CN114599933A - 信号处理方法、程序和信号处理系统 - Google Patents

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Abstract

本公开要解决的问题是在减少信号处理系统的规模增大的同时，对第一磁检测单元和第二磁检测单元进行故障诊断。根据本公开的信号处理方法用于包括第一磁检测单元(1)、第二磁检测单元(2)和处理单元(3)的信号处理系统(100)。信号处理方法包括角度计算步骤和故障诊断步骤。角度计算步骤包括：通过使用反三角函数，将正弦信号、余弦信号和正切信号分别变换成第一角度信号(V51)、第二角度信号(V52)和第三角度信号(V53)。故障诊断步骤包括：通过将选自第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)进行故障诊断。

Description

信号处理方法、程序和信号处理系统
技术领域
本公开总体上涉及信号处理方法、程序和信号处理系统。更具体地，本公开涉及在信号处理系统中使用的信号处理方法、程序和信号处理系统。
背景技术
例如，专利文献1公开了一种用于检测汽车的转向角的信号处理系统(磁传感器)。专利文献1的信号处理系统包括第一磁阻元件、第二磁阻元件、以及接收来自第一磁阻元件的信号和来自第二磁阻元件的信号的检测电路。第一磁阻元件和第二磁阻元件中的每一个包括四个正弦磁阻元件和四个余弦磁阻元件。
在专利文献1的信号处理系统中，检测电路基于从第一磁阻元件提供的检测信号和从第二磁阻元件提供的检测信号，生成包含关于旋转角度的信息的角度信号。
另一方面，这种信号处理系统是具有相同结构的两个信号处理系统的组合。这允许信号处理系统通过将两个信号处理系统获取的检测结果相互比较来对自身进行故障诊断。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2017-198515 A
发明内容
然而，专利文献1的信号处理系统需要两个信号处理系统，从而导致信号处理系统的整体规模显著增大，这是专利文献1的信号处理系统的问题。
本公开的一个目的是提供一种信号处理方法、程序和信号处理系统，所有这些都被配置或设计为能够在减少信号处理系统的整体规模的增大的同时，对第一磁检测单元和第二磁检测单元进行故障诊断。
根据本公开的一方面的信号处理方法被设计用于包括第一磁检测单元、第二磁检测单元和处理单元的信号处理系统。第一磁检测单元输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号。第二磁检测单元输出与检测到的磁场的旋转角度相对应并且与正弦信号具有π/2相位差的余弦信号。处理单元基于正弦信号或余弦信号中的至少一个输出角度信号和故障信号。角度信号包括关于检测到的磁场的旋转角度的角度信息。故障信号包括关于第一磁检测单元或第二磁检测单元中的至少一个的故障的故障信息。信号处理方法包括角度计算步骤和故障诊断步骤。角度计算步骤包括：通过使用反三角函数，将正弦信号、余弦信号和正切信号分别变换成用作角度信号的第一角度信号、第二角度信号和第三角度信号。正切信号是基于正弦信号和余弦信号的信号。故障诊断步骤包括：通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元和第二磁检测单元进行故障诊断。第一角度信息是包含在第一角度信号中的角度信息。第二角度信息是包含在第二角度信号中的角度信息。第三角度信息是包含在第三角度信号中的角度信息。
根据本公开的另一方面的程序被设计为使得一个或多个处理器执行上述信号处理方法。
根据本公开的又一方面的信号处理系统包括第一磁检测单元、第二磁检测单元和处理单元。第一磁检测单元输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号。第二磁检测单元输出与检测到的磁场的旋转角度相对应并且与正弦信号具有π/2相位差的余弦信号。处理单元基于正弦信号或余弦信号中的至少一个输出角度信号和故障信号。角度信号包括关于检测到的磁场的旋转角度的角度信息。故障信号包括关于第一磁检测单元或第二磁检测单元中的至少一个的故障的故障信息。处理单元包括角度计算单元和故障诊断单元。角度计算单元通过使用反三角函数，将正弦信号、余弦信号和正切信号分别变换成用作角度信号的第一角度信号、第二角度信号和第三角度信号。正切信号是基于正弦信号和余弦信号的信号。故障诊断单元通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元和第二磁检测单元进行故障诊断。第一角度信息是包含在第一角度信号中的角度信息。第二角度信息是包含在第二角度信号中的角度信息。第三角度信息是包含在第三角度信号中的角度信息。
附图说明
图1是示出根据示例实施例的信号处理系统的结构的框图；
图2是表示信号处理系统的检测角度与输出电压的关系的曲线图；以及
图3是表示信号处理系统的操作方式的流程图。
具体实施方式
(实施例)
(1)概述
首先，将参考图1和图2描述根据示例实施例的信号处理方法和信号处理系统100的概述。
根据示例实施例的信号处理方法被设计用于信号处理系统100。例如，信号处理系统100可以是磁传感器。例如，信号处理系统100可以用于检测诸如汽车的转向轴之类的旋转体的旋转角度。具体地，在信号处理系统100中，第一磁阻器111-114和第二磁阻器211-214(稍后描述)的电阻值响应于来自通过齿轮等耦合到旋转体的磁体的磁场的变化而变化。然后，信号处理系统100可以通过检测第一磁阻器111-114和第二磁阻器211-214的电阻值的变化来检测旋转体的旋转角度。
如图1所示，根据本示例实施例的信号处理系统100包括第一磁检测单元1、第二磁检测单元2和处理单元3。第一磁检测单元1输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号S1(参照图2)。第二磁检测单元2输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的余弦信号S2(参照图2)。余弦信号S2是与正弦信号S1具有π/2相位差的信号。如本文所用，“检测到的磁场”是指基于第一磁阻器111-114和第二磁阻器211-214的电阻值检测到的来自磁体的磁场。因此，可以通过检测该检测到的磁场的旋转角度来间接检测旋转体的旋转角度。处理单元3基于正弦信号S1或余弦信号S2中的至少一个，输出角度信号V5和故障信号V6。角度信号V5包括关于检测到的磁场的旋转角度的角度信息。故障信号V6包括关于第一磁检测单元1或第二磁检测单元2中的至少一个的故障的故障信息。角度信息可以是检测到的磁场的旋转角度。然而，角度信息不必是旋转角度，也可以是任何其他类型的信息，只要该信息涉及旋转角度即可。故障信息可以是关于故障本身的信息，但也可以是任何其他类型的信息，只要该故障信息可以指示已经引起故障即可。
信号处理方法包括角度计算步骤和故障诊断步骤。角度计算步骤包括通过使用反三角函数分别将正弦信号S1、余弦信号S2和正切信号变换成第一角度信号V51、第二角度信号V52和第三角度信号V53。正切信号是基于正弦信号S1和余弦信号S2的信号。具体地，通过将正弦信号S1的值除以余弦信号S2的值来计算正切信号的值。故障诊断步骤包括通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。第一角度信息是包含在第一角度信号V51中的与正弦信号S1相对应的角度信息。第二角度信息是包含在第二角度信号V52中的与余弦信号S2相对应的角度信息。第三角度信息是包含在第三角度信号V53中的与正切信号相对应的角度信息。
如图1所示，处理单元3包括角度计算单元31和故障诊断单元32。角度计算单元31通过使用反三角函数分别将正弦信号S1、余弦信号S2、正切信号变换成第一角度信号V51、第二角度信号V52、第三角度信号V53。正切信号是基于正弦信号S1和余弦信号S2的信号。具体地，通过将正弦信号S1的值除以余弦信号S2的值来计算正切信号的值。故障诊断单元32通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。第一角度信息是包含在第一角度信号V51中的与正弦信号S1相对应的角度信息。第二角度信息是包含在第二角度信号V52中的与余弦信号S2相对应的角度信息。第三角度信息是包含在第三角度信号V53中的与正切信号相对应的角度信息。
(2)结构
接下来，将参考图1和图2描述根据示例实施例的信号处理系统(磁传感器)100的结构。
如图1所示，根据本示例实施例的信号处理系统100包括第一磁检测单元1、第二磁检测单元2和处理单元3。
(2.1)第一磁检测单元
第一磁检测单元1包括第一磁阻元件11、第一放大器12和第一A/D转换器13。第一磁阻元件11例如可以是各向异性磁阻(AMR)元件。
第一磁阻元件11包括第一桥式电路10。例如，第一桥式电路10可以实现为例如由多个(例如，在图1所示的示例中为四个)第一磁阻器111-114组成的全桥电路。具体地，通过连接第一磁阻器111、112各自的第一端形成第一串联电路，并且通过连接第一磁阻器113、114各自的第一端形成第二串联电路。然后，第一串联电路和第二串联电路电连接在参考电位Vc和接地GND之间。换言之，第一磁阻器111、113各自的第二端与参考电位Vc电连接，并且第一磁阻器112、114各自的第二端与接地GND电连接。
在这种情况下，第一磁阻器111-114中的每一个具有电阻值，该电阻值随着来自经由齿轮等耦合到旋转体的磁体的磁场的变化而变化。另外，在该第一桥式电路10中，从第一磁阻器111、112之间的连接节点以及第一磁阻器113、114之间的连接节点分别输出相位相差π(180度)的两个正弦信号(正弦波信号)。具体而言，在该第一桥式电路10中，从第一磁阻器111、112之间的连接节点输出+sin信号，从第一磁阻器113、114之间的连接节点输出-sin信号。
第一放大器12例如可以实现为差分放大器。第一放大器12包括第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端为非反相输入端，并且与第一桥式电路10的第一磁阻器111、112之间的连接节点电连接。第二输入端为反相输入端，并且与第一桥式电路10的第一磁阻器113、114之间的连接节点电连接。第一放大器12对提供给其第一输入端的+sin信号和提供给其第二输入端的-sin信号进行差分放大，从而生成振幅已经加倍的sin信号V1。第一放大器12通过其输出端输出由此生成的sin信号V1。
第一A/D转换器13以预定的采样频率对从第一放大器12提供的模拟信号(sin信号)V1进行模数转换，并将如此转换的信号作为数字信号V3输出。也就是说，在本实施例中，从第一A/D转换器13提供的数字信号V3是正弦信号S1。
(2.2)第二磁检测单元
第二磁检测单元2包括第二磁阻元件21、第二放大器22和第二A/D转换器23。第二磁阻元件21例如可以是各向异性磁阻(AMR)元件。
第二磁阻元件21包括第二桥式电路20。例如，第二桥式电路20可以实现为例如由多个(例如，在图1所示的示例中为四个)第二磁阻器211-214组成的全桥电路。具体地，通过连接第二磁阻器211、212各自的第一端形成第一串联电路，并且通过连接第二磁阻器213、214各自的第一端形成第二串联电路。然后，第一串联电路和第二串联电路电连接在参考电位Vc和接地GND之间。换言之，第二磁阻器211、213各自的第二端与参考电位Vc电连接，并且第二磁阻器212、214各自的第二端与接地GND电连接。
第二桥式电路20被布置成相对于第一桥式电路10限定45度的旋转角度。因此，在该第二桥式电路20中，从第二磁阻器211、212之间的连接节点以及第二磁阻器213、214之间的连接节点分别输出相位相差π(180度)的两个余弦信号(余弦波信号)。具体而言，在该第二桥式电路20中，从第二磁阻器211、212的连接节点输出+cos信号，从第二磁阻器213、214的连接节点输出-cos信号。
第二放大器22例如可以实现为差分放大器。第二放大器22包括第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端为非反相输入端，并且与第二桥式电路20的第二磁阻器211、212之间的连接节点电连接。第二输入端为反相输入端，并且与第二桥式电路20的第二磁阻器213、214之间的连接节点电连接。第二放大器22对提供给其第一输入端的+cos信号和提供给其第二输入端的-cos信号进行差分放大，从而生成振幅已经加倍的cos信号V2。第二放大器22通过其输出端输出如此生成的cos信号V2。
第二A/D转换器23以预定的采样频率对从第二放大器22提供的模拟信号(cos信号)V2进行模数转换，并将如此转换的信号作为数字信号V4输出。也就是说，在本实施例中，从第二A/D转换器23提供的数字信号V4是余弦信号S2。
(2.3)处理单元
如图1所示，处理单元3包括角度计算单元31和故障诊断单元32。
角度计算单元31具有第一阈值th1和第二阈值th2(见图2)。如图2所示，第一阈值th1和第二阈值th2是正弦信号S1和余弦信号S2之间的交点PO1、PO2处的值。第一阈值th1和第二阈值th2中的每一个例如可以是电压值。第二阈值th2小于第一阈值th1。在本实施例中，第一阈值th1为正值，第二阈值th2为负值。另外，在本实施例中，第一阈值th1的绝对值与第二阈值th2的绝对值相同。或者，第一阈值th1的绝对值和第二阈值th2的绝对值可以相互不同。
如果正弦信号S1和余弦信号S2的最大振幅为A1，第一阈值th1的值为B1，第二阈值th2的值为B2，则B1和B2分别由下式(1)和(2)计算：
Figure BDA0003609754130000071
Figure BDA0003609754130000072
例如，如图2所示，如果A1＝1，则B1≈0.71，B2≈-0.71。
角度计算单元31基于从第一磁检测单元1提供的正弦信号S1(数字信号V3)和从第二磁检测单元2提供的余弦信号S2(数字信号V4)计算正切信号。具体地，角度计算单元31通过将正弦信号S1的值除以余弦信号S2的值来计算正切信号的值。此外，角度计算单元31还基于正弦信号S1、余弦信号S2和正切信号分别计算第一角度信号V51、第二角度信号V52和第三角度信号V53(见图1)。具体而言，角度计算单元31通过使用反三角函数将正弦信号S1变换成第一角度信号V51。另外，角度计算单元31通过使用反三角函数将余弦信号S2变换成第二角度信号V52。此外，角度计算单元31通过使用反三角函数将正切信号变换成第三角度信号V53。
在这种情况下，如图2所示，在正弦信号S1的值包含在第一阈值th1和第二阈值th2之间的第一期间PE1中，角度计算单元31将正弦信号S1变换成第一角度信号V51，并将正切信号变换成第三角度信号V53。换言之，如果正弦信号S1的值包含在第一阈值th1和第二阈值th2之间，则角度计算单元31在角度计算步骤中将正弦信号S1变换成第一角度信号V51，并且将正切信号变换成第三角度信号V53。
在第一期间PE1中，如图2所示，余弦信号S2的值在峰值(最大振幅A1)附近，因此，随着旋转角度θ的变化的、余弦信号S2的变化较小。因此，在第一期间PE1中，角度计算单元31将正弦信号S1变换成第一角度信号V51，并且将正切信号变换成第三角度信号V53。在这种情况下，角度计算单元31可以将余弦信号S2变换成第二角度信号V52，或者可以不将余弦信号S2变换成第二角度信号V52。
在这种情况下，如图2所示，在余弦信号S2的值包含在第一阈值th1和第二阈值th2之间的第二期间PE2中，角度计算单元31将余弦信号S2变换成第二角度信号V52，并且将正切信号变换成第三角度信号V53。换言之，如果余弦信号S2的值包含在第一阈值th1和第二阈值th2之间，则角度计算单元31在角度计算步骤中将余弦信号S2变换成第二角度信号V52，并且将正切信号变换成第三角度信号V53。
在第二期间PE2中，如图2所示，正弦信号S1的值在峰值附近，因此，随着旋转角度θ的变化的、正弦信号S1的变化较小。因此，在第二期间PE2中，角度计算单元31将余弦信号S2变换成第二角度信号V52，并且将正切信号变换成第三角度信号V53。在这种情况下，角度计算单元31可以将正弦信号S1变换成第一角度信号V51，或者可以不将正弦信号S1变换成第一角度信号V51。
在这种情况下，旋转角度θ可以基于正弦信号S1通过下式(3)计算：
θ＝sin-1(sinθ)···(3)
此外，旋转角度θ可以基于余弦信号S2通过下式(4)计算：
θ＝cos-1(cosθ)···(4)
此外，旋转角度θ可以基于根据正弦信号S1和余弦信号S2得到的正切信号，通过下式(5)计算：
Figure BDA0003609754130000091
因此，在第一期间PE1中，角度计算单元31对正弦信号S1进行反正弦处理，对正切信号进行反正切处理，从而计算出第一角度信息和第三角度信息。另外，在第二期间PE2中，角度计算单元31对余弦信号S2进行反余弦处理，对正切信号进行反正切处理，从而计算出第二角度信息和第三角度信息。然后，角度计算单元31将包含计算出的角度信息的角度信号V5输出到外部电路(诸如ECU等)。
故障诊断单元32通过将选自第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。第一角度信息是基于从第一磁检测单元1提供的正弦信号S1获取的角度信息。第二角度信息是基于从第二磁检测单元2提供的余弦信号S2获取的角度信息。第三角度信息是基于根据正弦信号S1和余弦信号S2得到的正切信号获取的角度信息。
在第一期间PE1中，故障诊断单元32通过将第一角度信息和第三角度信息相互比较，对第一磁检测单元1进行故障诊断。在第二期间PE2中，故障诊断单元32通过将第二角度信息和第三角度信息相互比较，对第二磁检测单元2进行故障诊断。然后，故障诊断单元32将包括故障诊断结果的故障信号V6输出到外部电路(诸如ECU)。也就是说，在故障诊断步骤中，故障诊断单元32通过将第一角度信息或第二角度信息与第三角度信息进行比较，对第一磁检测单元1或第二磁检测单元2进行故障诊断。
如果余弦信号S2的值a2等于0，则正切信号的值发散。因此，在该情况下，故障诊断单元32优选通过将第一角度信息和第二角度信息相互比较，对第一磁检测单元1或第二磁检测单元2进行故障诊断。然而，在这种情况下，仅表明第一磁检测单元1或第二磁检测单元2中的至少一个发生了故障，不能确定两个检测单元中的哪一个发生了故障。
处理单元3可以实现为例如包括处理器和存储器的微型计算机。也就是说，处理单元3被实现为包括处理器和存储器的计算机系统。计算机系统通过使处理器执行适当的程序来执行处理单元3(包括角度计算单元31和故障诊断单元32)的功能。该程序可以预先存储在存储器中。或者，该程序也可以通过诸如互联网之类的电信线路下载，或在已经存储在诸如存储卡之类的非暂时性存储介质中之后分发。
(3)操作
接下来，将参考图2和图3描述根据本实施例的信号处理系统100的操作方式。在图2中，横坐标表示旋转体(即来自磁体的磁场)的检测角度(机械角)，并且纵坐标表示第一磁检测单元1和第二磁检测单元2的输出值(输出电压值)。此外，在图2中，第一期间PE1是检测角度在0度至22.5度的范围内、在67.5度至112.5度的范围内、在157.5度至202.5度的范围内、在247.5度至292.5度的范围内、以及在337.5度至360度的范围内的期间。此外，在图2中，第二期间PE2是检测角度在22.5度至67.5度的范围内、在112.5度至157.5度的范围内、在202.5度至247.5度的范围内、以及在292.5度至337.5度的范围内的期间。在本实施例中，如图2所示，第一期间PE1和第二期间PE2相互交替。
在根据本实施例的信号处理系统100中，第一磁阻元件11和第二磁阻元件21均被实现为AMR元件。因此，当正弦信号S1和余弦信号S2改变2π时，旋转角度θ改变180度。
处理单元3的角度计算单元31从第一磁检测单元1获取正弦信号S1，并且还从第二磁检测单元2获取余弦信号S2(步骤ST1)。接着，角度计算单元31基于正弦信号S1和余弦信号S2计算正切信号(步骤ST2)。角度计算单元31确定正弦信号S1的值a1是否包含在第一阈值th1和第二阈值th2之间(步骤ST3)。在第一期间PE1中，由于正弦信号S1的值a1包含在第一阈值th1和第二阈值th2之间(即，在步骤ST3中的回答为“是”)，角度计算单元31对正弦信号S1进行反正弦处理，对正切信号进行反正切处理(步骤ST4)。这样，角度计算单元31计算出与正弦信号S1相对应的第一角度信息和与正切信号相对应的第三角度信息。
故障诊断单元32比较角度计算单元31在步骤ST4中计算出的第一角度信息和第三角度信息(步骤ST5)。当发现第一角度信息和第三角度信息彼此一致时(如果在步骤ST5中的回答为“是”)，故障诊断单元32判定(即，诊断)第一磁检测单元1应该正常运行(正常)(步骤ST6)。另一方面，当发现第一角度信息和第三角度信息不一致时(如果在步骤ST5中的回答为“否”)，故障诊断单元32判定(即，诊断)第一磁检测单元1应该发生了故障(步骤ST7)。
在第二期间PE2中，由于正弦信号S1的值a1不包括在第一阈值th1和第二阈值th2之间(即，在步骤ST3中的回答为“否”)，角度计算单元31对余弦信号S2进行反余弦处理，对正切信号进行反正切处理(步骤ST8)。这样，角度计算单元31计算出与余弦信号S2相对应的第二角度信息，还计算出与正切信号相对应的第三角度信息。
故障诊断单元32比较角度计算单元31在步骤ST8中计算出的第二角度信息和第三角度信息(步骤ST9)。当发现第二角度信息和第三角度信息彼此一致时(如果在步骤ST9中的回答为“是”)，故障诊断单元32判定(即，诊断)第二磁检测单元2应该正常运行(正常)(步骤ST10)。另一方面，当发现第二角度信息和第三角度信息不一致时(如果在步骤ST9中的回答为“否”)，故障诊断单元32判定(即，诊断)第二磁检测单元2应该发生了故障(步骤ST11)。
也就是说，故障诊断单元32在故障诊断步骤中如上所述地确定第一磁检测单元1或第二磁检测单元2中的哪一个发生了故障。
在本实施例中，在第一期间PE1中，故障诊断单元32如上所述通过将第一角度信息和第三角度信息相互比较来进行第一磁检测单元1的故障诊断。在这种情况下，第一磁检测单元1可能正常运行，但第二磁检测单元2可能已经发生了故障。因此，在第一期间PE1中，故障诊断单元32优选地通过将第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息相互比较，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2双方进行故障诊断，从而也可以对第二磁检测单元2的故障进行诊断。例如，假设第一磁检测单元1正常运行而第二磁检测单元2发生了故障的情况。在这种情况下，第一角度信息和第三角度信息一致，但第二角度信息和第三角度信息不一致。这允许故障诊断单元32判定(诊断)第二磁检测单元2应该已经发生了故障。
在这种情况下，如果故障诊断单元32已经诊断出第一磁检测单元1应该正常运行并且第二磁检测单元2应该发生了故障，那么优选地在仅第一磁检测单元1启用并且第二磁检测单元2停用的情况下检测上述旋转角度θ。与第一磁检测单元1和第二磁检测单元2都被停用的情况相比，这可以确保冗余。
在第二期间PE2中，故障诊断单元32通过将第二角度信息和第三角度信息相互比较，对第二磁检测单元2进行故障诊断。在这种情况下，第二磁检测单元2可能正常运行，但第一磁检测单元1可能已经发生了故障。因此，在第二期间PE2中，故障诊断单元32优选地通过将第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息相互比较，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2双方进行故障诊断，从而也可以对第一磁检测单元1的故障进行诊断。例如，假设第二磁检测单元2正常运行而第一磁检测单元1发生了故障的情况。在这种情况下，第二角度信息和第三角度信息一致，但第一角度信息和第三角度信息不一致。这允许故障诊断单元32判定(诊断)第一磁检测单元1应该已经发生了故障。
在这种情况下，如果故障诊断单元32已经诊断出第二磁检测单元2应该正常运行并且第一磁检测单元1应该发生了故障，那么优选地在仅第二磁检测单元2启用并且第一磁检测单元1停用的情况下检测上述旋转角度θ。与第一磁检测单元1和第二磁检测单元2都被停用的情况相比，这可以确保冗余。
(4)优点
在根据本实施例的信号处理系统100中，第一磁检测单元1的设置数量为一个，第二磁检测单元2的设置数量也为一个。因此，设置仅一个第一放大器12和仅一个第一A/D转换器13来处理从第一磁阻元件11提供的信号。同样地，设置仅一个第二放大器22和仅一个第二A/D转换器23来处理从第二磁阻元件21提供的信号。与上述专利文献1的磁传感器中设置两个检测电路(即，第一检测电路和第二检测电路)的情况相比，这使得能够在减少信号处理系统100的整体规模的增大的同时，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。
此外，根据本实施例的信号处理系统100还可以确定第一磁检测单元1或第二磁检测单元2中的哪一个发生了故障。这使得可以通过使第一磁检测单元1或第二磁检测单元2中的正确运行的一个磁检测单元检测旋转角度θ，来确保信号处理系统100的冗余。
此外，根据本实施例的信号处理系统100通过将第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息相互比较，可以更可靠地确定第一磁检测单元1或第二磁检测单元2中的哪一个发生了故障。
(5)变型
注意，上述实施例仅是本公开的各种实施例中的示例实施例之一，不应被解释为限制。相反，在不脱离本公开的范围的情况下，可以根据设计选择或任何其他因素以各种方式容易地修改示例实施例。可选地，根据上述示例实施例的信号处理系统100的功能还可以实现为信号处理方法、计算机程序或存储有计算机程序的非暂时性存储介质。根据一方面的程序被设计为使一个或多个处理器执行上述信号处理方法。
接下来，将逐一列举示例实施例的变型。注意，可以适当组合采用下面要描述的变型。
根据本公开的信号处理系统100包括计算机系统。计算机系统可以包括作为主要硬件组件的处理器和存储器。根据本公开的信号处理系统100的功能可以通过使处理器执行存储在计算机系统的存储器中的程序来执行。该程序可以预先存储在计算机系统的存储器中。或者，该程序也可以通过电信线路下载，或者记录在存储卡、光盘或硬盘驱动器等计算机系统可读的任何非暂时性存储介质中后分发。计算机系统的处理器可以由包括半导体集成电路(IC)或大规模集成电路(LSI)的单个或多个电子电路组成。如本文中所使用的，诸如IC或LSI之类的“集成电路”根据其集成度而被称为不同的名称。集成电路的示例包括系统LSI、大规模集成电路(VLSI)和超大规模集成电路(ULSI)。可选地，还可以采用在制造LSI之后进行编程的现场可编程门阵列(FPGA)或者允许重新配置LSI内部的连接或电路部分的可重构逻辑器件作为处理器。这些电子电路可以在单个芯片上集成在一起，也可以分布在多个芯片上，以合适的方式为准。这些多个芯片可以不受限制地在单个设备中聚合在一起或分布在多个设备中。如本文所用，计算机系统包括微控制器，该微控制器包括一个或多个处理器和一个或多个存储器。因此，微控制器也可以实现为包括半导体集成电路或大规模集成电路的单个或多个电子电路。
此外，在上述实施例中，信号处理系统100的多个功能被一起集成在单个壳体中。然而，这不是信号处理系统100的必要配置。或者，信号处理系统100的那些组成元件可以分布在多个不同的壳体中。又或者，信号处理系统100的至少一些功能(例如，处理单元3的一些功能)也可以实现为例如云计算系统。
在上述实施例中，第一磁阻元件11和第二磁阻元件21均被实现为各向异性磁阻(AMR)元件。然而，这只是一个例子，不应被解释为限制。或者，第一磁阻元件11和第二磁阻元件21中的每一个可以实现为例如隧道磁阻(TMR)元件或巨磁阻(GMR)元件。此外，第一磁阻元件11和第二磁阻元件21可以是相同类型的元件或两种不同类型的元件，以合适的为准。例如，第一磁阻元件11可以是AMR元件，第二磁阻元件21可以是TMR元件。在这种情况下，如果第一磁阻元件11和第二磁阻元件21都是TMR元件或GMR元件，则在正弦信号S1和余弦信号S2变化2π时旋转角度θ变化360度。
在上述实施例中，仅设置了一个第一磁检测单元1来输出正弦信号S1，并且仅设置了一个第二磁检测单元2来输出余弦信号S2。然而，这只是一个例子，不应被解释为限制。或者，例如，可以设置一个第一磁检测单元1并且可以设置两个第二磁检测单元2，或者反之亦然。换言之，在根据示例实施例的信号处理方法中，从第一磁检测单元1和第二磁检测单元2中选择的一种类型的磁检测单元的设置数量可以是一个，另一种类型的磁检测单元的设置数量可以是两个。与第一磁检测单元1和第二磁检测单元2的设置数量均为两个的情况相比，这使得能够在减少信号处理系统100的整体规模的增大的同时，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。
此外，在上述示例实施例中，故障诊断单元通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。另一方面，在故障诊断步骤中，当发现正弦信号S1的值a1不连续地变化时，故障诊断单元32可以诊断第一磁检测单元1应该发生了故障。此外，在故障诊断步骤中，当发现余弦信号S2的值a2不连续地变化时，故障诊断单元32可以诊断第二磁检测单元2应该发生了故障。例如，如果第一磁检测单元1正常运行，则正弦信号S1的值a1连续地变化，如图2所示。然而，如果第一磁检测单元1发生了故障，则正弦信号S1的值a1在某些期间内不连续。这允许故障诊断单元32基于正弦信号S1的值a1和余弦信号S2的值a2的变化对第一磁检测单元1和第二磁检测单元2进行故障诊断。在这种情况下，故障诊断单元32将角度计算单元31的计算结果存储在处理单元3的存储器中，并且参考存储在存储器中的计算结果的历史，确定正弦信号S1和余弦信号S2的连续程度。
或者，故障诊断单元32也可以基于正弦信号S1的整个波形对第一磁检测单元1进行故障诊断，并且基于余弦信号S2的整个波形对第二磁检测单元2进行故障诊断。
在上述示例实施例中，第一磁检测单元1包括第一A/D转换器13，第二磁检测单元2包括第二A/D转换器23。可选地，可以省略第一A/D转换器13或第二A/D转换器23中的至少一个。
(概括)
从以上描述可以看出，根据第一方面的信号处理方法被设计用于信号处理系统(100)中。信号处理系统(100)包括第一磁检测单元(1)、第二磁检测单元(2)和处理单元(3)。第一磁检测单元(1)输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号(S1)。第二磁检测单元(2)输出与检测到的磁场的旋转角度相对应并且与正弦信号(S1)具有π/2相位差的余弦信号(S2)。处理单元(3)基于正弦信号(S1)或余弦信号(S2)中的至少一个，输出角度信号(V5)和故障信号(V6)。角度信号(V5)包括关于检测到的磁场的旋转角度的角度信息。故障信号(V6)包括关于第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的至少一个的故障的故障信息。信号处理方法包括角度计算步骤和故障诊断步骤。角度计算步骤包括通过使用反三角函数将正弦信号(S1)、余弦信号(S2)和正切信号分别变换成用作角度信号(V5)的第一角度信号(V51)、第二角度信号(V52)和第三角度信号(V53)。正切信号是基于正弦信号(S1)和余弦信号(S2)的信号。故障诊断步骤包括通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)进行故障诊断。第一角度信息是包含在第一角度信号(V51)中的角度信息。第二角度信息是包含在第二角度信号(V52)中的角度信息。第三角度信息是包含在第三角度信号(V53)中的角度信息。
该方面使得能够在减少信号处理系统(100)的整体规模的增大的同时，对第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)进行故障诊断。
在可以结合第一方面实现的、根据第二方面的信号处理方法中，设定第一阈值(th1)和第二阈值(th2)，所述第一阈值(th1)和所述第二阈值(th2)是正弦信号(S1)和余弦信号(S2)的各个交点(PO1、PO2)处的值。第二阈值(th2)小于第一阈值(th1)。角度计算步骤包括，当正弦信号(S1)的值包含在第一阈值(th1)和第二阈值(th2)之间时，将正弦信号(S1)变换成第一角度信号(V51)并且将正切信号变换成第三角度信号(V53)。角度计算步骤包括，当余弦信号(S2)的值包含在第一阈值(th1)和第二阈值(th2)之间时，将余弦信号(S2)变换成第二角度信号(V52)并且将正切信号变换成第三角度信号(V53)。
该方面能够确定第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的哪一个发生了故障。
在可以结合第一方面或第二方面实现的、根据第三方面的信号处理方法中，第一磁检测单元(1)包括用于将模拟信号转换成数字信号的第一A/D转换器(13)。第二磁检测单元(2)包括用于将模拟信号转换成数字信号的第二A/D转换器(23)。
该方面能够通过将模拟信号转换成数字信号来准确地检测正弦信号(S1)和余弦信号(S2)。
在可以结合第一方面至第三方面中的任一方面实现的、根据第四方面的信号处理方法中，故障诊断步骤包括通过将第一角度信息或第二角度信息与第三角度信息进行比较，来进行故障诊断。
该方面能够通过将第一角度信息与第三角度信息进行比较，来对第一磁检测单元(1)进行故障诊断，并且通过将第二角度信息与第三角度信息进行比较，来对第二磁检测单元(2)进行故障诊断。
在可以结合第一方面至第三方面中的任一方面实现的、根据第五方面的信号处理方法中，故障诊断步骤包括当余弦信号(S2)的值为零时，通过将第一角度信息与第二角度信息进行比较，来进行故障诊断。
该方面能够通过将第一角度信息与第二角度信息进行比较，来确定第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的哪一个发生了故障。
在可以结合第一方面至第五方面中的任一方面实现的、根据第六方面的信号处理方法中，故障诊断步骤包括通过将第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息相互比较，来进行故障诊断。
该方面能够确定第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的哪一个发生了故障。
在可以结合第一方面至第六方面中的任一方面实现的、根据第七方面的信号处理方法中，故障诊断步骤包括确定第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的哪一个发生了故障。
该方面能够确定第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的哪一个发生了故障。
可以结合第一方面至第七方面中的任一方面实现的、根据第八方面的信号处理方法包括：当在故障诊断步骤中诊断第一磁检测单元(1)发生了故障时，使第二磁检测单元(2)检测该检测到的磁场的旋转角度。该信号处理方法包括：当在故障诊断步骤中诊断第二磁检测单元(2)发生了故障时，使第一磁检测单元(1)检测该检测到的磁场的旋转角度。
该方面可以确保信号处理系统(100)的冗余性。
在可以结合第一方面至第八方面中的任一方面实现的、根据第九方面的信号处理方法中，故障诊断步骤包括当发现正弦信号(S1)的值不连续地变化时，诊断第一磁检测单元(1)发生了故障。故障诊断步骤包括当发现余弦信号(S2)的值不连续地变化时，诊断第二磁检测单元(2)发生了故障。
该方面能够确定第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的哪一个发生了故障。
在可以结合第一方面至第九方面中的任一方面实现的、根据第十方面的信号处理方法中，第一磁检测单元(1)的设置数量为一个，第二磁检测单元(2)的设置数量为一个。
与第一磁检测单元(1)的设置数量和第二磁检测单元(2)的设置数量均为两个的情况相比，该方面能够减小信号处理系统(100)的整体规模。
在可以结合第一方面至第九方面中的任一方面实现的、根据第十一方面的信号处理方法中，选自由第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)组成的组中的、一种类型的磁检测单元的设置数量为一个，选自由第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)组成的组中的、另一种类型的磁检测单元的设置数量为两个。
与第一磁检测单元(1)的设置数量和第二磁检测单元(2)的设置数量均为两个的情况相比，该方面能够减小信号处理系统(100)的整体规模。
根据第十二方面的程序被设计为使得一个或多个处理器执行根据第一方面至第十一方面中的任一方面的信号处理方法。
该方面使得能够在减少信号处理系统(100)的整体规模的增大的同时，对第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)进行故障诊断。
根据第十三方面的信号处理系统(100)包括第一磁检测单元(1)、第二磁检测单元(2)和处理单元(3)。第一磁检测单元(1)输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号(S1)。第二磁检测单元(2)输出与检测到的磁场的旋转角度相对应并且与正弦信号(S1)具有π/2相位差的余弦信号(S2)。处理单元(3)基于正弦信号(S1)或余弦信号(S2)中的至少一个，输出角度信号(V5)和故障信号(V6)。角度信号(V5)包括关于检测到的磁场的旋转角度的角度信息。故障信号(V6)包括关于第一磁检测单元(1)或第二磁检测单元(2)中的至少一个的故障的故障信息。处理单元(3)包括角度计算单元(31)和故障诊断单元(32)。角度计算单元(31)通过使用反三角函数将正弦信号(S1)、余弦信号(S2)和正切信号分别变换成用作角度信号(V5)的第一角度信号(V51)、第二角度信号(V52)和第三角度信号(V53)。正切信号是基于正弦信号(S1)和余弦信号(S2)的信号。故障诊断单元(32)通过将选自由第一角度信息、第二角度信息和第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)进行故障诊断。第一角度信息是包含在第一角度信号(V51)中的角度信息。第二角度信息是包含在第二角度信号(V52)中的角度信息。第三角度信息是包含在第三角度信号(V53)中的角度信息。
该方面使得能够在减少信号处理系统(100)的整体规模的增大的同时，对第一磁检测单元(1)和第二磁检测单元(2)进行故障诊断。
注意，根据第二方面至第十一方面的特征不是信号处理方法的必要特征，而是可以适当地省略。
附图标记列表
1.第一磁检测单元
2.第二磁检测单元
3.处理单元
13.第一A/D转换器
23.第二A/D转换器
31.角度计算单元
32.故障诊断单元
100.信号处理系统
PO1、PO2.交点
S1.正弦信号
S2.余弦信号
th1.第一阈值
th2.第二阈值
V5.角度信号
V51.第一角度信号
V52.第二角度信号
V53.第三角度信号
V6.故障信号。

Claims (13)

1.一种用于信号处理系统的信号处理方法，所述信号处理系统包括：
第一磁检测单元，被配置为输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号；
第二磁检测单元，被配置为输出与所述检测到的磁场的所述旋转角度相对应并且与所述正弦信号具有π/2相位差的余弦信号；以及
处理单元，被配置为基于所述正弦信号或所述余弦信号中的至少一个输出角度信号和故障信号，所述角度信号包括关于所述检测到的磁场的所述旋转角度的角度信息，所述故障信号包括关于所述第一磁检测单元或所述第二磁检测单元中的至少一个的故障的故障信息，
所述信号处理方法包括：
角度计算步骤，包括通过使用反三角函数将所述正弦信号、所述余弦信号以及基于所述正弦信号和所述余弦信号的正切信号分别变换成用作所述角度信号的第一角度信号、第二角度信号和第三角度信号；以及
故障诊断步骤，包括通过将选自由包含在所述第一角度信号中的第一角度信息、包含在所述第二角度信号中的第二角度信息和包含在所述第三角度信号中的第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对所述第一磁检测单元和所述第二磁检测单元进行故障诊断。
2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其中
设定第一阈值和第二阈值，所述第一阈值和所述第二阈值是所述正弦信号和所述余弦信号的各个交点处的值，所述第二阈值小于所述第一阈值，以及
所述角度计算步骤包括：
当所述正弦信号的值包含在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述正弦信号变换成所述第一角度信号并且将所述正切信号变换成所述第三角度信号；以及
当所述余弦信号的值包含在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述余弦信号变换成所述第二角度信号并且将所述正切信号变换成所述第三角度信号。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理方法，其中
所述第一磁检测单元包括被配置为将模拟信号转换成数字信号的第一A/D转换器，以及
所述第二磁检测单元包括被配置为将模拟信号转换成数字信号的第二A/D转换器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的信号处理方法，其中
所述故障诊断步骤包括通过将所述第一角度信息或所述第二角度信息与所述第三角度信息进行比较，来进行所述故障诊断。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的信号处理方法，其中
所述故障诊断步骤包括，当所述余弦信号的值为零时，通过将所述第一角度信息与所述第二角度信息进行比较，来进行所述故障诊断。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的信号处理方法，其中
所述故障诊断步骤包括通过将所述第一角度信息、所述第二角度信息和所述第三角度信息相互比较，来进行所述故障诊断。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理方法，其中
所述故障诊断步骤包括确定所述第一磁检测单元或所述第二磁检测单元中的哪一个发生了故障。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的信号处理方法，包括：
当在所述故障诊断步骤中诊断所述第一磁检测单元发生了故障时，使所述第二磁检测单元检测所述检测到的磁场的所述旋转角度；以及
当在所述故障诊断步骤中诊断所述第二磁检测单元发生了故障时，使所述第一磁检测单元检测所述检测到的磁场的所述旋转角度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的信号处理方法，其中
所述故障诊断步骤包括：
当发现所述正弦信号的值不连续地变化时，诊断所述第一磁检测单元发生了故障；以及
当发现所述余弦信号的值不连续地变化时，诊断所述第二磁检测单元发生了故障。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的信号处理方法，其中
所述第一磁检测单元的设置数量为一个，以及
所述第二磁检测单元的设置数量为一个。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的信号处理方法，其中
选自由所述第一磁检测单元和所述第二磁检测单元组成的组中的、一种类型的磁检测单元的设置数量为一个，以及
选自由所述第一磁检测单元和所述第二磁检测单元组成的组中的、另一种类型的磁检测单元的设置数量为两个。
12.一种程序，被设计为使一个或多个处理器执行权利要求1至11中任一项所述的信号处理方法。
13.一种信号处理系统，包括：
第一磁检测单元，被配置为输出与检测到的磁场的旋转角度相对应的正弦信号；
第二磁检测单元，被配置为输出与所述检测到的磁场的所述旋转角度相对应并且与所述正弦信号具有π/2相位差的余弦信号；以及
处理单元，被配置为基于所述正弦信号或所述余弦信号中的至少一个输出角度信号和故障信号，所述角度信号包括关于所述检测到的磁场的所述旋转角度的角度信息，所述故障信号包括关于所述第一磁检测单元或所述第二磁检测单元中的至少一个的故障的故障信息，
所述处理单元包括：
角度计算单元，被配置为通过使用反三角函数将所述正弦信号、所述余弦信号以及基于所述正弦信号和所述余弦信号的正切信号分别变换成用作所述角度信号的第一角度信号、第二角度信号和第三角度信号；以及
故障诊断单元，被配置为通过将选自由包含在所述第一角度信号中的第一角度信息、包含在所述第二角度信号中的第二角度信息和包含在所述第三角度信号中的第三角度信息组成的组中的两个或更多个角度信息相互比较，对所述第一磁检测单元和所述第二磁检测单元进行故障诊断。
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