CN108496085B - 车轮速度传感器和车轮速度感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车轮速度传感器，该车轮速度感传器被配置成用于发送两种类型的数据包，其中一种类型的数据包包含瞬时传感器信号振幅信息。本发明进一步涉及一种车轮速度感测系统，该车轮速度感测系统包括这种车轮速度传感器。该振幅信息表示例如该传感器的当前电桥电压并且允许在低速下以高分辨率确定速度和位置，其中极过渡之间的时间段可以非常长。振幅数据也可以表示例如从该传感器的正弦电流传感器信号得出的内插角位置信号。

Description

车轮速度传感器和车轮速度感测系统
技术领域
本发明涉及一种车轮速度传感器，该车轮速度传感器包括：
-具有多个极或极对的编码器车轮，
-取决于该编码器车轮的旋转角度用于感测信号的感测单元，以及
-与该感测单元相连接的发送单元，
-其中，该发送单元被配置成用于发送第一类型的数据包，该第一类型的数据包指示在该感测单元处的相应极过渡，
本发明进一步涉及一种车轮速度感测系统，该车轮速度感测系统包括这种车轮速度传感器。
背景技术
已知的车轮速度传感器提供关于车轮速度的一定分辨率、和车辆由于车轮旋转而行进的对应距离。例如，典型的现有技术车轮速度传感器提供约2cm的分辨率。虽然这个分辨率对于正常的巡航速度来说通常是足够的，但是已经发现对于像自动停车的低速驾驶辅助功能来说，更高的分辨率是可取的。
这种车轮速度传感器的分辨率的关键参数是极的数量。原则上，可以通过增加极对的数量来提高分辨率。然而，本发明的发明人已经发现这种方法带来了大量新问题。
车轮速度传感器元件的重复性性能(抖动)直接与编码器信号的带宽相关联。随着编码器极对数量和信号频率的纯粹加倍或其他增加，未来的抖动要求不再能够满足。此外，编码器极对的数量加倍对应于编码器磁场强度损失7.4倍，并且传感器元件的磁气隙性能损失同样倍数。另外，编码器间距与感测单元间距之间需要匹配。目前使用的所有感测单元都不适用于这种解决方案。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种特别适用于较高分辨率的替代性车轮速度传感器。本发明的另一个目的是提供一种包括这种车轮速度传感器的车轮速度感测系统。
这是通过根据权利要求1所述的车轮速度传感器和根据权利要求10所述的车轮速度感测系统来解决的。例如，可以从从属权利要求中推导出优选实施例。
本发明包括一种车轮速度传感器。该车轮速度传感器包括具有多个极或极对的编码器车轮。该车轮速度传感器包括取决于该编码器车轮的旋转角度用于感测信号的感测单元。应注意的是，编码器车轮典型地安装在或者适配成安装在轮轴或车轮安装件上，使得该编码器车轮与至少一个车轮相同地旋转。
该车轮速度传感器进一步包括与该感测单元相连接的发送单元，其中，该发送单元被配置成用于发送第一类型的数据包，该第一类型的数据包指示在该感测单元处的相应极过渡。这些数据包也可以指示速度脉冲，或者该发送单元也可以被配置成发送速度脉冲。因此，外部实体(例如，数据包可以被发送到的电子控制单元(ECU))感知每个极过渡。因为连续极之间的角距离是已知的，所以ECU可以根据连续数据包之间的时间距离来容易地计算车轮速度。
根据本发明，该发送单元进一步被配置成用于发送第二类型的数据包，该第二类型的数据包指示该信号的振幅。
利用第二类型的数据包，可以将振幅传达给外部实体，该外部实体为编码器车轮在两个极过渡之间的任何小旋转提供非常准确的指示。这允许在避免上述问题的同时显着提高分辨率。
优选地，如果车辆速度低于阈值，则发送第一类型的数据包，并且如果车辆速度高于阈值，则发送第二类型的数据包。这允许在高速下的现有技术操作和在低速下(例如，在停车操作期间)根据本发明的增加的分辨率。
根据优选实施例，这些极是磁极。这已经被证明适用于典型应用。在那种情况下，该感测单元可以优选地是磁性感测单元，例如，线圈。然而，应注意的是，可替代地，也可以使用其他极，例如基于光学识别。
优选地，该第一类型的数据包包含关于该编码器车轮与该感测单元之间的距离的信息。这允许错误识别，例如，在距离超出一定范围的情况下。该距离通常可以用本领域技术人员已知的方式由车轮速度传感器测量。
优选地，该发送单元将这些数据包发送至电子控制单元(ECU)。该电子控制单元通常可以根据接收到的数据包来计算车轮速度和/或车辆速度和/或车辆位移。
优选地，每个数据包包含指示该数据包是第一类型或第二类型的位。这允许外部实体(例如，ECU)快速识别该数据包的类型。
优选地，这些数据包包含多个位、优选地三个位，这些位在该数据包是第一类型时指示该编码器车轮与该感测单元之间的距离、并且在该数据包是第二类型时指示振幅。现有技术的车轮传感器通常使用三个位来指示距离。尤其是这些位可以用来指示振幅，因为对距离的监视可以在低速下中断而不会产生安全问题。应注意的是，可以使用任何其他数量的位(例如，两位、四位或五位)，这尤其取决于所需要的分辨率。
优选地，该感测单元被配置成用于至少在预定时间段、优选地150ms之后发送数据包。这允许对车轮速度、车辆速度和/或车辆位移进行持续监视，特别是在低速下，其中由极过渡触发的数据包通常将以更大的间隔发送。然而，也可以使用其他时间段，例如，在100ms与200ms之间、在120ms与180ms之间、或者100ms、50ms或250ms。
根据实施例，使用等距电压值将振幅编码在该第二类型的数据包中。这允许易于实现。
根据实施例，使用与等距时间值对应的电压值将振幅编码在该第二类型的数据包中。当该编码器车轮以恒定的角速度旋转时，这种电压值可以尤其对应于等距时间值。这允许在关键信号部分具有更高的分辨率。
本发明进一步涉及一种车轮速度感测系统。
该车轮速度感测系统包括本发明的车轮速度传感器。本文披露的所有实施例和变体均可应用。
该车轮速度感测系统进一步包括电子控制单元(ECU)，该电子控制单元通信地联接至该车轮速度传感器的发送单元。该电子控制单元被配置成用于根据该第一类型的数据包并且根据该第二类型的数据包计算车轮速度、车辆速度、或车辆位移。
利用本发明的车轮速度感测系统，上面讨论的本发明的车轮速度传感器的优点可以应用于车轮速度感测系统。
这个应用尤其描述了用于具有高空间分辨率要求的应用的智能解决方案。现有的标准化串行数据协议的内容可以被修改。利用该串行数据协议，除了速度脉冲信息之外的附加数据可以发送至电子控制单元(ECU)。数据位内容可以分为强制性的数据位(其意义不可改变)和可自由分配的位。串行数据协议的可能的当前标准内容如下表1所示：
Figure GDA0003258486690000051
表1
用于向ECU提供高分辨率信号的新方法可以基于以下事实：位5、位6和位7在车辆低速时将传感器内部电桥信号BS[0]、BS[1]和BS[2]的信息提供给ECU，如以下表2所示：
Figure GDA0003258486690000052
表2
缩写的意思是：
ERR：错误指示位
M：模式位
EC：指示激活纠错的位
LS：指示第一类型或第二类型的数据包的位
GDR：指示角方向的有效性的位
DR：指示角方向的位
LM：指示编码器车轮与感测单元之间的距离的位
BS：指示振幅的位
P：校验位
根据实现方式，位2(‘LS’)可以指示位5、位6和位7的内容是在车辆中高速(LM＝‘0’)时测量的气隙，或者可以指示位5、位6和位7的内容是通常指示振幅的3位数字化的电桥电压(LM＝‘1’)。
与现有的最先进的串行数据协议相比，其优点是电桥信号的当前值更经常地提供给ECU，并且ECU具有可用于速度和长度计算的更精细的数据点网格。作为一种变化，可以减少两个静止协议之间的时间间隔，尤其是相对于现有技术的公共值150ms。
附图说明
从附图和实施例的以下描述中可以清楚地了解其他细节和优点。
图1示出了车轮速度感测系统。
图2示出了电压电平的第一种可能的分布。
图3示出了电压电平的第二种可能的分布。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明实施例的车轮速度感测系统1。
车轮速度感测系统1包括根据本发明实施例的车轮速度传感器5。
车轮速度传感器5包括编码器车轮10。编码器车轮包括一共八个磁极12，这些磁极围绕该编码器车轮的表面均匀分布。
车轮速度传感器包括分配给编码器车轮10的感测单元20。感测单元20包括响应于极12的角运动而感应电压的线圈。
车轮速度传感器5包括发送单元30。发送单元30连接至感测单元20并且因此感知由感测单元20响应于编码器车轮10的角运动和/或角定向而感测到的信号。
发送单元30响应于该信号而生成数据包。信号由发送单元30评估用于确定车辆速度高于或低于阈值。
如果车辆速度高于阈值，则发送单元30在编码器车轮10的每个极过渡处(即，每次当极12相对于感测单元20处于一定方向时)生成第一类型的数据包，尤其是正好在感测单元20的下方。这些第一类型的数据包是如在本申请的表1中所示的进行组织。尤其是，这些数据包包含指示编码器车轮10与感测单元20之间的距离的位。每个数据包都指示极过渡，使得可以很容易地计算车轮速度、车辆速度或车辆位移。
如果车辆速度低于阈值，则发送单元30以预定时间间隔生成第二类型的数据包。例如，可以使用50ms的时间间隔。这些第二类型的数据包是如在本申请的表2中所示的进行组织。尤其是，这些数据包包含指示在感测单元20处测量的信号的当前振幅的位。
车轮速度感测系统1进一步包括与发送单元30相连接电子控制单元40。发送单元30将刚刚描述的数据包发送至电子控制单元40。电子控制单元40可以使用这些数据包来计算车轮速度、车辆速度、或车辆位移，在高速时使用第一类型的数据包并且在低速时使用第二类型的数据包。
图2和图3示出了将传感器单元或传感器元件内部电桥信号转换为3位代码的两种方法。附图中相应的下部部分示出了内部电桥信号，而附图中相应的上部部分示出了具有对应3位代码的数字化信号。
在图2中示出了将信号振幅分成八个等效区的方法。
这种方法的优点是，实施到专用集成电路(ASIC)中并不困难。缺点是非线性，尤其是在信号最小/最大区域。
在图3中示出了将编码器周期分成八个等效区的方法。
这种方法的优点是数字信号的线性。缺点是实施工作量较大并且需要方向检测算法。
这两种方法都完全符合当今的编码器车轮和ECU硬件。两种变体通常都需要ECU软件适配。由于这些方法与基于数字逻辑的传感器元件协作，所以可以基于目标应用启用和禁用新功能。因此，传感器元件可以用于每个即将到来的应用，并且不需要开发新的用于小体积应用的传感器元件。
本申请包含的权利要求不构成对更广泛保护范围的放弃。
如果在程序中显而易见的是一个特征或项目或一组特征或项目不是绝对必要的，则申请人已经在提交时旨在不包括该特征或项目或该组特征或项目的陈述。这例如可以是在提交之日存在的权利要求的子组合或者在提交之日存在的权利要求的、受其他特征或项目进一步限制的子组合。权利要求或以此方式制定的特征组合可以被理解为被本申请的披露内容包括。
此外，应理解的是，在不同的实现方式和实施例和/或在附图中示出的本发明的安排、特征、以及变体可以彼此任意地组合。特征(无论是单独或组合)都可以彼此任意地交换。由此得到的特征组合可以被理解为被本申请的披露内容包括。
在从属权利要求中的引用不应被理解为放弃对从属权利要求的特征的单独保护。这些特征还可以与其他特征任意地组合。
仅在说明书中披露的特征或项目、或在说明书或权利要求中披露的特征或项目仅结合其他特征，总体上可以具有单独的发明意义。因此，这些特征或项目也可以单独结合在权利要求中以区别于现有技术。

Claims (9)

1.一种车轮速度传感器，包括：
-具有多个极的编码器车轮，
-取决于该编码器车轮的旋转角度用于感测信号的感测单元，以及
-与该感测单元相连接的发送单元，
-其中，该发送单元被配置成用于发送第一类型的数据包，该第一类型的数据包指示在该感测单元处的相应极过渡，
其特征在于，
-该发送单元进一步被配置成用于在车辆速度低于阈值时以预定时间间隔发送第二类型的数据包，该第二类型的数据包指示该信号的振幅，
-这些数据包包含多个位，这些位在该数据包是第一类型时指示该编码器车轮与该感测单元之间的距离、并且在该数据包是第二类型时指示振幅，
-第二类型的数据包包含指示在该感测单元处测量的信号的当前振幅的位，
-使用等距电压值将振幅编码在该第二类型的数据包中或者使用与等距时间值对应的电压值将振幅编码在该第二类型的数据包中。
2.根据权利要求1所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-这些极是磁极。
3.根据权利要求1或2所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-该第一类型的数据包包含关于该编码器车轮与该感测单元之间的距离的信息。
4.根据权利要求1或2所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-该发送单元将这些数据包发送至电子控制单元。
5.根据权利要求1或2所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-每个数据包包含指示该数据包是第一类型或第二类型的位。
6.根据权利要求1或2所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-这些数据包包含三个位。
7.根据权利要求1或2所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-该感测单元被配置成用于至少在预定时间段之后发送数据包。
8.根据权利要求7所述的车轮速度传感器，
其特征在于，
-该感测单元被配置成用于至少在150ms之后发送数据包。
9.一种车轮速度感测系统，包括：
-根据以上权利要求之一所述的车轮速度传感器，以及
-电子控制单元，该电子控制单元通信地联接至该车轮速度传感器的发送单元，
-其中，该电子控制单元被配置成用于根据该第一类型的数据包并且根据该第二类型的数据包来计算车轮速度、车辆速度、或车辆位移。
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