CN110501697B - 使用不同类型传感器的多样性感测 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及使用不同类型传感器的多样性感测。一种系统可以包括磁性传感器，以测量受目标对象的磁特性影响的磁场，并且基于磁场确定与目标对象相关联的第一特征信息。系统可以包括雷达传感器，以测量受目标对象的雷达特性影响的雷达信号，并基于雷达信号确定与目标对象相关联的第二特征信息。系统可以包括控制器，以基于第一特征信息和第二特征信息确定目标对象的特征。

Description

使用不同类型传感器的多样性感测

技术领域

本发明一般涉及电子系统和方法，并且在特定实施例中，涉及使用不同类型传感器的多样性感测。

背景技术

磁性传感器可以感测由目标对象产生的磁场或被目标对象使其畸变的磁场。磁性传感器可以基于感测到的磁场输出用于标识目标对象的位置(例如，角位置、线性位置、三维(3D)空间中的位置)、目标对象的移动方向(例如，旋转方向、线性移动方向、3D空间中的移动方向)、目标对象的速度(例如，旋转速度、线性速度等)等的信号。

雷达传感器可以发射雷达信号，并且可以在雷达信号被目标对象反射之后接收(至少一部分)雷达信号。雷达传感器可以基于接收到的雷达信号输出用于标识目标对象的位置、目标对象的方向、目标对象的速度等的信号。

发明内容

根据一些可能的实施方式，一种系统可以包括：磁性传感器，用于测量受目标对象的磁特性影响的磁场，并且基于磁场确定与目标对象相关联的第一特征信息；雷达传感器，用于测量受目标对象的雷达特性影响的雷达信号，并且基于雷达信号确定与目标对象相关联的第二特征信息；以及控制器，基于第一特征信息和第二特征信息确定目标对象的特征。

根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：基于受目标对象的磁特性影响的磁场确定与目标对象相关联的第一特征信息；基于受目标对象的雷达特性影响的雷达信号确定与目标对象相关联的第二特征信息；以及基于第一特征信息和第二特征信息确定传感器系统是否可靠地工作。

根据一些可能的实施方式，一种传感器系统可以包括：目标对象，具有磁特性和雷达特性；磁性传感器，被配置为测量磁场，并且进一步被配置为由于目标对象影响磁场而确定与目标对象相关联的第一特征信息；雷达传感器，被配置为测量雷达信号，并且进一步被配置为由于目标对象影响雷达信号而确定与目标对象相关联的第二特征信息；以及控制器，基于第一特征信息和第二特征信息而监控目标对象的移动。

附图说明

图1是本文所述的示例实施方式的示图。

图2是可以实施本文所述的系统和/或方法的示例传感器系统的示图。

图3是在图2的示例环境中所包括的磁性传感器的示例元件的示图。

图4是在图2的示例环境中所包括的雷达传感器的示例元件的示图。

图5是用于基于由磁性传感器和雷达传感器提供的冗余特征信息确定目标对象的特征的示例过程的流程图。

图6A和图6B、图7A-图7C、图8以及图9A和图9B是图示包括具有非恒定轴向厚度的目标对象的传感器系统的示例实施方式的示图。

图10A和图10B是图示包括具有非恒定径向宽度的目标对象的传感器系统的示例实施方式的俯视图的示图。

图11A-图11E是图示包括目标对象的传感器系统的示例实施方式的侧视图的示图，其中目标对象在目标对象的表面上具有结构化材料。

图12是图示用于一维、二维或三维环境的传感器系统的示例实施方式的示图。

具体实施方式

示例实施方式的以下详细描述参考附图。不同附图中相同的参考标号可以标识相同或相似的元件。

磁性传感器可以用于检测目标对象的特征(例如，位置、移动方向、移动速度、目标对象是移动或者静止等)。存在许多设置，其允许由磁性传感器提供与标识特征相关联的信号。这些设置中的许多设置用于安全相关的汽车应用，这意味着，如果不加以预防，则应该可靠地检测与磁性传感器相关联的故障(例如，为了防止基于故障传感器数据的错误系统决策)。然而，当系统包括单个磁性传感器时，这种故障可能无法被可靠地检测(例如，由于没有提供冗余)。

一些磁性传感器可用于双通道版本，这意味着实施两个磁性传感器用于传送相关信号(例如，以便提供冗余)。在这种情况下，如果信号的相关性在操作期间丢失，则系统可以确定至少一个磁性传感器经历了故障。不幸的是，在这种情况下，磁性传感器使用相同的测量原理—磁场感测—因此，可以一致地传送相关信号。因此，当故障以相同方式影响两个磁性传感器时，系统可能无法检测到故障。这种故障的示例包括感测磁场的损失或减弱、重叠的畸变磁场、铁磁部分对磁场的屏蔽或偏转等。因此，在一些情况下，即使双通道磁性传感器也可能无法可靠地检测到故障。

雷达传感器还可以用于检测目标对象的特征。雷达传感器使用被反射的雷达信号(例如，毫米波(mm波)信号、与磁场相比具有相对较高频率的信号)来检测雷达波的距离、振幅变化、频率移位、相位移位或偏振改变，以便表征目标对象旋转和/或移动，并且提供可以标识目标对象的特征所基于的信号。因此，这种雷达传感器依赖于雷达信号的反射，而不是依赖于感测磁场(即，磁性传感器和雷达传感器依赖于不同的测量原理)。

如此，目标对象对这些类型的传感器中的每一种类型的传感器的影响取决于目标对象的不同特性。例如，在磁性传感器的情况下，由磁性传感器感应的磁场受目标对象的磁特性(例如，磁极、永磁体的形状、目标对象的铁磁部分的形状等)的影响。相反，在雷达传感器的情况下，雷达信号的反射和接收受目标对象的机械或材料特性(本文中被称为雷达特性)的影响(例如，目标对象的将雷达信号从其反射出去的部分的机械尺寸或形状、目标对象的将雷达信号从其反射出去的部分的反射率、目标对象的将雷达信号从其反射出去的部分的吸收等)。

本文描述的一些实施方式提供了一种包括磁性传感器和雷达传感器的系统，这两个传感器都被布置为提供与目标对象的特征相关联的相应信号。在一些实施方式中，磁性传感器可以基于受目标对象的磁特性影响的磁场确定与特征相关联的信息，而雷达传感器可以基于受目标对象的雷达特性影响的雷达信号确定与特征相关联的信息。因此，磁性传感器和雷达传感器可以提供与确定特征相关联的冗余，基于该冗余系统可以检测与系统相关联的故障。

此外，由于磁性传感器和雷达传感器使用不同的测量原理，所以在许多故障场景中故障可以容易地被标识出。例如，磁性传感器的操作可能会显著受粘附至生成磁场的磁体或其附近的铁磁粒子的影响(例如，通过使被磁性传感器感测到的磁场畸变)。然而，这种粒子不会显著影响雷达信号的反射，因此雷达传感器的操作可以不受影响。因此，在这种情况下，比较传感器信号可以允许检测到与磁性传感器相关联的故障。

作为另一示例，磁性传感器和雷达传感器的操作都可以受到对目标对象的机械损伤的影响。然而，由于使用了不同的感测原理，所以磁性传感器和雷达传感器的操作可能被机械损伤不同地影响。因此，在这种情况下，比较传感器信号可以允许检测到与目标对象相关联的故障。

作为又一示例，对于磁性传感器和雷达传感器，可能的畸变的频率范围是不同的，并且同时干扰磁性传感器和雷达传感器的畸变谱是不太可能的。如此，磁场的频率范围内或附近的畸变将不会影响雷达传感器的操作，在这种情况下，比较传感器信号可以允许检测到与磁性传感器相关联的故障。类似地，雷达信号的频率范围内或附近的畸变将不会影响磁性传感器的操作，在这种情况下，比较传感器信号可以允许检测到与雷达传感器相关联的故障。在类似示例中，由于磁性传感器和雷达传感器中的电子元件本质上不同，所以导致相同故障测量的传感器电路装置的畸变也不太可能。

作为又一示例，进入雷达传感器和目标对象之间的测量路径的非磁性障碍物可以部分或完全地屏蔽雷达信号的反射。然而，这种非磁性障碍物的存在将不能屏蔽磁场使其不被磁性传感器感测到。因此，在这种情况下，比较传感器信号可以允许检测到与雷达传感器相关联的故障。

作为另一示例，如果系统中存在水，则水可以部分地吸收雷达信号(例如，使得雷达信号不被反射回雷达传感器)。然而，水对磁场的影响并不像磁性传感器所感测的那么明显。因此，在这种情况下，比较传感器信号可以允许检测到与雷达传感器相关联的故障。

图1是本文所述的示例实施方式100的示图。如图1所示，传感器系统可以包括目标对象、磁性传感器、雷达传感器和控制器。

目标对象是磁性传感器和雷达传感器确定特征所针对的对象。特征可以包括目标对象的位置(例如，角位置、线性位置、3D空间中的位置)、目标对象的移动方向(例如，旋转方向、线性移动方向、3D空间中的移动方向)、目标对象的速度(例如，旋转速度、线性速度等)和/或目标对象的其他特征。

如图1所示，目标对象可以具有磁特性和雷达特性。磁特性是影响要由磁性传感器测量的磁场的目标对象的特性。例如，如下面的示例所示和进一步详细描述的，磁特性可以是目标对象的磁极、目标对象的永磁部分的形状、目标对象的铁磁部分的形状(例如，当磁性传感器210包括反偏压磁体时)等。雷达特性是影响要被反射回雷达传感器的雷达信号的目标对象的特性。例如，如下面的示例所示和进一步详细描述的，雷达特性可以包括目标对象的将雷达信号从其反射出去的部分(无论是否是铁磁的)的形状、目标对象的反射率等。

如图1所示并通过参考标号105，磁性传感器可以基于测量在磁性传感器处存在的磁场来确定与特征相关联的信息。这里，如上所述，磁场受到目标对象的磁特性的影响。

如由参考标号110所示，雷达传感器可以基于发射雷达信号以及接收被目标对象反射之后的雷达信号来确定与特征相关联的信息。这里，如上所述，雷达传感器对雷达信号的接收受目标对象的雷达特性的影响。在一些实施方式中，磁性传感器和雷达传感器同时确定与特征相关联的信息(例如，使得与特征相关联的信息通过磁性传感器和雷达传感器同时(换句话说，冗余地)确定)。

如由参考标号115所示，磁性传感器和雷达传感器可以分别向控制器提供与由磁性传感器和雷达传感器确定的与特征相关联的信息。

如由参考标号120所示，控制器可以评估特征信息，以便确定由磁性传感器提供的信息是否与由雷达传感器提供的信息匹配(例如，在限定阈值内)。在一些实施方式中，如果控制器确定没有实现匹配(即，由磁性传感器提供的信息与由雷达传感器提供的信息不匹配)，则控制器可以确定感测到的信息不充分可靠(例如，直到由于磁场传感器和雷达传感器向控制器提供附加信息而使得特征信息匹配返回到阈值内)。在一些实施方式中，一旦确定特征信息不匹配，则控制器可以启动安全措施，诸如停用传感器系统、激活警报信号(例如，在更高级别上使用)、切换到不需要与控制系统相关联的传感器信息的备份算法、限制允许用于应用的速度、力或扭矩(例如，取决于失配程度)等。

在一些实施方式中，控制器可以确定是否发生了与磁性传感器、雷达传感器和/或目标对象相关联的故障，并且可以相应地提供指示。例如，在一些情况下，可以使用另一种类型的信息，诸如给定传感器信号(例如，由磁性传感器提供的信号或由雷达传感器提供的信号)在特定范围外的指示(例如，饱和)、由给定传感器传送的警告指示(例如，基于由给定传感器执行的自测)等。在本示例中，控制器可以基于附加信息以及基于标识失配特征信息来确定故障是否与磁性传感器、雷达传感器和/或目标对象相关联。

相反，当控制器确定由磁性传感器提供的信息与由雷达传感器提供的信息匹配(例如，在阈值内)时，控制器可以提供与目标对象的特征相关联的信息(例如，与控制系统相关联)。作为另一示例，控制器可以确定由磁性传感器提供的信号是否与由雷达传感器提供的信号相关。这里，当信号相关时，控制器可以确定故障不太可能发生，并且可以提供与特征相关联的信息。

这里，如上所述，由于磁性传感器和雷达传感器基于不同的感测原理进行操作，因此磁性传感器和雷达传感器可以提供与确定特征相关联的改进冗余(例如，与包括单通道或双通道磁性传感器的系统相比)。

如上所示，图1仅作为示例而被提供。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图1所描述的。

图2是其中可以实施本文所述的系统和/或方法的示例传感器系统200的示图。如图2所示，传感器系统200可以包括：目标对象205、磁性传感器210、雷达传感器215和电子控制单元(ECU)220。

目标对象205包括磁性传感器和雷达传感器用于确定特征所针对的对象。在一些实施方式中，目标对象205可以被附接至或耦合至将要测量其特征的对象，诸如圆柱形结构(例如，曲轴、凸轮轴、自动变速器中的轴、旋转气缸等)、车轮结构(例如，与轮胎相关联)、轮轴(例如，交通工具轮轴)、线性移动对象、3D空间中移动的对象等。如上所述，特征可以包括目标对象205的位置(例如，角位置、线性位置、3D空间中的位置)、目标对象205的移动方向(例如，旋转方向、线性移动方向、3D空间中的移动方向)、目标对象205的速度(例如，旋转速度、线性速度等)、目标对象205正在移动或者是静止和/或目标对象205的其他特征。下面描述目标对象205的可能实施方式的特定示例。

在一些实施方式中，目标对象205具有影响要被磁性传感器210感测的磁场的磁特性。例如，磁特性可以是目标对象205的磁极、目标对象205的永磁部分的形状、目标对象205的铁磁部分的形状等。

在一些实施方式中，目标对象205可以包括提供目标对象205的磁特性的永磁体。例如，目标对象205可以包括永磁体(包括形成北极(N)的第一半和形成南极(S)的第二半，即，一个极对)、偶极磁体(例如，偶极棒磁体、圆偶极磁体、椭圆偶极磁体等)或其他类型的永磁体。作为另一示例，目标对象205可以包括具有至少两个交替极的磁极轮(例如，具有围绕圆周的交替N和S极的编码轮)。因此，在一些实施方式中，目标对象205可以产生将被磁性传感器210感测的磁场。在一些实施方式中，目标对象205的磁体可以具有正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、环形等形状。

在一些实施方式中，目标对象205可以包括提供目标对象205的磁特性的铁磁部分。例如，目标对象205可以包括由铁磁材料(例如，铁或坡莫合金)组成的齿轮。这里，目标对象205可以使反偏压磁体(例如，被包括在磁性传感器210中或布置在磁性传感器210附近)的磁场畸变。在一些实施方式中，目标对象205可以包括对称齿轮、非对称齿轮、具有不对称形状的轮等。

在一些实施方式中，目标对象205具有影响将被反射回雷达传感器215的雷达信号的雷达特性。例如，雷达特性可以包括：目标对象205的将雷达信号从其反射出去的部分的形状、目标对象205的表面的反射率等。在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性通过在目标对象205移动和/或旋转时改变从目标对象205到雷达传感器215的距离来影响雷达信号的反射。

磁性传感器210包括能够基于感测在磁性传感器210处存在的磁场来确定与目标对象205相关联的特征信息的设备。在一些实施方式中，磁性传感器210可以包括磁阻(MR)传感器、霍尔效应传感器、可变磁阻传感器(VRS)、磁通门传感器等。在一些实施方式中，磁性传感器210可以被连接至ECU 220，使得磁性传感器210可以向ECU 220发射信号。信号可以包括或可以用于确定与目标对象205相关联的特征信息，诸如与目标对象205的位置相关联的信息、与目标对象205的速度相关联的信息、与目标对象205的移动方向相关联的信息、与目标对象205的旋转角度相关联的信息等。在一些实施方式中，磁性传感器210可以包括产生将被目标对象205畸变或影响的磁场的反偏压磁体或者可以被布置在反偏压磁体附近。在一些实施方式中，磁性传感器210和雷达传感器215可以被包括在相同的传感器封装中和/或相同的传感器管芯上。在一些实施方式中，这种布置提供了传感器相对于彼此的精确限定的相对位置，这允许对信号进行相对更精确的评估，以便提取测量的特征信息(例如，由于传感器放置的不准确度显著降低)。下面参照图3描述关于磁性传感器210的附加细节。

雷达传感器215包括能够基于发射和接收雷达信号确定与目标对象205相关联的特征信息的设备。例如，雷达传感器215能够基于对目标对象205和雷达传感器215之间距离的评估(例如，基于被反射的雷达信号的相位)和/或对目标对象205的反射率的评估(例如，基于被反射的雷达信号的幅度)来确定与目标对象205相关联的特征信息。在一些实施方式中，这种评估可以通过连续波(CW)雷达信号来实现，这可以降低雷达传感器215的成本(例如，与使用脉冲雷达信号或调频CW(FMCW)雷达信号的传统雷达传感器相比)。在一些实施方式中，雷达传感器215可以被连接至ECU 220，使得雷达传感器215可以向ECU 220发射信号。信号可以包括或可以用于确定与目标对象205相关联的特征信息，诸如与目标对象205的位置相关联的信息、与目标对象205的速度相关联的信息、与目标对象205的移动方向相关联的信息等。

在一些实施方式中，雷达传感器215和磁性传感器210可以以不同的方式处理信号和/或以不同的方式传送信号(例如，雷达传感器215可以提取和传送连续角度或线性位置信号，而磁性传感器210可以提取和传送增量传感器信号)。

在一些实施方式中，雷达传感器215和磁性传感器210可以被包括在相同的传感器封装中和/或相同的传感器管芯上。下面参照图4描述关于雷达传感器215的附加细节。

ECU 220包括与确定与目标对象205相关联的特征信息、基于特征信息监控目标对象205的特征(例如，监控移动)和/或基于特征信息来确定特征信息是否可靠(例如，基于由磁性传感器210提供的特征信息与由雷达传感器215提供的特征信息的比较)相关联的设备(例如，控制器、一个或多个电路等)。在一些实施方式中，ECU 220可以提供特征信息和/或启动与控制一个或多个电气系统和/或电气子系统相关联的安全措施。在一些实施方式中，ECU 220可以被连接至磁性传感器210，使得ECU 220可以经由一个或多个传输接口和/或经由一个或多个输出终端从磁性传感器210接收信息(例如，一个或多个信号)。相似地，ECU220可以被连接至雷达传感器215，使得ECU220可以经由一个或多个传输接口和/或经由一个或多个输出终端接收来自雷达传感器215的信息(例如，一个或多个信号)。

在一些实施方式中，ECU 220能够基于由磁性传感器210和/或雷达传感器215提供的信息对一个或多个电气系统和/或电气子系统进行校准、控制、调整等。在一些实施方式中，ECU 220可以包括：电子/引擎控制模块(ECM)、传动系统控制模块(PCM)、变速器控制模块(TCM)、制动控制模块(BCM或EBCM)、中央控制模块(CCM)、中央定时模块(CTM)、通用电子模块(GEM)、车身控制模块(BCM)、悬架控制模块(SCM)和/或与交通工具相关联的其他类型的控制模块。

提供图2所示设备的数目和布置作为示例。实际上，与图2所示相比，可以具有附加的设备、更少的设备、不同的设备或不同布置的设备。此外，图2所示的两个或更多个设备可以在单个设备中实施，或者图2所示的单个设备可以被实施为多个分布式设备。例如，虽然磁性传感器210和雷达传感器215在图2中被示出为分离的设备，但是在一些实施方式中，磁性传感器210和雷达传感器215可以被包括在单个封装中，或者甚至可以整体地被包括在相同管芯上。附加地或备选地，传感器系统200的设备集合(例如，一个或多个设备)可以执行被描述为由传感器系统200的另一设备集合执行的一种或多种功能。

图3是磁性传感器210的示例部件的示图。如图所示，磁性传感器210可以包括：感测元件310的集合、模数转换器(ADC)320、数字信号处理器(DSP)330、存储器元件340和数字接口350。

感测元件310包括用于感测存在于感测元件310的磁场的分量的元件。例如，感测元件310可以包括基于霍尔效应进行操作的基于霍尔的感测元件。作为另一示例，感测元件310可以包括基于MR的感测元件，其中磁阻材料的电阻可以取决于在磁阻材料处存在的磁场的强度和/或方向。这里，感测元件310可以基于各向异性磁阻(AMR)效应、巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应等进行操作。作为附加示例，感测元件310可以包括基于可变磁阻(VR)的感测元件，其基于感应进行操作。在一些实施方式中，磁性传感器210可以包括多个感测元件310(例如，两个或更多个感测元件310)。

在一些实施方式中，一个或多个感测元件310可以在与由磁性传感器210的主表面(例如，顶面、底面)限定的平面大致垂直的方向上是灵敏的。这种方向在这里被称为z方向。附加地或备选地，一个或多个感测元件310可以在与磁性传感器210的主表面限定的平面大致平行的方向上是灵敏的。这种方向在本文被称为x方向和/或y方向。在一些实施方式中，磁性传感器210的两个或更多个感测元件310可以具有相同的灵敏度方向。例如，第一感测元件310和第二感测元件310均可以在相同方向(例如，z方向、y方向或x方向)上是灵敏的。

ADC 320可以包括模数转换器，其将来自感测元件310的模拟信号转换为数字信号。例如，ADC 320可以将从感测元件310的集合接收的模拟信号转换为将被DSP 330处理的数字信号。ADC 320可以向DSP 330提供数字信号。在一些实施方式中，磁性传感器210可以包括一个或多个ADC 320。

DSP 330可以包括数字信号处理设备或数字信号处理设备的集合。在一些实施方式中，DSP 330可以接收来自ADC 320的数字信号，并且可以处理数字信号以形成输出信号(例如，用于与磁性传感器210连接的控制设备)，诸如与在穿过电流介质时测得的电流量相关联的输出信号。

存储器元件340可以包括只读存储器(ROM)(例如，EEPROM)、随机存取存储器(RAM)和/或另一种类型的动态或静态存储设备(例如，闪速存储器、磁性存储器、光学存储器等)，其存储用于由磁性传感器210使用的信息和/或指示。在一些实施方式中，存储器元件340可以存储与由DSP 330执行的处理相关联的信息。附加地或备选地，存储器元件340可以存储用于感测元件310的集合的配置值或参数和/或用于磁性传感器210的一个或多个其他元件(诸如ADC 320或数字接口350)的信息。

数字接口350可以包括接口，磁性传感器210可以经由该接口接收来自另一设备(诸如ECU 220)的信息和/或向另一设备提供信息。例如，数字接口350可以向ECU 220提供由DSP 330确定的输出信号，并且可以进一步接收来自ECU 220的信息。

提供图3所示部件和元件的数目和布置作为示例。实际上，与图3所示相比，磁性传感器210可以包括附加的部件和/或元件、更少的部件和/或元件、不同的部件和/或元件、或者不同布置的部件和/或元件。附加地或备选地，磁性传感器210的部件集合和/或元件集合(例如，一个或多个部件或者一个或多个元件)可以执行被描述为由磁性传感器210的另一部件集合或另一元件集合执行的一种或多种功能。

图4是雷达传感器215的示例元件的示图。如图所示，雷达传感器215可以包括：发射机(Tx)405、发射天线(Tx天线)410的集合、接收机(Rx)415、接收天线(Rx天线)420的集合以及控制设备425。

发射机405包括能够生成和发射电信号(例如，通过从控制设备425接收的信号进行控制)以及向一个或多个发射天线410发射电信号的设备。例如，发射机405可以包括能够生成电信号和/或向一个或多个发射天线410发射电信号的固态发射机等。

在一些实施方式中，发射机405可以包括：功率放大器、低噪声放大器、压控振荡器和/或用于提供时变信号以调制从控制设备425接收的信号的其他电路装置。在一些实施方式中，发射机405能够基于从控制设备425接收的信号而被调谐到雷达频率。

发射天线410包括能够将(例如，从发射机405接收的)电信号转换为雷达信号并且(例如，朝向目标对象205)发射雷达信号的设备。例如，发射天线410可以包括偶极天线、贴片天线、喇叭天线、频率可调天线等，其能够将电信号转换为雷达信号并发射雷达信号。在一些实施方式中，发射天线410可以由金属线形成、被印刷在印刷电路板(PCB)上、被集成在集成电路上、被集成到MEMS中、被集成到雷达传感器215的封装中等。在一些实施方式中，雷达传感器215可以包括多个发射天线410。在一些实施方式中，不同的发射天线410可以用于不同的频率范围，这些频率范围可通过高频开关选择。

接收机415包括能够接收和/或处理(例如，从接收天线420接收的)电信号并且向控制设备425提供经处理的信号的部件。在一些实施方式中，接收机415可以包括功率放大器、低噪声放大器、压控振荡器和/或用于提供时变信号以解调从接收天线420接收的信号的其他电路装置。在一些实施方式中，接收机415能够基于从控制设备425接收的信号被调谐到雷达频率。

接收天线420包括能够接收(例如，由目标对象205发射并反射的)雷达信号、将雷达信号转换为电信号以及向接收机415提供电信号以进行处理的设备。例如，接收天线420可以包括偶极天线、贴片天线、喇叭天线、频率可调天线等，其能够将电信号转换为雷达信号并发射雷达信号。在一些实施方式中，接收天线420可以由金属线形成、被印刷在PCB上、被集成在集成电路中、被集成在MEMS中、被集成到雷达传感器215的封装中等。在一些实施方式中，雷达传感器215可以包括多个接收天线420。在一些实施方式中，不同的接收天线420可以用于不同的频率范围，这些频率范围可通过高频开关选择。

控制设备425包括能够控制雷达传感器215的操作的设备。例如，控制设备425可以包括微控制器、微处理器、数字信号处理器、FPGA等。在一些实施方式中，控制设备425能够基于与发射的雷达信号相关联的信息和与对应于发射信号的接收雷达信号相关联的信息来确定目标对象205的特征。在一些实施方式中，控制设备425能够向ECU 220发送与目标对象205的特征相关联的信息。

提供图4所示部件和元件的数目和布置作为示例。实际上，与图4所示相比，雷达传感器215可以包括附加的部件(例如，允许相同天线用于发射和接收的天线多路复用器或定向耦合器)和/或元件、更少的部件和/或元件、不同的部件和/或元件、或者不同布置的部件和/或元件。附加地或备选地，雷达传感器215的部件集合和/或元件集合(例如，一个或多个部件或者一个或多个元件)可以执行被描述为由雷达传感器215的另一部件集合或另一元件集合执行的一种或多种功能。

图5是用于基于由磁性传感器210和雷达传感器215提供的冗余特征信息确定目标对象205的特征的示例过程500的流程图。在一些实施方式中，图5的一个或多个处理块可以由传感器系统200的一个或多个设备执行。

如图5所示，过程500可以包括：基于受目标对象的磁特性影响的磁场来确定与目标对象相关联的第一特征信息(块510)。例如，如上所述，传感器系统200(例如，磁性传感器210)可以基于受目标对象205的磁特性影响的磁场确定与目标对象205相关联的第一特征信息。

如图5进一步所示，过程500可以包括：基于受目标对象的雷达特性影响的雷达信号来确定与目标对象相关联的第二特征信息(块520)。例如，如上所述，传感器系统200(例如，雷达传感器215)可以基于受目标对象205的雷达特性影响的雷达信号来确定与目标对象205相关联的第二特征信息(例如，冗余特征信息)。

如图5进一步所示，过程500可以包括：基于第一特征信息和第二特征信息来确定目标对象的特征(块530)。例如，如上所述，传感器系统200(例如，ECU 220)可以基于第一特征信息和第二特征信息来确定目标对象205的特征。

在一些实施方式中，目标对象205的磁特性是以下至少之一：目标对象205的磁极的布置、目标对象205的永磁体部分的形状或目标对象205的铁磁部分的形状。

在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性是以下至少之一：目标对象205的将雷达信号从其反射出去的部分的机械尺寸或形状、目标对象205的将雷达信号从其反射出去的部分的反射率或者目标对象205的将雷达信号从其反射出去的部分的吸收。

在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性是目标对象205在与目标对象205的旋转轴线大致平行的方向上的非恒定轴向厚度。

在一些实施方式中，目标对象的雷达特性是目标对象205在与目标对象205的旋转轴线大致平行的方向上的非恒定径向宽度。

在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性是在目标对象205的表面上的结构化材料。

在一些实施方式中，磁性传感器210是第一磁性传感器210，并且传感器系统200可以包括相对于第一磁性传感器210以偏移角度布置的第二磁性传感器210。第二磁性传感器210可以基于受目标对象205的磁特性影响的另一磁场来确定与目标对象相关联的第三特征信息。这里，第一磁性传感器210和第二磁性传感器210之间的偏移角引入与第一磁性传感器210和第二磁性传感器210相关联的信号之间的相位差。

在一些方面中，雷达传感器215是第一雷达传感器215，并且雷达信号是第一雷达信号，并且传感器系统200可以包括第二雷达传感器215。第二雷达传感器215可以基于受目标对象205的雷达特性影响的另一雷达信号来确定与目标对象205相关联的第三特征信息。

在一些实施方式中，第一特征信息和第二特征信息与目标对象205的位置相关联。在一些实施方式中，第一特征信息和第二特征信息与目标对象205的移动方向相关联。在一些实施方式中，第一特征信息和第二特征信息与目标对象205的速度相关联。

在一些实施方式中，磁性传感器210和雷达传感器215被包括在相同的传感器封装中或位于相同的传感器管芯上。

在一些实施方式中，ECU 220可以进一步被配置为：确定第一特征信息是否与第二特征信息匹配；以及基于第一特征信息是否与第二特征信息匹配来确定传感器系统200是否充分可靠。

尽管图5示出了过程500的示例块，但是在一些实施方式中，与图5所示相比，过程500可以包括附加的块、更少的块、不同的块或与不同布置的块。附加地或备选地，可以并行地执行过程500的两个或更多个块。

在一些实施方式中，如上所述，目标对象205具有磁特性(影响磁性传感器210处的磁场)和雷达特性(影响将由雷达传感器215接收的雷达信号)。在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性是目标对象205在与目标对象205的旋转轴线大致平行的方向上的非恒定轴向厚度。图6A和图6B、图7A-图7C、图8以及图9A和图9B是图示包括具有非恒定轴向厚度的目标对象205的传感器系统200的示例实施方式的示图。

图6A和图6B分别是包括具有非恒定轴向厚度的目标对象205的传感器系统200的示例实施方式600的前视图和侧视图。如图6A和图6B所示，目标对象205可以具有倾斜的圆形形状，使得目标对象205的轴向厚度不恒定。在该示例中，目标对象205的倾斜圆形部分不包括磁性材料。这里，随着目标对象205围绕旋转轴线(由点虚线标识)旋转，从目标对象205到雷达传感器215的距离发生变化。换句话说，在目标对象205和雷达传感器215之间的距离取决于目标对象205的角位置。如此，由雷达传感器215发射的雷达信号受目标对象205的雷达特性的影响(例如，由于反射回雷达传感器215的雷达信号的相位和幅度分别取决于距离和反射率)，并且雷达传感器215可以相应地确定与目标对象205的特征相关联的信息(例如，角位置、旋转方向、旋转速度等)。

如图6A和图6B进一步所示，目标对象205可以包括具有两个磁极的永磁体(例如，环形磁体、碟式磁体)，每个磁极覆盖目标对象205的圆周的约180°。这里，随着目标对象205绕旋转轴线旋转，磁场传感器210处的磁场强度发生变化。换句话说，存在于磁场传感器210处的磁场取决于目标对象205的角位置。因此，磁性传感器210处的磁场受目标对象205的磁特性的影响，并且磁性传感器210可以相应地确定与目标对象205的特征相关联的信息。

如上所示，提供图6A和图6B仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图6A和图6B所描述的。

图7A-图7C分别是包括具有非恒定轴向厚度的目标对象205的传感器系统200的示例实施方式700的前视图和侧视图。如图7A-图7C所示，传感器系统200可以包括两个雷达传感器215(例如，雷达传感器215-1和雷达传感器215-2)和/或两个磁性传感器210(例如，磁性传感器210-1和磁性传感器210-2)。在示例实施方式700中，目标对象205可以具有与上面参照图6A和图6B所述相似的磁特性和雷达特性。

在该示例中，传感器系统200可以实现180°明确的角度范围(例如，因为每种类型的传感器都具有两个测量点)。在一些实施方式中，两个雷达传感器215和/或两个磁性传感器210之间的偏移角可近似为90°(例如，以便为给定信噪比提供可能的最高角度分辨率)。然而，在一些实施方式中，偏移角可以是除了90°以外的角度(例如，以便允许将给定的传感器对集成到相同封装或相同管芯中)。在一些实施方式中，传感器系统200可以包括两个雷达传感器215和单个磁性传感器210。备选地，在一些情况下，传感器系统200可以包括两个磁性传感器210和单个雷达传感器215。在一些实施方式中，两种类型的传感器(磁性传感器和雷达传感器)都可以被放置为具有角度偏移。备选地，在一些情况下，只有一种类型的传感器(磁性或雷达)可以被放置为具有角度偏移。在一些实施方式中，相对于磁性传感器210，可以测量两个正交场分量以便实现360°分辨率(例如，使用GMR或TMR或垂直霍尔传感器)，而不是在90°偏移位置测量相同的场分量。

如上所示，提供图7A-图7C仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图7A-图7C所描述的。

图8是包括具有非恒定轴向厚度的目标对象205的传感器系统200的示例实施方式800的侧视图。如图8所示，目标对象205可以具有倾斜的圆形，使得目标对象205的轴向厚度是非恒定的(类似于上面参照图6A和图6B所描述的)。然而，在示例实施方式800中，目标对象205的倾斜圆形部分由永磁体形成。换句话说，在一些情况下，可以形成永磁体以提供目标对象205的雷达特性，即影响雷达信号。

如上所示，提供图8仅作为示例。其他示例是可能的，并且可不同于参照图8所描述的。

图9A和图9B分别是包括具有非恒定轴向厚度的目标对象205的传感器系统200的示例实施方式900的前视图和侧视图。如图9A所示，目标对象205可以包括倾斜形状，其在360°上明确地改变目标对象205和雷达传感器215之间的距离。如所示，在该示例中，目标对象205可以包括台阶(例如，使得在完全旋转后，目标对象205和雷达传感器215之间的距离从最短距离瞬间改变为最长距离)。在一些实施方式中，台阶可以限定可以用于校准雷达传感器215的最大幅度。这里，随着目标对象205围绕旋转轴线旋转，从目标对象205到雷达传感器215的距离发生变化。换句话说，目标对象205和雷达传感器215之间的距离取决于目标对象205的角位置。如此，由雷达传感器215发射的雷达信号受目标对象205的雷达特性的影响，并且雷达传感器215可以相应地确定与目标对象205的特征相关联的信息。

如图9A和图9B进一步所示，目标对象205可以包括在目标对象205的圆周上的多极磁条(例如，编码器轮，而不是两极磁体)。这里，存在于磁场传感器210处的磁场取决于目标对象205的角位置。因此，磁性传感器210处的磁场受目标对象205的磁特性的影响，并且磁性传感器210可以相应地确定与目标对象205的特征相关联的信息。如图所示，示例实施方式900可以利用顶部读取磁性传感器210或侧面读取磁性传感器210。

如上所示，提供图9A和图9B仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图9A和图9B所描述的。

在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性是目标对象205在与目标对象205的旋转轴线大致垂直的方向上的非恒定径向宽度。例如，目标对象205可以包括具有非恒定径向宽度的铁磁材料。图10A和图10B分别是包括具有非恒定径向宽度的目标对象205的传感器系统200的示例实施方式1000和1050的顶视图。图10A图示了包括由铁磁材料形成的齿轮形式的目标对象205的传感器系统200。图10B图示了包括由铁磁材料形成的对象形式的目标对象205的传感器系统200，其被成形使得目标对象205和雷达传感器215之间的距离在目标对象205的整个旋转期间明显改变。

如所示，在示例实施方式1000或1050中，磁性传感器210可以包括反偏压磁体或被布置在反偏压磁体附近，使得在磁性传感器210处存在的磁场受目标对象205的影响(例如，使得在磁性传感器210处的磁场强度随着目标对象205的旋转而改变)。因此，磁性传感器210可以基于被目标对象205影响的磁场确定与目标对象205的特征相关联的信息。此外，由于目标对象205的非恒定径向宽度，目标对象205的表面和雷达传感器215之间的距离在旋转期间发生变化。因此，雷达传感器215可以基于在目标对象205的表面处被反射的雷达信号来确定与特征相关联的(冗余)信息。此外，关于示例实施方式1050，雷达传感器215和磁性传感器210的布置(例如，相对于目标对象205处于不同位置)确保由目标对象205的径向宽度的台阶引起的信号不连续不出现在相同的旋转位置，由此至少一个传感器应该能够连续地跟踪角度变化。

如上所示，提供图10A和图10B仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图10A和图10B所描述的。

在一些实施方式中，目标对象205的雷达特性可以是在目标对象205表面上的结构化材料。图11A-图11E分别是包括目标对象205的传感器系统200的示例实施方式1100和1150的各种视图，在目标对象205的表面上具有结构化材料。

如图11A-图11E所示，在一些实施方式中，目标对象205可以包括具有被结构化材料覆盖的边缘表面的永磁体。这里，结构化材料可以通过改变雷达传感器215和目标对象205之间的距离来改变雷达信号的反射(例如，由于在存在结构化材料的区域中的结构化材料的厚度)。例如，结构化材料可以包括具有孔的非磁性材料(例如，铝)的环、使用涂覆工艺(例如，光刻胶)而被机械结构化的聚合物等。

在一些实施方式中，结构化材料可以匹配目标对象205的磁性结构(例如，使得目标对象205的每极都被结构化材料中的孔暴露，如示例实施方式1100所示)。备选地，结构化材料可以不匹配目标对象205的磁性结构(例如，使得目标对象205的给定极的不同尺寸部分被其中不存在结构化材料的区域暴露，如示例实施方式1150所示)。在一些实施方式中，结构化材料可以被规则地图案化(例如，如示例实施方式1100所示)或不规则地图案化(例如，如示例实施方式1150所示)。

如上所示，提供图11A-图11E仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图11A-图11E所描述的。

在一些实施方式中，传感器系统200可以被配置为确定与一维、二维或三维环境中的特征相关联的信息。例如，磁性传感器210可以包括线性磁场传感器或3D霍尔传感器(例如，具有不同灵敏方向的多个线性磁场通道)，并且雷达传感器215可以包括用于确定一维、二维或三维的距离的天线集合。在一些实施方式中，在二维或三维设置中，雷达传感器215可以包括分布式天线的阵列，以检测朝向目标对象205的方向(例如，使用相位单脉冲原理或振幅单脉冲原理)。

图12是图示传感器系统200用于一维、二维或三维环境的示例实施方式1200的示图。注意，在示例实施方式1200中，目标对象205可以包括任何形状的永磁体(例如，图12所示的方形磁体)。如上所示，提供图12仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以与图12中描述的不同。

本文所述的一些实施方式提供了一种包括磁性传感器和雷达传感器的系统，这两个传感器都被布置为提供与目标对象的特征相关联的相应信号。在一些实施方式中，磁性传感器可以基于受目标对象的磁特性影响的磁场来确定与特征相关联的信息，而雷达传感器可以基于受目标对象的雷达特性影响的雷达信号来确定与特征相关联的信息。因此，磁性传感器和雷达传感器可以提供与确定特征相关联的冗余。

上面的公开提供了说明和描述，但并不旨在是穷举的或者将实施方式限于所公开的精确形式。修改和变型可以根据上述公开来进行，或者还可以从实施方式的实践中获得。

尽管在权利要求中记载了和/或在本说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并不旨在限制可能的实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多特征可以以在权利要求中未具体记载和/或本说明书中未具体公开的方式进行组合。尽管列出的每个从属权利要求可以直接从属于仅一个权利要求，但是可能实施方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。

除非明确说明，否则本文使用的任何元件、行为或指示都不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在包括一项或多项，并且可以与“一个或多个”互换。此外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一项或多项(例如，相关项、不相关项、相关项和不相关项的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换。如果旨在使用仅一项，则使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文所使用的，术语“有”、“具有”、“含有”等旨在作为开放式术语。此外，除非另有说明，否则措辞“基于”旨在表示“至少部分地基于”。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

磁性传感器，用于：

测量受目标对象的磁特性影响的磁场，并且

基于所述磁场来确定与所述目标对象的特征相关联的第一特征信息；

雷达传感器，用于：

测量受所述目标对象的雷达特性影响的雷达信号，并且

基于所述雷达信号来确定与所述目标对象的所述特征相关联的第二特征信息；以及

控制器，基于所述第一特征信息和所述第二特征信息来确定所述目标对象的所述特征。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标对象的所述磁特性为以下项中的至少一项：

所述目标对象的磁极的布置，

所述目标对象的永磁体部分的形状，或者

所述目标对象的铁磁部分的形状。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标对象的所述雷达特性为以下项中的至少一项：

所述目标对象的、将所述雷达信号从其反射出去的部分的机械尺寸或形状，

所述目标对象的、将所述雷达信号从其反射出去的所述部分的反射率，或者

所述目标对象的、将所述雷达信号从其反射出去的所述部分的吸收。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标对象的所述雷达特性是所述目标对象在与所述目标对象的旋转轴线大致平行的方向上的非恒定轴向厚度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标对象的所述雷达特性是所述目标对象在与所述目标对象的旋转轴线大致垂直的方向上的非恒定径向宽度。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标对象的所述雷达特性是在所述目标对象的表面上的结构化材料。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁性传感器是第一磁性传感器，

其中所述传感器系统还包括相对于所述第一磁性传感器以偏移角度布置的第二磁性传感器，以用于：

测量受所述目标对象的所述磁特性影响的另一磁场；并且

基于所述另一磁场来确定与所述目标对象相关联的第三特征信息，

其中所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器之间的所述偏移角度在与所述第一磁性传感器和所述第二磁性传感器相关联的信号之间引入相位差。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述雷达传感器是第一雷达传感器，并且所述雷达信号是第一雷达信号，

其中所述传感器系统还包括第二雷达传感器，用于：

测量受所述目标对象的所述雷达特性影响的另一雷达信号，并且

基于所述另一雷达信号来确定与所述目标对象的所述特征相关联的第三特征信息。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一特征信息和所述第二特征信息与所述目标对象的位置相关联。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一特征信息和所述第二特征信息与所述目标对象的移动方向相关联。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一特征信息和所述第二特征信息与所述目标对象的速度相关联。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁性传感器和所述雷达传感器被包括在相同的传感器封装中。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁性传感器和所述雷达传感器位于相同的传感器管芯上。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：

确定所述第一特征信息是否与所述第二特征信息相匹配；以及

基于所述第一特征信息是否与所述第二特征信息匹配来确定所述系统是否充分可靠。

15.一种方法，包括：

基于受目标对象的磁特性影响的磁场来确定与所述目标对象的特征相关联的第一特征信息；

基于受所述目标对象的雷达特性影响的雷达信号来确定与所述目标对象的所述特征相关联的第二特征信息；以及

基于所述第一特征信息和所述第二特征信息来确定传感器系统是否可靠地工作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述目标对象的所述磁特性为以下项中的至少一项：

所述目标对象的磁极的布置，

所述目标对象的永磁体部分的形状，或者

所述目标对象的铁磁部分的形状。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述目标对象的所述雷达特性为以下项中的至少一项：

所述目标对象的、将所述雷达信号从其反射出去的部分的机械尺寸或形状，

所述目标对象的、将所述雷达信号从其反射出去的所述部分的反射率，或者

所述目标对象的、将所述雷达信号从其反射出去的所述部分的吸收。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述目标对象的所述雷达特性是：

所述目标对象在与所述目标对象的旋转轴线大致平行的方向上的非恒定轴向厚度，

所述目标对象在与所述目标对象的旋转轴线大致垂直的方向上的非恒定径向宽度，或者

在所述目标对象的表面上的结构化材料。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一特征信息和所述第二特征信息与以下项中的至少一项相关联：

所述目标对象的位置，

所述目标对象的移动方向，或者

所述目标对象的速度。

20.一种传感器系统，包括：

目标对象，具有磁特性和雷达特性，

磁性传感器，被配置为测量磁场，并且进一步被配置为由于所述目标对象影响所述磁场而确定与所述目标对象的移动相关联的第一特征信息；

雷达传感器，被配置为测量雷达信号，并且进一步被配置为由于所述目标对象影响所述雷达信号而确定与所述目标对象的所述移动相关联的第二特征信息；以及

控制器，基于所述第一特征信息和所述第二特征信息而监控所述目标对象的所述移动。