应的两条线特别优选地用于向传感器供电和发送传感器信息。另外，特别优选，相应的两条线用于向传感器发送和传感器模式转换相关的信息。
本发明还涉及根据本发明的传感器特别是轮速传感器在电动车辆中的应用。
特别是因为需要特别精确地基于安全临界要求确定内部参数，所以根据本发明的传感器和根据本发明的方法适合用于机动车辆。可由传感器和方法以较简单的方式保证这一点。
根据本发明的传感器优选用于安全临界应用领域例如机动车辆中。在上下文中，其特别优选地用于测量线性和/或旋转运动。特别优选，在相应的传感器结构中安装传感器之后，特别通过制造商采用传感器的测试工作模式以能够评价安装质量和气隙预留。这一点提高了不能自动检测气隙长度的传感器的工作质量和工作可靠性。
附图说明
在从属权利要求和接下来的参考附图对示例性实施例的描述中可找到其它优选的实施例，其中，示意性地：
图1示出了通过电偏移源的转换模式激励的示例性评估电路；
图2示出了具有两个比较器元件的示例性实施例；
图3示出了示例性轮速传感器；
图4示出了用于基于传感器和编码器的气隙长度确定传感器元件差分信号或者桥幅度的示例性信号分布；
图5、6示出了用于确定传感器元件的偏移或者传感器元件的桥的示例性信号分布；以及
图7示出了具有选择元件的评估电路的示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了包括评估电路3的示例性实施例，所述评估电路3被电偏移源7利用转换模块6激励。与第一和第二传感器元件输出信号Sig1、Sig2的实例一致的第一和第二内部信号经相应的电阻R被供应至第一比较器元件36。偏移源7为驱动偏移信号I偏移的电压控制的电流源形式，该偏移信号可基于工作模式Sig1通过转换模式6覆盖。
传感器元件输出信号Sig1、Sig2每个都具有AC元件UAC和DC元件UDC。与该实例一致，在两个信号的平均值之间存在信号偏移U偏移。和实例一致，该信号偏移相对于Sig1和Sig2上的共同DC分量UDC对称划分，并可因此常规地限定，这是因为在这种情形存在完全的微分考虑而DC分量的绝对值可忽略。
使用下面的方程：
USig1＝UAC1+UDC+U偏移/2        (1)
USig2＝UAC2+UDC-U偏移/2        (2)
在特殊工作模式下，I偏移在第一比较器元件36的非反转输入端对电压Up增加经R的电压I偏移*R。在这种情形，和实例一致，假定传感器元件输出的输出电阻远低于R以及比较器元件36的输入电阻远高于R。
对于比较器元件36上的输入节点Up、UN，因此可获得下面的方程：
UP＝USig1+I偏移*R＝UAC1+UDC+U偏移/2+I偏移*R    (3)
UN＝USig2＝UAC2+UDC-U偏移/2                    (4)
因此可获得比较器元件的差分输入信号如下：
Udelta＝UP-UN＝(UAC1-UAC2)+U偏移+I偏移*R       (5)
和实例一致，比较器元件36设计为没有滞后，因此获得转换阈值如下：
Figure BPA00001269353800101
可采用方程(6)确定信号偏移。在此必须防止传感器元件对UAC作用，即，和实例一致，因此传感器不检测磁编码器的运动，这表示UAC1＝UAC2＝0。当将其代入方程(6)，则因此可获得下面的方程
U偏移+I偏移*R＝0
因此比较器输出信号Cmp1改变或者比较器元件36转换，此时下面的方程适用：
U偏移＝-I偏移*R                                (7)
因为偏移源7产生偏移信号I偏移，其因此已知，可计算信号偏移U偏移。
在确定信号偏移以后，然后确定传感器元件差分信号并在此过程中考虑已知的信号偏移。
基于已知的信号偏移，传感器元件输出信号以简单术语假定如下：
USig1＝UAC1+UDC
USig2＝UAC2+UDC
或者施加至比较器元件36的电压
UP＝UAC1+UDC+I偏移*R
UN＝UAC2+UDC
因此方程(6)可简化为：
Udelta＝UP-UN＝UAC1-UAC2+I偏移*R
因此比较器元件36转换，此时下面的方程适用：
I偏移*R＝UAC2-UAC1                    (8)
在确定传感器元件差分信号的过程中，由传感器元件检测磁编码器的运动，因此UAC1、UAC2不等于零。因此，比较器元件36的输出Cmp1周期性变化或者比较器元件周期性转换，而满足方程(8)。
例如偏移信号I偏移从小于-|UAC2-UAC1|的值开始增加或者放大，因此比较器元件36的输出信号Cmp1首先不变，即首先保持恒定。一旦满足条件I偏移*R＞-|UAC2-UAC1|，则比较器元件36开始转换直到满足条件I偏移*R＞|UAC2-UAC1|。
因此可获得偏移信号ΔI偏移的值范围如下，其中电偏移源7可改变同时可观测比较器元件36的周期性输出信号Cmp1，或者比较器元件36正在转换：
ΔI偏移*R＝2*|UAC2-UAC1|            (9)
如果Sig1和Sig2为相互之间相差为180°的相同幅度的两个传感器元件输出信号UAC＝UAC1＝-UAC2，则获得其中比较器元件36转换的偏移信号ΔI偏移的值的范围如下，UAC_pp为传感器元件差分信号UMess的峰到峰的值：
ΔI偏移*R＝4*UAC＝2*UAC_pp
即，可确定信号UMess的峰到峰的值如下：
UAC_pp＝(ΔI偏移*R)/2
在可选示例性实施例中，其中和实例Sig1一致，其中一个被供应至比较器元件36的内部信号为限定的基准信号，确定传感器元件差分信号UMess的幅度，因为在这种情形UAC1项等于零，因此省略。
在其它示例性实施例中，在信号偏移测量方法和确定传感器元件差分信号方法中，其中一个内部信号为AC分量UAC等于零的基准信号。和实例一致，评估电路产生这样的基准信号。
图2示出了评估电路的示例性信号处理单元31。该信号处理单元31的输入侧具有传感器元件输出信号SigA和SigB，相互之间相差为180°，或者电压差UMess或者连接于其的传感器元件差分信号UMess。信号处理单元31具有用于放大这些传感器元件输出信号SigA、SigB的放大器电路313。在这种情形，和实例一致，放大器电路313为仪器放大器电路形式。此外，信号处理单元31具有两个滞后电路311和312和逻辑电路314，所述逻辑电路314例如具有AND门(未示出)，其输入侧连至滞后电路311和312的输出端，和反转触发器，其输入侧连至AND门。滞后电路311和312每个都包括运算放大器形式的比较器元件3112，3122，每个都具有第一电阻器R1和第二电阻器R2的分压器3111，3121，和晶体管3113，3123。运算放大器全部共同连接至传感器桥式BRP(桥式电源+)的电压供应，其具有未示出的电压供应调节单元或者电压稳定单元。
此外，磁场传感器元件特别是磁阻传感器元件具有如下的性质，即随着温度上升信号幅度变小。因此期望的是当从模拟信号转换为数字信号时通过温度将转换滞后与信号电压匹配。通过确定滞后的分压器3111和3121实现这一点，其两个电阻由温度系数不同的不同材料形成。合适的尺寸可用于使得滞后电压的温度相关性与信号电压的温度相关性相匹配。另外，信号处理装置31和其滞后电路311和312具有相对于两个比较器元件3112、3122的对称滞后。这些比较器元件3112、3122每个都在放大器电路313的两个输出信号Sig1和Sig2幅度的零交叉点或者交叉点转换，这一点造成两个比较器元件3112和3122的转换与这两个信号的剩余信号分布无关。例如，无论施加至比较器元件端子的差分电压的极性何时发生改变，比较器元件3112都转换。如果Sig2(施加至比较器元件3112“+”端)的幅度超过Sig1(施加至比较器元件3112“-”端)的幅度，则比较器元件3112的输出产生“1”或高信号。该“1”打开晶体管3113，此时为MOSFET，于是在电阻器R1和R2上产生从Sig1的电压并因此从分压器3111的电阻值获得的相应的电压。因为MOSFET 3113被打开，电阻器R2的与比较器元件相反的端具有施加于其的电压GND，其为磁场传感器桥的供应电压或者未示出的供应电压调节单元(未示出)的负电压。因此，施加至比较器元件3112的反转输入端的电压变得更负。为将比较器元件转换为“0”输出信号，因此Sig1的幅度至Sig2的幅度值的上升不够，这是因为，由于激活的分压器，Sig2不能完全施加至比较器元件3112的反转输入端。如果磁场传感器桥的温度更高，这一点造成信号Sig1和Sig2的幅度通常更低，则该滞后将使得比较器元件3112的转换远远晚于如果温度为平均值或者不在特定温度后的情形，这是因为Sig2和Sig1的施加至比较器元件3112的反转输入端的组成之间的最大幅度差将低于滞后阈值。为此，分压器的电阻R1和R2的温度系数不同。在该示例性实施例中，电阻器R1被设计为基本与温度无关，并且电阻器R2具有正温度系数以和实例一致补偿传感器元件桥的幅度分布的负温度系数。因此，当温度升高时电阻R2上的电压升高，并且施加至比较器元件3112的反转输入端(“-”)的电压成比例地高。这一点保证了即使较强发热下，Sig2和Sig1的被施加至比较器元件3112的反转输入端的组成之间的幅度差也周期性地超过滞后阈值。滞后电路312的工作方式是对应的并且根据信号Sig1和Sig2相对于比较器元件3112的电路路径反转。滞后电路311和312的输出信号由于滞后在高电压或者“1”状态重叠，这是因为一个信号的负沿比另一个信号的正沿来得晚。为信号处理装置31获得的输出信号逻辑输出因此基本为方波AC信号，其周期与编码器的移动速度或者旋转速度相关，其边沿在时间上与输入信号的零交叉点相关。
比较器元件3112和3122的非反转输入端现在可具有相应的——以特殊的工作模式——施加于其上的经电阻R3从偏移信号I偏移获得的电压，因此分别在两个非反转输入端从该偏移电压分别与Sig2和Sig1的重叠获得电压UP1和UP2。由电偏移源7产生偏移电流信号I偏移，该电偏移源连至传感器的供应电压USup，并且与实例一致，其为双电压控制电流源形式。当传感器转换为特殊工作模式时，通过转换模块6的偏移电路66将偏移源7连至评估电路或者信号处理装置31，并且当传感器在常规工作模式下时与其隔离。
传感器元件输出信号SigA、SigB，其每个都具有DC分量UDC、信号偏移U偏移，其与实例一致并且在两个信号上都对称分割，这是因为其中仅仅考虑差别，在传感器检测相对于其移动的磁编码器的情况下，AC分量UAC为：
SigA＝-UAC+UDC+U偏移/2                (10)
SigB＝UAC+UDC-U偏移/2                 (11)
仪器放大器电路313以增益系数v放大输入信号SigA和SigB的差，转移函数为：
USig1＝-SigA*(v-1)/2+SigB*(v+1)/2     (12)
USig2＝SigA*(v+1)/2-SigB*(v-1)/2      (13)
从方程(10)、(11)和(12)、(13)获得
USig1＝-(-UAC+UDC+U偏移/2)*(v-1)/2+(UAC+UDC-U偏移/2)*(v+1)/2
＝v*UAC-v*U偏移/2+UDC                 (14)
和
USig2＝(-UAC+UDC+U偏移/2)*(v+1)/2-(UAC+UDC-U偏移/2)*(v-1)/2
＝-v*UAC+v*U偏移/2+UDC                (15)
根据传感器的供应电压USup，通过例如为电压控制的双电流源形式的电偏移源7在比较器元件3112、3122相应的非反转输入端设置电压UP1和UP2。在这种情形，获得施加至第一比较器元件3112的输入侧的电压如下：
UP1＝USig2+I偏移*R3＝-v*UAC+v*U偏移/2+UDC+I偏移*R3
和
UN1＝USig1＝v*UAC-v*U偏移/2+UDC
因此施加至第一比较器元件3112的输入侧的差分电压UDelta1为：
Udelta1＝UP1-UN1＝-2*v*UAC+v*U偏移+I偏移*R3      (16)
因此，施加至第二比较器元件3122的差分电压UDelta2为：
Udelta2＝UP2-UN2＝2*v*UAC-v*U偏移+I偏移*R3       (17)
第一比较器元件3112对于UDelta＝0时从“低”变为“高”。准确地说下面的条件适用：
I偏移1*R3＝2*v*UAC-v*U偏移                       (18)
测量传感器元件的信号偏移的示例性方法不包括测量相对于传感器的移动的磁编码器。AC分量UAC因此等于零。
和实例一致，数字逻辑电路314被设计为使得比较器元件输出Cmp1从低到高的转变促使信号处理单元输出信号逻辑输出从低到高(从高到低)的变化。相反，比较器元件输出Cmp2从低到高的变化造成信号处理单元输出信号逻辑输出从高到低的变化。
这样，可能产生由两个比较器中从低到高变化决定的输出信号脉冲。因此，这些转换操作都不涉及滞后，或者和实例一致滞后被关闭从而不包括在信号偏移的测量中。因此
第一比较器元件3112在下面的条件下转换：
I偏移1*R3＝-v*U偏移
第二比较器元件3122在下面的条件下转换：
I偏移2*R3＝+v*U偏移
与两个供应电压USup的差成比例的两个必需的偏移信号I偏移1、I偏移2的差对应于下面的方程：
存储该偏移信号差ΔI偏移或者相应转换时间上两个偏移信号I偏移1、I偏 移2的值或者供应电压相关的差并将其用于确定信号偏移U偏移。
为测量传感器元件中的传感器元件差分信号UMess或者幅度测量值，测量相对于传感器移动的磁编码器。和实例一致，这一点涉及考虑之前已经确定的信号偏移，为简化目的该信号偏移在后续的计算传感器元件差分信号中被设置为等于零，因为其已知为恒定的值。
只要两个比较器元件3112、3122输入信号“交叉”或者其值在对时间的高于/低于比率之间交替或者当被施加至比较器元件3112、3122输入端的信号值的差算术符号交替时，该两个比较器元件3112、3122转换。
因为和实例一致在相应比较器元件输出端上从“低”到“高”的变化在滞后上转换，因此另外减小负输入，输出转换的偏移调节范围恰好减小滞后UHyst的值。
在限定时间内偏移信号I偏移从限定的负值转换为限定的正值。
在这种情形，下面的条件适用于负值范围的偏移信号：
I偏移＜0；
Up1＜UN1→滞后关闭，Up随着I偏移升高直到UDelta＝0。
UP1＝-v*UAC+UDC-I偏移_低*R3
UN1＝USig1＝v*UAC+UDC
Figure BPA00001269353800161
在这种情形，和实例一致，比较器元件3112开始在偏移信号I偏移_低的上面的值转换。
对于正值范围的偏移信号I偏移，下面的方程适用：
I偏移＞0；
Up1＞UN1→滞后打开，Up随着偏移升高而进一步上升直到UDelta可不再为零，或者仅仅刚刚变为零。
UP1＝-v*UAC+UDC+I偏移_高*R3
UN1＝USig1-UHyst＝v*UAC+UDC-UHyst
Figure BPA00001269353800162
在这种情形，比较器元件3112在偏移信号I偏移_高的上面的值停止转换。
这一点产生和峰到峰AC分量UAC_pp相同的传感器元件差分信号UMess如下：
Figure BPA00001269353800171
( 2 * v * U AC _ pp - U Hyst ) / R 3
图4和图2示出了用于确定传感器元件差分信号UMess或者测量编码器运动时的传感器元件的信号幅度的示例性方法，和实例一致，传感器经气隙磁耦合至该传感器元件。为保证向评估电路和传感器的所有其它元件提供足够高的电压，规定工作电压范围或者特殊工作模式或者测试模式的供应电压范围处于5V至25V。
控制偏移源和偏移信号值所直接依赖的供应电压USup可用于相互置换已经放大的传感器元件输出信号USig1或者Sig1和Usig2或者Sig2的电压，从而由于检测的编码器动作，无论相应信号的至少一个周期内的时间分布如何，一个信号大于另一个，其中和实例一致，对交替磁化的编码器而言，该周期对应磁北/南极对，或者可选的对齿形铁磁编码器而言该周期对应齿形间隙对。换言之，在其中一个比较器元件输入端在限定的最低偏移电压后传感器元件输出信号Sig1、Sig2不再“交叉”或者“横切”。
在所示出的实例中，偏移源被尺寸设定或者设置为对于15V的供应电压Usup，偏移信号所产生的偏移电压为0V。对于5V供应电压，偏移电压为-100mV，而对25V供应电压，其因此为+100mV。
和实例一致，偏移信号I偏移和供应电压USup之间的关系表示如下：
I偏移*R3＝(USup-15V)*10mV/V
或者
ΔI偏移*R3＝ΔUSup*10mV/V                (21)
其中可在传感器输出端检测数字传感器输出信号输出的输出信号变化(即传感器输出信号具有周期性且不是常数)的范围取决于被施加至信号处理装置的比较器的已经放大的传感器元件输出信号Sig1和Sig2以及相应滞后电路的滞后。和实例一致，如图2所示，两个滞后电路的滞后值由两个电阻器R1和R2决定：
UHyst＝USig*R2/(R1+R2)-USig
在该实例中，电阻器值被选择为R1＝1kΩ和R2＝69kΩ。对于1.75V的Usig的DC分量，所获得的滞后为UHyst＝25mV。可通过将方程(21)代入方程(20)将传感器的供应电压USup用于计算传感器元件差分信号UMess的值：
UMess＝UAC_pp＝(ΔUSup*10mV/V+UHyst)/2/v     (22)
在图4所示出的实例中，可在从6V至22V的供应电压USup检测输出信号变化。在该实例中放大器电路313的增益因子v为v＝10。采用公式(22)，因此可获得UMess＝9.25mV的传感器元件差分信号UMess的值。
通过改变供应电压USup，实例将测量或者计算传感器元件差分信号UMess的幅度，其取决于编码器和传感器之间的气隙长度。
例如参考图5和6解释对传感器元件偏移的决定或者确定。在这种情形，实例计算传感器元件的测量桥的偏移。
为此，当采用传感器和电偏移源的供应电压USup确定传感器元件差分信号或者该信号的幅度时，改变在评估电路的非反转比较器输入端的电压Up。在上下文中，实例不允许传感器元件检测外部磁场特别是编码器产生和/或调节的外部磁场。
为确定传感器元件或者桥偏移的偏移，扫描供应电压USup的工作电压范围。如果桥电压没有偏移，则两个比较器都在相同的供应电压下转换，这是因为两个传感器元件输出信号每种情形都在比较器输入端产生幅度相同的电压。如图5所示，可通过输出信号输出的峰识别该两个比较器的同时转换。同样可从图5看出被施加至比较器输入端的电压Cmp2+、Cmp2-、和Cmp1+、Cmp1-的相关信号分布和供应电压USup的分布。
相反，如果两个传感器元件输出信号相互之间移动一个偏移，两个比较器都会在不同的供应电压USup1和USup2上转换。这一点造成当第一比较器转换以及再次第二比较器转换时显示出相应信号变化的输出信号。在这一点上，图6示出了相关的信号分布，施加至比较器输入端的电压的信号分布由Cmp2+、Cmp2-、和Cmp1+、Cmp1-表示。
评估电路的比较器输出因此产生输出信号输出。
实例中从图6得到的两个比较器的转换时间的位移为偏移位移的测量。和实例一致，特殊工作模式下的两个比较器元件分别在13V和17V的供应电压USup即ΔUSup＝4V供应电压差下转换。然后放大器电路313的增益可用于确定桥的信号偏移。如果增益被选择为v＝10，则和实例一致当将方程(21)代入方程(19)中时获得传感器元件桥的信号偏移U偏移或者偏移电压为U偏移＝2mV。
图3示出了示例性有源传感器1，其为轮速传感器形式并具有带连接41和51的连接线，附加的连接线作为连接线4和5的延伸连至连接41和51。这些附加的连接线将有源传感器1连至机动车辆刹车系统的电子控制单元ECU。连接线4和5或者以附加连接线延伸的连接线4和5用于传送传感器输出信号输出，并在这些线4、5上提供供应电压USup。和实例一致，所施加供应电压的极性设置或者转换传感器1的工作模式。在“+”上为“+”极性且在“-”上为“-”极性，传感器在正常工作模式下工作。在“+”上为“-”极性且在“-”上为“+”极性，则传感器在特殊工作模式下工作或者与实例一致在测试模式下工作。
在正常工作模式下，传感器输出信号输出的电流值处于限定的工作电流范围，而在特殊工作模式或者测试工作模式下，传感器输出信号输出的电流值处于误差带，这一点意味着可在正常工作下识别不希望的极性反转。有源传感器1包括为AMR传感器桥形式的传感器元件2、评估电路3和转换模块6。传感器桥2检测未示出的固定连至车轮的磁编码器的旋转运动，或者编码器运动所激励的磁场。此外，传感器1具有过压保护单元8从而当连至过量电压时不损坏传感器1。用于转换工作模式的转换模块6包括桥式整流电路61、模式比较器62和开关装置65。模式比较器62被连至桥式整流电路61从而模式比较器62基于传感器1的供应电压极性转换或者不转换，或者检测传感器1的供应电压的极性。整流电路61的输入侧被连至连接线4和5而其输出侧提供整流电压作为模式比较器62、评估电路3和传感器元件2的供应电压。和实例一致，评估电路3包括为接口电路32提供限定幅度的电流信号的两个电流源。
另外，评估电路3包括信号处理单元31，其处理传感器元件2的输出信号并产生和输出根据编码器运动调节的数字AC信号。此外，评估电路3具有提供信号处理单元31的基准电压单元35、电流源33和基准电压具有限定电压值的电压稳定单元34。和实例一致，电压稳定单元34包括齐纳二极管，其用于设置传感器元件2的供应电压以及和实例一致同样的信号处理单元31的供应电压，信号处理单元31并联连接至基本恒定的限定值。在正常工作时，基于信号处理单元31的输出信号关闭开关322和运行开关321。这一点产生在7mA和14mA之间变化的传感器输出信号输出。在这种情形，7mA的电流值从电流源33的3mA加上3.5mA电流源和另外的其它电流来源(draws)的0.5mA获得。然后通过打开7mA的电流源获得14mA的电流值。在模式比较器62识别的特殊工作模式下，通过开关装置65将信号处理单元31的输出信号重新连接至开关322，与此相反开关321现在保持打开。这一点产生了在3.5mA和7mA之间变化的传感器1的传感器输出信号输出，而和实例一致，3.5mA的低电平因此处于误差带中，这一点意味着电子控制单元ECU可明显识别无意间极性连接错误的传感器1。
此外，传感器1具有电偏移源7，其输入侧连至连接线4、5，即所述偏移源具有作为专用电源电压的供应电压USup，并且和实例一致其为电压控制双电流源形式。两条输出线经被模式比较器62激励的偏移开关66被连至评估电路3的信号处理单元31。和实例一致，在正常工作模式下其将电偏移源7从评估电路3隔开并在特殊工作模式下将其连接到那里。电偏移源7驱动两个偏移电流I偏移。
图7中的示例性评估电路3包括输入侧具有施加其上的第一内部信号SigX和第二内部信号SigY的第一比较器元件36，其中SigX可被通过转换模块6连至评估电路3的偏移源7的偏移信号I偏移覆盖以确定SigX和SigY之间的信号偏移。评估电路3具有第一选择元件sw1，其可用于通过关闭开关sw1消除传感器元件2的信号偏移以及用于仅仅测量放大器电路313所产生的信号偏移。

Claims (25)

1.一种用于确定传感器(1)的至少一个第一内部参数的方法，所述传感器(1)具有至少一个传感器元件(2)、评估电路(3)和转换模块(6)，其中通过所述转换模块(6)能够在正常工作模式和至少一个特殊工作模式之间转换所述传感器(1)，并且所述传感器被置于所述特殊工作模式以确定至少一个内部参数，其特征在于所述传感器(1)具有电偏移源(7)，其以特殊工作模式应用以至少部分地激励所述评估电路(3)，以至少确定第一内部参数(UMess，U偏移)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述评估电路(3)包括至少一个第一比较器元件(36，3112)，所述第一比较器元件的输入具有施加于其的包括来自所述第一内部参数(UMess，U偏移)的信息的第一内部信号(Sig1)和第二内部信号(Sig2)，其中所述电偏移源(7)产生的偏移信号(I偏移)覆盖于这两个内部信号的至少一个上，其后至少从所述第一比较器元件(36，3112)的输出信号(Cmp1)直接或间接地确定所述传感器(1)的至少第一内部参数(UMess，U偏移)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述第一内部信号(Sig1)为第一传感器元件输出信号，而所述第二内部信号(Sig2)为第二传感器元件输出信号或者基准信号，其中激励所述偏移源(7)从而该偏移源所产生的偏移信号(I偏移)的值以限定的方式改变或者被设置为限定的值，由此至少从时间分布和/或所述第一比较器元件的输出信号值直接或间接地确定所述传感器的第一内部参数(UMess，U偏移)。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，为所述传感器确定的所述第一内部参数为传感器元件差分信号(UMess)的信号幅度或者内部差分信号值或者至少两个传感器元件部件的传感器元件(2)的信号偏移(U偏移)或者相对于基准信号的传感器元件输出信号。
5.根据权利要求1到3中任一项的方法，其特征在于，所述传感器(1)为有源传感器形式，并具有至少两条连接线(4，5)，其中施加至两条连接线的传感器的供应电压(USup)作为用于激励电偏移源(7)的基础，从而从传感器输出信号(输出)和/或从施加至连至所述传感器(1)的两条连接线(4，5)的电子控制单元(ECU)中的两条连接线(4，5)的供应电压(USup)确定传感器元件差分信号(UMess)的信号幅度或者所述传感器元件的信号偏移(U偏移)。
6.根据权利要求5的方法，其中所述传感器(1)具有相应的连接(41，51)。
7.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述第一和第二传感器元件输出信号或者所述第一传感器元件输出信号和所述基准信号被供应至所述第一比较器元件(36，3112)，而所述第一和第二传感器元件输出信号或者所述第二传感器元件输出信号和所述基准信号被供应至第二比较器元件(3122)，其中直接或间接地分别相互比较被供应至相应比较器元件的两个信号的值，而所述偏移源(7)产生的偏移信号(I偏移)被相应覆盖至在所述第一比较器元件的输入端(+)和第二比较器元件的输入端(+)处的供应信号的其中一个上。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，为确定所述传感器元件(2)的信号偏移，改变所述偏移源(7)产生的偏移信号(I偏移)直到所述第一比较器元件(36)转换两次或者所述第一和第二比较器元件(3112，3122)每个都转换至少一次，之后从一个或两个比较器元件的相应转换时间处的偏移信号值和/或在这些转换时间的偏移信号值的差和/或从一个(36)或两个比较器元件(3112，3122)的连续转换操作的时间间隔(Δt)和/或从偏移信号值随时间的变化直接或者间接确定传感器元件(2)的偏移(U偏 移)。
9.根据权利要求4的方法，其特征在于，为确定所述传感器元件差分信号(UMess)，由所述传感器元件(2)获取编码器的运动，其中所述第一和/或第二传感器元件输出信号(SigA，SigB，Sig1，Sig2)的信号幅度的时间分布分别取决于所述编码器相对于传感器(1)的相对运动速度，一个传感器元件输出信号的信号幅度大于另一个传感器元件输出信号的信号幅度，并且其中改变或者以限定的方式设置偏移源(7)产生的偏移信号(I偏移)。
10.根据权利要求9的方法，其中所述第一和/或第二传感器元件输出信号的信号幅度具有周期性的变化。
11.根据权利要求8的方法，其特征在于，改变偏移信号(I偏移)直到第一(36，3112)和/或第二比较器元件(3122)的输出信号(Cmp1，Cmp2)保持恒定或者所述第一和/或第二比较器元件开始和/或停止转换，或者在限定的值范围(ΔI偏移)内改变由所述偏移源产生的偏移信号(I偏移)，其后，至少基于所述第一和/或第二比较器元件开始和/或停止转换时的偏移信号(I偏移)值计算所述传感器元件差分信号(UMess)。
12.根据权利要求11的方法，其中连续改变偏移信号(I偏移)。
13.根据权利要求8或11的方法，其特征在于，首先确定所述传感器元件(2)的信号偏移(U偏移)，然后确定传感器元件差分信号(UMess)，其中在计算所述传感器元件差分信号的过程中考虑所述传感器元件的信号偏移。
14.一种用于确定至少一个第一内部参数的传感器(1)，其中所述传感器被设计为其可执行根据权利要求1到13中任一项的方法，其中所述传感器具有至少一个传感器元件(2)、评估电路(3)和转换模块(6)，所述转换模块(6)能够在正常工作模式和至少一个特殊工作模式之间转换所述传感器(1)，其特征在于，所述传感器(1)具有电偏移源(7)，其直接或间接地连至所述评估电路(3)，以至少确定所述第一内部参数(UMess，U偏移)。
15.根据权利要求14的传感器，其特征在于，所述评估电路(3)包括至少一个第一比较器元件(36，3112)，所述第一比较器元件的输入具有施加于其的至少一个第一(Sig1)和第二内部信号(Sig2)，其中这些内部信号具有来自至少第一内部参数(UMess，U偏移)的信息，并且其中用于与这些内部信号中的一个的线直接或间接地连至所述电偏移源(7)。
16.根据权利要求15的传感器，其特征在于，所述第一内部信号为第一传感器元件输出信号，而所述第二内部信号为基准信号或者第二传感器元件输出信号。
17.根据权利要求14至16中任一项的传感器，其特征在于，所述偏移源(7)通过所述转换模块(6)连至所述评估电路(3)。
18.根据权利要求14至16中任一项的传感器，其特征在于，所述传感器(1)具有至少两条连接线并经这两条连接线(4，5)供电，其中所述传感器(1)具有电压供应调节单元(34)，所述电压供应调节单元(34)提供被基本调节至限定电压值的供应电压(BRP)，并且至少所述传感器元件(2)和至少所述评估电路(3)的部分被连至该电压供应调节单元(34)。
19.根据权利要求14至16中任一项的传感器，其特征在于，所述评估电路(3)包括至少两个比较器元件(3112，3122)，其中每个比较器元件(3112，3122)的输入端的相应一个输入端具有经转换模块(6)连接的电偏移源(7)。
20.根据权利要求19的传感器，其特征在于，所述评估电路(3)包括至少两个滞后电路(311，312)，在所述至少两个滞后电路(311，312)中处理至少一个传感器元件(2)的第一和第二传感器元件输出信号(SigA，SigB，Sig1，Sig2)，其中这两个滞后电路(311，312)并联连接，并且第一滞后电路包括第一比较器元件(3112)，第二滞后电路包括第二比较器元件(3122)，其中所述第一和第二比较器元件的输入端具有第一传感器元件输出信号和第二传感器元件输出信号或者两个传感器元件输出信号的其中一个以及施加至其上的基准信号，其中所述第一和第二比较器元件(3112，3122)的输入信号关于非反转(+)和反转(-)输入以相反方向施加，并且相应的比较器元件的相应输入经所述转换模块(6)连至电偏移源(7)。
21.根据权利要求20的传感器，其中相应的比较器元件的非反转(+)输入经所述转换模块(6)连至电偏移源(7)。
22.根据权利要求14至16中任一项的传感器，其特征在于，所述评估电路(3)包括用于设置所述传感器的限定输出信号的接口电路(32)，并且该接口电路(32)基于相应的工作模式被激励。
23.根据权利要求15或16的传感器，其特征在于，至少所述第一比较器元件(36，3112)的输出端被连至数字输出电路(314)，所述数字输出电路(314)包括至少一个电流源(33)并产生作为数字电流信号的传感器输出信号。
24.根据权利要求15或16的传感器，其特征在于，所述评估电路(3)具有尤其作为开关形式的至少一个第一选择元件(sw1)，其中该第一选择元件(sw1)呈某种形式并被连接，从而其可将所述评估电路的至少两条输入信号线或者在所述评估电路中的两个限定位置的两条内部信号线连接在一起，这使得能够至少基本基于处于第一选择元件(sw1)和第一比较器元件(36)之间的相应信号路径上的评估电路(3)的部分确定内部差分信号的值。
25.一种根据权利要求14至24中任一项的传感器的用途。
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