CN103443591B - 用于求得角位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在点火关闭时求得机动车的至少一个轴（8、10）的角位置的方法，其中包括磁体（18、20）的至少一个多磁极转子（16）布置在所述至少一个轴（8、10）上，其中利用传感器设备（2）实施所述方法，所述传感器设备具有至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28），利用所述传感器元件求得由所述磁体（18、20）产生的磁场。

Description

用于求得角位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在点火关闭时求得机动车的轴的角位置的方法以及一种用于在点火关闭时求得机动车的轴的角位置的传感器设备。

背景技术

可旋转的轴使用在不同的装置中、例如也使用在机动车的转向装置中。为了使轴运转能够必须具有关于轴的旋转角进而关于轴的位置的信息。利用旋转角传感器或者转矩传感器确定关于旋转角的这种信息。在此能够利用转矩传感器求得两个轴相对彼此的相对转动。

在转矩传感器中通常使用磁性的方法，正如例如在文献DE 10 2005 031 086 A1中描述的方法那样。在此测量布置在轴上的磁性的多磁极磁场。

利用所谓的真正开机功能（TPO：True Power On Funktion）能够在接通点火时传感地确定机动车的方向盘的角位置。在存有多转动能力（Multi-Turn-Fähigkeit）时也能够求得方向盘进行的完整的旋转的数量。因此，在此记录在点火关闭时进行的转动。为了转换真正开机功能需要齿轮传动装置，所述齿轮传动装置转化转动，从而在接通点火之后根据该转化能够计算明确的信号。为此两个齿轮能够配置有数量不同的齿数，其中所述齿轮的齿啮合到布置在轴的套筒上的齿轮的齿中。为了这样确定旋转角也能够使用内摆线传动装置（Hyperzykloidgetriebe），正如例如在文献DE 10 2008 011 448 A1中所描述的那样。

替代地，也能够由转子位置传感器的位置计算转向柱的转向角，所述转子位置传感器使用在助力转向（EPS装置或者说电动助力转向装置）中并且通过使用在助力转向中的EPS电机的减速求得转向柱的转动。

发明内容

在此背景下提供了用于在点火关闭时求得机动车的至少一个轴的角位置的方法和传感器设备，其中包括磁体的多磁极转子布置在所述至少一个轴上，其中利用传感器设备实施所述方法，所述传感器设备具有至少一个磁场敏感的传感器元件，利用所述传感器元件求得由所述磁体产生的磁场。下文还给出了本发明的其他的设计方案。

在按照本发明的、具有按照本发明的传感器设备的设计方案的方法的实施方式中，在点火关闭时通过至少360°的旋转利用至少一个磁场敏感的传感器元件能够求得例如构造为机动车的转向轴的轴的角位置进而旋转位置。

在此规定，磁体单元布置在所述轴上，所述磁体单元包括由圆形或者环形布置的磁体形成的多磁极转子。根据定义，磁体的磁场的磁力线从磁体的北极向南极指向或者相反的。在多磁极转子内部直接相邻的磁体的磁力线相反地指向。

所述至少一个磁场敏感的传感器元件测量并且求得多磁极转子的磁场，所述磁场通过多磁极转子的全部磁体的磁场叠加而得出。此外，由磁场的位置能够例如通过计算推导和/或确定多磁极转子的位置和进而轴的角位置。

在本发明的设计方案中，在关闭点火时在至少一个磁场敏感的传感器元件布置的位置处能够由至少一个磁场敏感的传感器元件识别通过轴的旋转引起的磁场的变化。此外，当多磁极转子的两个相邻的磁体移动经过磁场敏感的传感器元件旁边进而在两个磁体之间的边界面移动经过时，则也是这样的情况，由此由至少一个磁场敏感的传感器元件求得在通过例如构造为簧片开关的磁场敏感的开关而磁力线突然改变方向的情况下迅速得出的磁场的变化。因此能够记录在相邻的多磁极对之间的磁场的转动。

因此能够快速并且可靠地记录角位置的变化，从而由至少一个磁场敏感的传感器元件激活唤醒功能并且由此通知例如对于转向装置的控制器在点火关闭时的所述变化。

能够递增地计算移动的磁场的迅速得出的变化和进而磁力线的方向改变和/或转动。由此由通过移动经过的边界面得出的磁场变化的数量确定在转动时所述角位置变化了多少度。从之前的角位置出发考虑所述转动了解所述轴当前具有哪个角位置。

在点火关闭时能够通过能够实施在转换电路中的唤醒功能记录进而求得所述轴的旋转和进而旋转移动。在此，该转换电路能够布置在至少一个磁场敏感的传感器元件中或者在控制器中作为传感器设备的组件。

所述转换电路和/或所述至少一个磁场敏感的传感器元件能够具有磁场敏感的开关，所述开关记录多磁极转子的磁场的通常为空间上的变化并且通过激活唤醒功能对所述变化作出反应。在此，磁场的变化能够引起磁场敏感的开关的位置变化并且闭合电路，由此再次激活唤醒功能。所述磁场敏感的开关能够例如构造为簧片开关，所述簧片开关也能够表示为磁簧继电器。所述通常构造为簧片开关的磁场敏感的开关包括在外部的紧靠在磁场敏感的开关上的磁场变化时闭合的触点。

所述对于至少一个角位置和/或至少一个进行的转动求得的值能够同样存储在例如构造为特定应用的集成电路（专用集成电路，ASIC）的转换电路中并且在接通点火时使用。

根据对磁场进行的求取借助本发明提供了一种不接触的具有唤醒功能的旋转角传感器和/或转矩传感器。在此也能够求得轴的多个完整的转动、也就是说多于360°的转动进而实现所谓的多转动功能。

除了磁场敏感的开关，所述至少一个磁场敏感的传感器元件能够包括用于测量各向异性的磁阻的AMR元件、用于测量巨磁阻的GMR元件或者霍尔元件。以至少一个磁场敏感的传感器元件确定多磁极转子的磁场的基本上径向对准轴的旋转轴线线的磁力线的方向。替代地或者补充地，也能够根据磁场的场强度计算多磁极转子的位置。

在此能够特别精确地确定在两个磁体之间进而在布置在两个相邻的磁体之间的极区域的内部的边界面的角度。根据磁力线的方向的变化以磁场敏感的开关良好地确定多磁极转子相对于至少一个磁场敏感的传感器元件进而磁场敏感的开关从第一极区域向相邻的紧接着的、布置在两个紧接着的磁体之间的极区域的转动。

求得通过旋转或者继续旋转引起的磁场相对于至少一个磁场敏感的传感器元件的移动以及由此产生的磁场的变化以及存储在构造为EEPROM的存储器中，所述存储器能够构造为至少一个磁场敏感的传感器元件的组件和/或控制器的组件。对于磁场的变化和/或角位置的至少一个存储的值能够由至少一个磁场敏感的传感器元件或者控制器再处理，其中通常确定所述轴在实施的转动时旋转的角度多大。在机动车起动时能够通过点火激活将该至少一个存储的值提供给控制器。

通常规定，由控制器为包括例如构造为ASIC的转换电路的至少一个磁场敏感的传感器元件提供电能，在所述传感器元件中实施用于通过磁场敏感的开关唤醒控制器的唤醒功能。在点火关闭时由控制器为至少一个磁场敏感的传感器元件提供较小的稳定电流。

在接通点火时也能够构造所述至少一个磁场敏感的传感器元件用于求得轴的转动，其中由控制器为至少一个磁场敏感的传感器元件提供通常是恒定的电流或者交变电流，所述交变电流的值能够大于稳定电流的值。如此选择查询轴的角位置的周期p，从而在点火关闭时能够可靠地识别轴的移动、通常是转向轴的移动，但是由于轴的机械惯性，在稳定电流的两个周期之间存有尽可能长的稳定阶段。通过所述稳定阶段在点火关闭时降低电流消耗。

借助该稳定电流在点火关闭时也可为包括构造为簧片开关的开关的至少一个磁场敏感的传感器元件提供能量。如果多磁极转子的磁场变化，则接通磁场敏感的开关并且激活唤醒功能。替代地或者补充地，所述根据移动的变化而记录的磁场的变化能够存储在磁场敏感的传感器元件的存储器中。根据磁场的变化也能够确定并且存储由此产生的角位置的变化。至少一个这样确定和存储的角位置能够在固定的周期p内被查询并且与至少一个之前周期的值作比较，其中能够由传感器元件和/或控制器进行所述至少一个值的比较和必要时的存储。

如果磁场的值变化了与磁场敏感的开关的灵敏度有关的、定义的最小值，则磁场敏感的开关接通进而激活。因此，包括磁场敏感的开关的至少一个磁场敏感的传感器元件能够识别轴的继续旋转、激活唤醒功能和发送信号到控制器，其中所述控制器由也能够包括磁场的和/或角位置的求得的值的信号唤醒。

替代地或者补充地，至少一个磁场敏感的传感器元件能够将关于所进行的旋转运动的信息自动地存储在存储器中。由此在接通点火时能够立即将轴的当前角位置提供给构造用于监控、也就是说用于控制和/或调节或者监管轴的功能的控制器进而提供给能够与轴相连接的方向盘。

通过在所述至少一个磁场敏感的传感器元件中执行的、在识别出轴的旋转时的唤醒功能，所述识别能够构造为EPS转子，能够对于控制器在点火关闭时通过至少一个磁场敏感的传感器元件的信号唤醒进而激活用于监控所述轴的功能。替代地或者补充地，能够由控制器在有规律的周期p中查询至少一个磁场敏感的传感器元件，其中接收并且存储轴的旋转运动，因此当前的角位置或者旋转位置在接通点火之后可供使用。

构造按照本发明的传感器设备，以便实施所提供的方法的全部步骤。在此也能够由传感器设备的各个组件实施该方法的各个步骤。此外，传感器设备的功能或者传感器设备的各个组件的功能能够转化为所述方法的步骤。此外可能的是，所述方法的步骤作为传感器设备的至少一个组件的功能或者作为整个传感器设备的功能实现。

由说明书和附图得出本发明的其他的优点和设计方案。

可以理解的是，能够不仅以相应地示出的组合也以其他的组合或者单独地使用以上提到的和以下有待阐释的特征，而没有离开本发明的范畴。

附图说明

图1以示意图由第一视角示出了按照本发明的传感器设备的一种实施方式；

图2以示意图由第二视角示出了图1所示的按照本发明的传感器设备的组件。

具体实施方式

根据附图中的实施方式示意性地示出本发明并且以下参照附图对本发明进行详细描述。

相关地并且全面地描述附图，相同的附图标记表示相同的组件。

在图1中沿转向装置4的旋转轴线6的径向示意性地示出了机动车的转向装置4的按照本发明的传感器设备2和组件的实施方式。图2由轴向于旋转轴线6指向的方向示出了按照本发明的传感器设备2和转向装置4的组件。

在此，转向装置4包括这里能够围绕共同的旋转轴线6旋转并且经由扭杆12彼此连接的第一轴8和第二轴10。第一轴8包括磁体单元14，所述磁体单元具有布置在第一轴8上的多磁极转子16。该多磁极转子16包括多个环状和/或凸缘状布置的磁体18、20。在此在这里示出的实施方式中，第一磁体18的极区域从旋转轴线6向外沿北南方向指向，并且与第一磁体18直接相邻的第二磁体20的极区域从旋转轴线6向外沿南北方向指向。

因此，多磁极转子16具有交替的彼此相邻的第一磁体和第二磁体18、20，所述第一磁体和第二磁体包括彼此相反地指向的磁场。在图1和图2中同样地示出通过各个磁体18、20的磁场的叠加形成的共同磁场的磁力线22。

传感器设备2包括第一磁场敏感的传感器元件24，所述第一磁场敏感的传感器元件布置在第一电路板26上并且具有作为转换电路的ASIC。在此规定，第一磁场敏感的传感器元件24进而ASIC平行地布置在磁体单元24的多磁极转子16旁边。

由第一磁场敏感的传感器元件24能够定量地和/或保质地求得磁场的场强度和/或多磁极转子16的共同磁场的磁力线22的指向，所述指向在两个相邻的磁体18、20之间改变180°。

第二磁场敏感的传感器元件28配属于第二轴10并且布置在第二电路板30上，在所述第二电路板上还布置插头32。所述第二磁场敏感的传感器元件28构造为转矩传感器的所谓的传感器单元34的组件，利用所述转矩传感器求得两个轴8、10围绕共同的旋转轴线6的相对转动。在此通过转矩引起在两个轴8、10之间的扭杆12的扭转。在此通过布置在第二轴10旁并且由铁磁材料构成的磁通单元36增强多磁极转子16的磁场，从而也能够由第二磁场敏感的传感器元件28求得所述磁场。

此外，这里所示出的传感器设备2也具有控制器38，所述控制器经由连接导线40、在这里经由电路板26、30与磁场敏感的传感器元件24、28相连接。所述连接导线40能够构造为电线、半柔性电路板等等。在两个电路板26、30之间的连接部不是强制必需的，但是该连接部会引起成本低廉的实施，因为只需要用于控制器38的连接部。因此，第一磁场敏感的传感器元件24能够经由在第二电路板30上的插头32与控制器38相连接或者直接与控制器38相连接（虚线示出了连接导线40）。

两个磁场敏感的传感器元件24、28其中至少一个磁场敏感的传感器元件在这里具有构造为簧片开关50的磁场敏感的开关，当所产生的磁场22变化时，所述开关唤醒传感器设备2。在此，在多磁极转子16移动时记录至少一个轴8、10的角位置的变化，这里通过所述多磁极转子引起磁场的空间上的变化。磁场的、通常是磁场变化的保质的求取至少通过磁场敏感的开关求得和/或记录。也能够通过磁场敏感的传感器元件24、28的能够构造为GMR元件、AMR元件或者霍尔元件的另一个组件确定磁场的定量的变化。

在所描述的实施方式中，构造磁体单元14的多磁极转子16，以便提供作为第一轴8的角位置的测量的转向角的信号，并且以便提供在两个轴8、10之间的测量的转矩的信号。因此，两个功能能够集成在传感器设备2中。

但是也可能的是，在第二轴10上同样布置有多磁极转子，由第二磁场敏感的传感器元件28求得多磁极转子的旋转的磁场。在本发明的范畴中在点火关闭时也能够由两个轴8、10的角位置的差值确定在两个轴8、10之间的转矩和/或相对角。

通常构造具有至少一个磁场敏感的传感器元件24、28的传感器设备2，以便在点火关闭时求得机动车的至少一个轴8、10的角位置。在此，在至少一个轴8、10上布置由磁体18、20组成的多磁极转子16。所述至少一个磁场敏感的传感器元件24、28求得由磁体18、20进而由多磁极转子16产生的磁场。在此，能够保质地和/或定量地求得磁场的磁力线22的取向或者指向和/或求得磁场的场强度作为磁场的参量。

在此，通过稳定电流周期地查询磁场的至少一个参量并且由至少一个磁场敏感的传感器元件24求得并且必要时处理相对于至少一个参量的值。这能够意味着，比较在例如之前的第一周期时求得的磁场的值与在例如通常直接跟随在第一周期之后的当前的第二周期时求得的磁场的值。

在至少一个轴8旋转时的角位置的变化引起由多磁极转子16产生的磁场的变化，这由这里构造为簧片开关50的磁场敏感的开关和/或继电器记录下来。在此，所述变化能够存储在至少一个磁场敏感的传感器元件24和/或控制器38的构造为EEPROM的存储器中。

此外，在出现角位置的变化时能够通过簧片开关50激活在至少一个磁场敏感的传感器元件24的转换电路中实施的唤醒功能，并且由此能够唤醒控制器38。

为了求得角位置和/或角位置的变化，由至少一个磁场敏感的传感器元件24求得在两个相邻的磁体18、20之间的过渡、通常是边界面。如果在两个相邻的磁体18、20之间的过渡移动经过磁场敏感的开关50进而在开关50旁扫过，则通过磁场敏感的开关50闭合电路并且此外激活唤醒功能。因此，至少一个具有磁场敏感的开关50的磁场敏感的传感器元件24包括事件触发的电路。所记录的事件通常是指多磁极转子16的最小移动，所述最小移动在磁场敏感的开关50的位置处引起磁场的空间上的变化。在此能够递增地计算磁体18、20相对于至少一个磁场敏感的传感器元件24的移动。

在实施本方法时，在点火关闭时为传感器设备2的至少一个磁场敏感的传感器元件24进而为传感器设备2的簧片开关50供给例如由控制器38提供的通常周期的稳定电流。

Claims (7)

1.用于在点火关闭时求得机动车的至少一个轴（8、10）的角位置的方法，其中包括磁体（18、20）的多磁极转子（16）布置在所述至少一个轴（8、10）上，其中利用传感器设备（2）实施所述方法，所述传感器设备具有至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28），利用所述传感器元件求得由所述磁体（18、20）产生的磁场，

其特征在于，

周期性地求得所述磁场，其中比较在第一周期时求得的磁场的值与在紧接着第一周期之后的第二周期时求得的磁场的值，其中在所述多磁极转子（16）移动时记录所述至少一个轴（8、10）的角位置的变化，并且其中在出现角位置变化时激活在至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28）中实施的唤醒功能，

其中所述磁场敏感的传感器元件中至少一个磁场敏感的传感器元件具有磁场敏感的开关，当通过各个磁体的磁场的叠加所产生的磁场变化时，所述开关唤醒所述传感器设备。

2.按权利要求1所述的方法，其中在出现所述变化时存储所述至少一个轴（8、10）的角位置。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中由所述至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28）求得在两个相邻的磁体（18、20）之间的过渡。

4.按权利要求1或2所述的方法，其中递增地计算所述磁体（18、20）的移动。

5.按权利要求1或2所述的方法，其中求得机动车的转向装置（4）的至少一个轴（8、10）的角位置。

6.用于在点火关闭时求得机动车的至少一个轴（8、10）的角位置的传感器设备，其中包括磁体（18、20）的多磁极转子（16）布置在所述至少一个轴（8、10）上，其中所述传感器设备（2）具有至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28），所述传感器元件求得由所述磁体（18、20）产生的磁场，

其特征在于，

所述磁场是周期性地求得的，其中在第一周期时求得的磁场的值与在紧接着第一周期之后的第二周期时求得的磁场的值被进行比较，其中在所述多磁极转子（16）移动时记录所述至少一个轴（8、10）的角位置的变化，并且其中在出现角位置变化时激活在至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28）中实施的唤醒功能，

其中所述磁场敏感的传感器元件中至少一个磁场敏感的传感器元件具有磁场敏感的开关，当通过各个磁体的磁场的叠加所产生的磁场变化时，所述开关唤醒所述传感器设备。

7.按权利要求6所述的传感器设备，其中所述至少一个磁场敏感的传感器元件（24、28）具有簧片开关（50），当所产生的磁场变化时，所述簧片开关唤醒所述传感器设备（2）。