CN107850618B - 用于运行转速传感器的方法和装置、转速传感器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行转速传感器，特别是机动车的转速传感器的方法，具有信号发生器环和信号接收器，信号发生器环具有多个在其圆周上以交替的磁性取向均匀分布地布置的磁性元件，信号接收器具有至少两个传感器元件(SL、SM、SR)以用于检测磁体的磁场，其中传感器元件(SL、SM、SR)均匀地相互间隔布置，并且其中根据由传感器元件(SL、SM、SR)检测的磁场强度产生信息位并且将其提供为转速信息信号。在此规定，在低转速下产生至少一个附加转速信息信号并且将其添加到转速信息信号中。该附加信号由被加入到相应两个正常转速脉冲之间的附加转速脉冲组成。由此为发生器环的每个周期提供了多个转速脉冲，从而可实现对于速度确定的更高的分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行特别是作为机动车组成部分的转速传感器的方法，该转速传感器具有信号发生器环和信号接收器，信号发生器环具有多个在其圆周上以交替取向分布地布置的磁性元件，信号接收器具有至少两个传感器元件以用于检测磁性元件的磁场，其中传感器元件相互间隔均匀地布置，并且其中根据通过传感器元件检测的磁场强度产生信息位并且将其提供为转速信息信号。
此外本发明涉及一种用于运行转速传感器的相应的装置以及一种具有所述转速传感器和上述装置的转速传感器设备。
背景技术
在汽车制造中，对当前转速的认知对于安全相关的系统以及对于正确地控制不同的驱动系统是很重要的。特别是在电机的控制中，与实际转速的比较是非常重要的。通常借助于转速传感器检测转速。在此，车轮转速信息特别是通过探测磁性编码器或铁磁齿轮被确定，其被构造为具有多个均匀分布在其圆周上的磁性元件、特别是永磁体的信号发生器环，这些磁性元件具有交替的磁性取向。借助于一个或多个在壳体上固定布置的传感器元件，在信号发生器环旋转时检测磁性元件的磁场，其中根据相应检测的磁场强度借助于控制器的电流接口提供输出电流以进一步用作转速信息信号。
在此，随着每一次磁场方向交替而提供转速信息。由此，转速信号的分辨率主要取决于信号发生器环的磁性元件的数量。
发明内容
通过根据本发明的方法实现的优点是，信号分辨率或基本上取决于磁性元件数量和布置的转速信息分辨率独立于信号发生器环磁性元件的数量和布置或相对于信号发生器环磁性元件的数量和布置被提高。根据本发明规定，在转速信息信号上添加并且提供另一信息，其中该另一信息促使位移分辨率的提高。根据本发明规定，根据特别是信号发生器环的所确定的转速产生至少一个附加转速信息信号并且将其添加到转速信息信号上。通过根据所确定的转速来添加附加转速信息信号，实现了在不再需要附加转速信息信号的范围中由于与传统转速信息信号的叠加而省略附加转速信息信号，并且在需要时、特别是在较低的转速范围中提供附加转速信息信号。附加转速信息信号优选地被提供为特别是在转速信息信号中的附加信息位。
此外特别是规定，附加转速信息信号仅被产生直到所确定的转速超过可预设的极限转速或阈值速度。由此转速分辨率仅在位于极限转速之下的转速范围中被提供。特别是当信号发生器环对应于机动车的驱动电机时，则可由此在机动车的行驶速度较低时特别精确地确定驱动电机的转速以及机动车的行驶位移。特别是当进行泊车过程、特别是自动化的泊车过程时，则执行该方法。在例如0至50km/h的低速范围中，通过该方法以接口频率的倍频进行，而在例如50km/h以上的较高的速度范围中、即特别是在极限转速以上存在基本接口频率，该基本接口频率即使在转速/速度进一步提高时也提供可靠的结果。通过取消整个信息包“包括位协议的速度脉冲”，或通过依次取消数据位/信息位并最后取消速度脉冲，可进行附加信息的隐藏。
特别优选地规定，根据所检测的磁场强度产生附加转速信息信号。因此可通过设定极限值实现在一个或多个不同的磁场强度下附加地输出附加信息位或附加转速信息信号，以由此增加转速信息。
特别优选地规定，产生具有电流强度的附加转速信息信号，该电流强度不同于信息位的电流强度，从而在评估转速信息信号时可简单地在信息位和附加的附加信息位之间加以区分。
为了产生转速信息信号特别优选地使用AK协议。于是，由转速传感器产生的例如IL＝7mA的典型接口电流在转速信息信号中给出“低”作为信号信息，IM＝14mA的典型接口电流给出用于位信息的中间电流，并且IH＝28mA的接口电流给出同步脉冲作为信号信息。附加信息位的接口电流有利地位于上述电流值之间。优选地规定，附加信息位导致IZ＝21mA的接口电流。
此外优选地规定，转速传感器或信号接收器具有三个传感器元件，其中传感器元件的输出信号相互结合以用于提高转速信息信号的分辨率。在此可根据所选择的结合不同程度地提高转速信号的分辨率。除了各个电桥的信号曲线之外，通过所选择的一个或多个结合提供改善或便于转速信息信号的评估的其他信息，例如转向说明。
根据本发明的优选的改进方案规定，在检测到磁场强度最大值(负向和/或正向)时产生附加信息位。由此，除了通常所检测到的AK协议的过零点之外，也还提供关于所检测的磁放大的最大值的信息，从而转速信息的分辨率至少加倍，如前文所述这特别是在低速时实现前文提及的优点。
根据本发明的装置的特征在于，控制器专门适用于执行根据本发明的方法。由此得到前文述及的优点。其他特征和优点由前文所述得到。
根据本发明的转速传感器设备的特征在于根据本发明的装置。在此对于转速传感器设备得到前文述及的优点。其他特征和优点由前文所述得到。
特别优选地规定，信号接收器具有三个特别是构造为桥接电路的传感器元件。特别是通过结合桥接电路的信号输出进一步提高转速信息信号的分辨率。
附图说明
下面借助于附图详细说明本发明。
图1示出了用于产生附加的转速信息信号的方法，
图2示出了转速传感器设备的简化图，
图3示出了一种已知的方法并且
图4示出了该方法的改进方案。
具体实施方式
通常借助于转速传感器无接触地确定车轮或驱动机的转速。在此已知的是，为旋转元件分配呈信号发生器环的形式的编码器，其具有多个在其圆周上均匀分布地布置的磁性元件，这些磁性元件以交替的磁性取向布置。信号发生器环在壳体侧配有至少两个固定的传感器元件，其可检测由磁性元件产生的磁场。如果信号发生器环旋转，则由传感器元件检测的磁场强度变化，由此得到例如在图1中示出的信号曲线SR和SL。
图1示出了转速传感器设备的实施例，其包括两个传感器元件SR、SL，即右侧传感器元件(R)和左侧传感器元件(L)。基于传感器元件相对于彼此的距离以及相邻磁性元件相对于彼此的距离得到所示出的磁场强度。通过应用已知的AK协议借助于电流接口根据所检测的磁场强度提供转速信息信号。由转速传感器设备提供的IL＝7mA的典型接口电流在控制器中给出“低”作为信号信息，IN＝14mA的典型接口电流给出用于位信息的中间电流，并且IH＝28mA的接口电流给出同步脉冲作为信号信息。
这在图3中示例性示出。随着信号发生器环从北极N向相邻的南极S或从南极S向北极N的每次转换，即在磁场取向变化时，产生转速信息。由此转速和位移信息的分辨率受限于信号发生器环的磁性元件的数量。通过下文所述的方法可提高转速信息信号的分辨率，从而即使在低转速下也可提供更精确的关于行驶过的路程的信息，从而例如可在机动车的自动泊车过程中或在所谓的遥控泊车中应用该方法。在此，信息位0-8的其中一位可用作附加信息位。
根据本实施例，为了提高转速信息信号的分辨率，设置有三个传感器元件，其中除了前文已经述及的两个传感器元件SR和SL还存在另一传感器元件SM，其位于两个传感器元件SR和SL之间并且相对于两个传感器元件距离相同。因此三个传感器元件特别是在空间上彼此分开并且彼此间隔均匀地布置。有利地，还可添加其他的传感器元件。在此，传感器元件可设计为霍尔传感器、GMR传感器、AMR传感器或TMR传感器。特别是规定，两个外部的传感器元件相对于中间传感器元件SM以限定的距离布置。如果补充有其他传感器元件，则这些同样相对于已经存在的传感器元件等距离地布置。
根据本实施例，三个传感器元件以半桥的形式构造，如在图2中所示。各个电桥的输出信号被传输到电流接口SS的模数转换器A/D。电流接口SS包括诊断模块D、过零检测器N以及转向识别器DR。结果以协议P的形式提供了转速功能信号。对传感器元件SL、SM和SR的个体或组合的评估以如下方式被发送到电流接口SS上，使得在转速信息信号中不仅映射过零点，而且描述传感器元件的个体或组合的结果。由此得到初始信号频率的双倍、三倍或四倍，从而得到转速信息信号的信号分辨率或信息内容的双倍、三倍或四倍。所提高的信号分辨率的应用特别是通过AK协议位被显示。在此，协议转换如通常在AK协议中所定义的在高速下不受影响。作为附加或替代，有利地固定地或根据外部激励信号的强度地引入多个切换阈值。在超过切换阈值中的每一个时，则转速传感器设备产生另一输出脉冲，通过该输出脉冲进一步提高了转速信息信号的分辨率。切换阈值可以是可编程的，或可适配地预先给定。
还可考虑的是，将转速传感器设备实施为角传感器，其从磁性元件的每个极对测量当前角度，并且在特定位置、例如每隔30°(每个极对6个沿/脉冲，而不是之前的2个)输出一个沿变化或脉冲。
作为替代或附加还可考虑的是，将不同的传感器技术结合在转速传感器设备中，例如霍尔传感器和xMR传感器。优点在于，不同的传感器技术对由磁性元件分别提供的磁场的不同组分是敏感的并且这些组分相对于彼此具有相移。由此可行的是，分别在磁性过零点从而在信号最陡的位置切换，这可实现很好的抖动以及位移分辨率的加倍。作为附加还可考虑，不仅在过零点而且在磁信号、即所检测的磁场强度的最大值或最小值上产生脉冲或位作为附加信息。
为了提高转速信息信号的分辨率提出了以下方案：
为了使分辨率加倍规定，除了对过零点、即磁场方向变化的检测和评估之外还探测是否达到最大值或最小值并且将此作为输出信号输出。
此外为了使分辨率翻倍作为替代或附加还规定，将传感器元件SL、SM和SR的信号曲线结合，使得合成地得到附加的输出信号。进一步的信号结合及其评估可确定转向。通过传感器元件信号的适当结合可描述分辨率的翻倍并且可将其作为输出信号输出。对于分辨率的三倍，基于图2的实施例规定，评估相应的半桥截取，使得由相应传感器元件SL、SM、SR检测的过零点作为输出信号被发送到输出部。
为了使分辨率翻六倍，基于图2的布置方式规定，评估相应的半桥截取，使得仅由传感器元件SL、SM、SR分别检测的过零点作为输出信号被输出并且此外探测是否达到最大值且将其作为输出信号输出。
为了使分辨率进一步提高，基于图2的布置方式规定，设置其他的等距布置的传感器元件。此外除了评估各个传感器元件的过零点之外同样可检测且评估最大值/最小值。
特别是规定，确定可借以预设速度阈值的变量。速度阈值可有利地针对项目地在控制器或结构元件中被确定。在确定不等于0的速度阈值时，如果速度小于或等于速度阈值，则总是实施上述方法以提高转速信息信号的分辨率，并且至少一个附加信息位被置位。在速度阈值以上，则不再将附加信息位添加到转速信息信号中。特别优选地规定，对速度阈值使用迟滞，以避免在分辨率提高和正常运行之间的振荡。
通过将本方法有利地限制到低速范围(其通过速度阈值或通过极限转速被限制)中确保了在较低的转速或速度下存在较高的转速信息信号分辨率，并且在高速下还可保证转速信息的可靠传输。在约5kHz的磁频率以上AK协议不再能够保证可靠的信息传输。原因在于通常50μs的协议位的信号宽度。如果信号以“高”和“低”为基础，则得到100μs的周期。这相当于在AK接口处10kHz的电频率和5kHz的磁频率。
由此通过本方法在较低的速度/转速下通过转速传感器设备的电流接口SS提供了附加信息位并且例如将其传输给控制器，而不会影响迄今使用的AK协议。附加信息位促使提高位移分辨率，其由磁通密度的曲线和在转速传感器中传感器元件SL、SM、SR的特定布置方式(数量和空间位置)导出。
图4示例性地示出了通过所介绍的方法产生的附加转速信息信号Z，其给出IZ为21mA的接口电流。为了提供附加转速信息信号可如前文所述将信息位的其中一位用作附加信息位。当然这仅是示例性的，也可选择其他电流值用于附加信息位。
如前所述，如果在较低的转速或速度下通过其他信息或附加转速信息信号Z或附加信息位补充了转速信息信号，则其在本实施例中将位移分辨率提高了因子3。在较高的速度下、特别是在50km/h以上时，又从信号流中提取附加转速信息信号。
如在图3中所示，附加转速信息信号或另一信息脉冲在物理上每隔60°的信号发生器环角度就被嵌入到信号信息中。如果选择其他编码器角度/信号发生器环角度，则得到在角度或时间(根据频率)上的相应的划分。转速信息脉冲IH(过零脉冲)以及位的和(14mA)在典型的接口频率下构成具有固定时间光栅的脉冲包。附加转速信息信号对应于编码器角度并且在AK协议中在相应的位置处以相应的幅度(在本文中为21mA)被添加，直到超过速度阈值。随着速度的提高在电流接口SS处信号的频率也提高。在此，附加转速信息信号随着接口频率的提高而接近AK脉冲包。原因在于用于AK协议的AK脉冲包的固定时间。如果现在附加转速信息信号接近AK脉冲包直到50μs，则首先附加转速信息信号从接口信息中隐藏，其中对此优选地设置频率迟滞，以避免混淆地开关附加转速信息信号。原则上对于较高的频率也可将具有附加信息位的信号“移入”位包中。
Claims (11)
1.一种用于运行转速传感器的方法，所述转速传感器具有信号发生器环和信号接收器，所述信号发生器环具有多个在其圆周上以交替的磁性取向均匀分布地布置的磁性元件，所述信号接收器具有至少两个传感器元件(SL、SM、SR)以用于检测磁体的磁场，其中所述传感器元件(SL、SM、SR)均匀地相互间隔布置，并且其中根据由所述传感器元件(SL、SM、SR)检测的磁场强度产生信息位并且将所述信息位提供为转速信息信号，其中根据所确定的所述信号发生器环的转速产生至少一个附加转速信息信号，并且将所述附加转速信息信号添加到转速信息信号中以提高信号分辨率，
其特征在于，
所述附加转速信息信号仅被产生直到所确定的转速超过可预设的极限转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所检测的磁场强度产生所述附加转速信息信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用AK协议以用于产生所述转速信息信号，并且所提高的信号分辨率的应用通过AK协议位被显示。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述附加转速信息信号的电流强度不同于所述转速信息信号。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述信号接收器被构造为具有三个传感器元件(SL、SM、SR)，其中所述传感器元件(SL、SM、SR)的输出信号被相互结合以用于提高所述转速信息信号的分辨率。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每次在检测到磁场强度最大值时产生附加转速信息信号。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法被用于运行机动车的转速传感器。
8.一种用于运行转速传感器的装置，所述转速传感器具有信号发生器环和信号接收器，所述信号发生器环具有多个在其圆周上以交替的磁性取向均匀分布地布置的磁性元件，并且所述信号接收器具有至少两个传感器元件(SL、SM、SR)以用于检测所述磁性元件的磁场，其中所述传感器元件(SL、SM、SR)均匀地相互间隔布置，所述装置具有控制器，所述控制器根据由所述传感器元件(SL、SM、SR)检测的磁场强度产生信息位并且将所述信息位提供为转速信息信号，其特征在于，所述控制器专门适用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.一种用于机动车的转速传感器设备，所述转速传感器设备具有转速传感器，所述转速传感器具有信号发生器环和信号接收器，所述信号发生器环具有多个在其圆周上以交替的磁性取向均匀分布地布置的磁性元件，并且所述信号接收器具有至少两个传感器元件(SL、SM、SR)以用于检测所述磁性元件的磁场强度，其中所述传感器元件(SL、SM、SR)均匀地相互间隔布置，其特征在于，所述转速传感器设备包括根据权利要求8所述的用于运行所述转速传感器的装置。
10.根据权利要求9所述的转速传感器设备，其特征在于，所述信号接收器具有构造为桥接电路的三个传感器元件(SL、SM、SR)。
11.一种用于运行转速传感器的方法，所述转速传感器具有信号发生器环和信号接收器，所述信号发生器环具有多个在其圆周上以交替的磁性取向均匀分布地布置的磁性元件，所述信号接收器具有至少两个传感器元件(SL、SM、SR)以用于检测磁体的磁场，其中所述传感器元件(SL、SM、SR)均匀地相互间隔布置，并且其中根据由所述传感器元件(SL、SM、SR)检测的磁场强度产生信息位并且将所述信息位提供为转速信息信号，其中根据所确定的所述信号发生器环的转速产生至少一个附加转速信息信号，并且将所述附加转速信息信号添加到转速信息信号中以提高信号分辨率，
其特征在于，
所述附加转速信息信号的电流强度不同于所述转速信息信号的电流强度，
其中当所述磁性元件的磁性取向发生交替时相应地产生同步信息信号，并且所述附加转速信息信号的电流强度不同于所述同步信息信号的电流强度。
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