DE102017112623B4

DE102017112623B4 - Zustandsbestimmungsvorrichtung und -verfahren, Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Grösse, und Winkelsensor

Info

Publication number: DE102017112623B4
Application number: DE102017112623.6A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Watanabe; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: DE102017112623A1; CN107478149A; US20170356765A1; JP2017219446A; US10746571B2; JP6304610B2; CN107478149B

Abstract

Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) zum Bestimmen eines Zustands eines Winkelsensors (1) zum Erzeugen eines Erfassungswinkelwertes mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel, aufweisend:eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) zum Erzeugen von zumindest einem Bestimmungswert, der dem Zustand des Winkelsensors (1) entspricht; undeine Bestimmungseinheit (42) zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor (1) in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt, wobeiwenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert,die Bestimmungseinheit (42) zumindest einen Grenzwert definiert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und den zumindest einen Grenzwert variiert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich als einen Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, zu bringen, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet,der Winkelsensor (1) eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2), die eine Vielzahl von Erfassungssignalen mit jeweils einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel erzeugt, und eine Winkelerfassungseinheit (3) beinhaltet, die mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen einen Vorgang durchführt, um den Erfassungswinkelwert zu erzeugen,die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) den zumindest einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt unddie Bestimmungseinheit (42) den zumindest einen Grenzwert mithilfe von zumindest einem der Vielzahl von Erfassungssignalen variiert, dadurch gekennzeichnet, dassder zumindest eine Grenzwert eine erste Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel nicht variiert, und eine zweite Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, umfasst,und die zweite Komponente durch eine Gleichung, die zumindest eines der Vielzahl von Erfassungssignalen beinhaltet, ausgedrückt wird, die zur Erzeugung des zumindest einen Bestimmungswertes verwendet werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zustandsbestimmungsvorrichtung und ein Zustandsbestimmungsverfahren zum Bestimmen des Zustands einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe wie etwa einem Winkelsensor, und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe und einen Winkelsensor, welche diese Zustandsbestimmungsvorrichtung aufweisen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In den vergangenen Jahren wurden Winkelsensoren in verschiedenen Anwendungen weitverbreitet verwendet, wie etwa bei der Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servolenkungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Der Winkelsensor erzeugt einen Erfassungswinkel mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Bei den Winkelsensoren handelt es sich beispielsweise um einen Magnetwinkelsensor. Ein System, das den Magnetwinkelsensor verwendet, ist typischerweise mit einer MagnetfeldErzeugungseinheit zum Erzeugen eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder lineare Bewegung eines Objekts dreht. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist beispielsweise ein Magnet. Der von dem Magnetwinkelsensor zu erfassende Winkel ist beispielsweise der Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Unter den bekannten Winkelsensoren gibt es einen, der eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen einer Vielzahl von Erfassungssignalen mit unterschiedlichen Phasen aufweist und einen Erfassungswinkelwert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt. Bei einem Magnetwinkelsensor weist die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit eine Vielzahl von Magneterfassungselementen auf. Jedes der Vielzahl von Magneterfassungselementen weist beispielsweise ein Spin-Valve-Magnetwiderstandselement (MR-Element) auf, aufweisend eine gepinnte Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gepinnt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der gepinnten Magnetschicht und der freien Schicht befindet.
Bei einem Versagen des Winkelsensors, das durch ein Versagen der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit oder andere Faktoren verursacht wird, kann sich mancher Fehler, der einen zulässigen Bereich übersteigt, in dem Erfassungswinkelwert einschleichen. Der Winkelsensor muss somit mit einer Funktion versehen werden, mit der ein Versagen erfasst wird.
JP 2012- 21 842 A beschreibt eine Technologie, um ein Versagen einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung zu erfassen, die einen Drehwinkel basierend auf zwei Phasensignalen mit um 90° verschobenen Phasen erfasst. Die Technologie erfasst das Versagen durch Überwachen der Quadratsummen von zwei Phasensignalen. JP 2012- 21 842 A beschreibt auch eine Technologie, um ein Versagen einer
Drehwinkelerfassungsvorrichtung zu erfassen, die einen Drehwinkel basierend auf drei oder mehr Phasensignalen mit gleichmäßig verschobenen Phasen erfasst. Die Technologie erfasst das Versagen durch Überwachen einer Gesamtsumme der drei oder mehr Phasensignale.
EP 2 873 951 A1 beschreibt eine Technologie, um ein Versagen einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung zu erfassen, die einen Drehwinkel basierend auf ersten und zweiten sinusförmigen Signalen mit einer Phasenverschiebung ungleich 90° oder 180° erfasst. Die Technologie erfasst das Versagen basierend auf den ersten und zweiten sinusförmigen Signalen und der Phasenverschiebung zwischen diesen.
Gemäß der jeweils in JP 2012- 21 842 A und EP 2 873 951 A1 beschriebenen Technologie wird ein Bestimmungswert, der angibt, ob die Drehwinkelerfassungsvorrichtung versagt hat, vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe einer Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt, und wenn der Bestimmungswert einen vorgegebenen Bereich übersteigt, wird bestimmt, dass die Drehwinkelerfassungsvorrichtung versagt hat. Wenn die Drehwinkelerfassungsvorrichtung nicht versagt hat, zeigt der Bestimmungswert idealerweise einen konstanten Idealwert unabhängig von dem zu erfassenden Winkel. Bei einem Versagen der Drehwinkelerfassungsvorrichtung wird der Bestimmungswert verschieden von dem Idealwert.
Für den Winkelsensor, der die Funktion des Bestimmens mithilfe eines solchen Bestimmungswerts hat, ob der Winkelsensor versagt, kann der Bestimmungswert manchmal von dem Idealwert verschieden werden, selbst wenn der Winkelsensor nicht versagt hat. Zum Beispiel hat bei dem Fall eines Magnetwinkelsensors idealerweise jeweils die Vielzahl von Erfassungssignalen eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (aufweisend eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform), wenn sich die Richtung des Drehmagnetfelds mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ändert und der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert. Jedoch gibt es Fälle, bei denen die Wellenformen der Erfassungssignale bezüglich einer sinusförmigen Kurve verzerrt werden. Beispiele von Ursachen für die Verzerrung der Wellenformen der Erfassungssignale umfassen eine Magnet-Anisotropie der freien Schicht in dem MR-Element in der Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetschicht oder Variationen der Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetschicht des MR-Elements aufgrund der Auswirkung des Drehmagnetfelds oder anderer Faktoren. Sind die Wellenformen der Erfassungssignale verzerrt, kann der Bestimmungswert ohne ein Versagen des Winkelsensors verschieden von dem Idealwert werden.
Für den Winkelsensor kann die Phase von zumindest einem der Erfassungssignale angesichts der Herstellungsgenauigkeit oder anderer Faktoren von einer gewünschten Phase abweichen. Auch in solch einem Fall kann der Bestimmungswert ohne ein Versagen des Winkelsensors verschieden von dem Idealwert werden.
Ein von dem Idealwert verschiedener Bestimmungswert ohne ein Versagen des Winkelsensors führt zu einer geringeren Bestimmungsgenauigkeit dahingehend, ob der Winkelsensor versagt hat.
Das vorgenannte Problem trifft nicht nur für den Fall zu, bei dem der Bestimmungswert verwendet wird, um zu bestimmen, ob der Winkelsensor versagt hat, sondern trifft allgemein auf die Fälle der Zustandsbestimmung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe mit einer Entsprechung zu einer vorgegebenen physikalischen Größe zu. Der Winkelsensor ist ein Beispiel der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe. Der zu erfassende Winkel entspricht der vorgegebenen physikalischen Größe. Der Erfassungswinkelwert entspricht der Information mit einer Entsprechung zu der vorangegangenen vorgegebenen physikalischen Größe. Das Bestimmen, ob der Winkelsensor versagt hat, ist ein Beispiel der Zustandsbestimmung der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe. Bei dem Fall der Zustandsbestimmung der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe mithilfe eines Bestimmungswerts, der dem Zustand der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe entspricht, führen Variationen in dem Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe zu geringerer Genauigkeit der Zustandsbestimmung.
US 2007 / 0 291 424 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Vorrichtung zur Beurteilung von Anomalien einen Schwellenwert in einen Speicher einspeist. Bei diesem Verfahren wird ein Resolverrotor um eine Umdrehung gedreht, und die Vorrichtung zur Beurteilung von Anomalien empfängt ein Sinussignal und ein Kosinussignal, die von dem Resolver über Schnittstellen ausgegeben werden, unterzieht das empfangene Sinussignal und Kosinussignal einer Signalberechnungsverarbeitung und speichert den Wert der Signale, die der Signalberechnungsverarbeitung unterzogen wurden, in dem Speicher als den Schwellenwert.
JP 2012 - 98 188 A offenbart die Einstellung eines Schwellenwerts zur Beurteilung von Anomalien durch die Ausführung einer Routine zur Einstellung eines Schwellenwerts zur Beurteilung von Anomalien für jedes Drehwinkelerkennungssystem. Dieser Schwellenwert zur Beurteilung von Anomalien ist ein Wert, der durch Subtraktion eines vorbestimmten Wertes vom unteren Grenzwert des normalen Bereichs erhalten wird und ein konstanter Wert ist.
US 2015 / 0 204 696 A1 bezieht sich auf einen Drehfeldsensor zum Erfassen eines Winkels, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet, und auf ein Winkelbestimmungsverfahren, das den Drehfeldsensor verwendet.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zustandsbestimmungsvorrichtung und ein Zustandsbestimmungsverfahren anzugeben, die eine genaue Bestimmung des Zustands einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe ermöglichen, und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe und einen Winkelsensor anzugeben, welche die Zustandsbestimmungsvorrichtung umfassen.
Eine erfindungsgemäße Zustandsbestimmungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Zustand einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe zum Erzeugen von Informationen mit einer Entsprechung zu einer vorgegebenen physikalischen Größe zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Zustandsbestimmungsvorrichtung umfasst: eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit zum Erzeugen von zumindest einem Bestimmungswert, der dem Zustand der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe entspricht; und eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen, ob sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt. Wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, variiert der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe. Die Bestimmungseinheit definiert zumindest einen Grenzwert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und variiert den zumindest einen Grenzwert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich zu bringen als ein Bereich über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe variiert, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann der vorgegebene Zustand ein Zustand sein, bei dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe nicht versagt hat.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann die vorgegebene physikalische Größe ein zu erfassender Winkel sein. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe kann ein Winkelsensor sein, der eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit und eine Winkelerfassungseinheit aufweist. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit erzeugt eine Vielzahl von Erfassungssignalen jeweils mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel. Die Winkelerfassungseinheit führt einen Vorgang mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen durch, um einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel als die Information mit einer Entsprechung zu der vorgegebenen physikalischen Größe zu erzeugen. In solch einem Fall kann die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit den zumindest einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugen. Die Bestimmungseinheit kann den zumindest einen Grenzwert mithilfe zumindest eines der Vielzahl von Erfassungssignalen variieren.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann der zu erfassende Winkel ein Winkel sein, den die Richtung eines Drehmagnetfelds an einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, um einer sinusförmigen Idealkurve zu folgen, und eine Fehlerkomponente enthalten. In einem solchen Fall sind die Idealkomponenten der Vielzahl von Erfassungssignalen zueinander phasenverschoben und haben ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander. Die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, ergibt sich aus der Fehlerkomponente.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal sein, deren Idealkomponenten um 120° zueinander phasenverschoben sind. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen erzeugen.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sein, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180° zueinander phasenverschoben sind und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180° zueinander phasenverschoben sind. Die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals sind um 90° zueinander phasenverschoben. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein erster Bestimmungswert sein und ein zweiter Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den ersten Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal erzeugen, und den zweiten Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugen.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann, wenn die Vielzahl von Erfassungssignalen die vorgenannten ersten bis vierten Erfassungssignale sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal und dem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugen.
Bei der erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsvorrichtung kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal sein, deren Idealkomponenten um 90° zueinander phasenverschoben sind. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals erzeugen.
Ein erfindungsgemäßes Zustandsbestimmungsverfahren ist ein Verfahren zum Bestimmen des Zustands einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe zum Erzeugen von Informationen mit einer Entsprechung zu einer vorgegebenen physikalischen Größe. Das erfindungsgemäße Zustandsbestimmungsverfahren umfasst: einen Schritt des Erzeugens zumindest eines Bestimmungswerts, der dem Zustand der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe entspricht; und einen Schritt des Bestimmens, ob sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt. Wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, variiert der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe. Der Schritt des Bestimmens definiert zumindest einen Grenzwert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und variiert den zumindest einen Grenzwert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich zu bringen als einen Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe variiert, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann der vorgegebene Zustand ein Zustand sein, bei dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe nicht versagt hat.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann die vorgegebene physikalische Größe ein zu erfassender Winkel sein. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe kann ein Winkelsensor sein, der eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit und eine Winkelerfassungseinheit aufweist. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit erzeugt eine Vielzahl von Erfassungssignalen mit jeweils einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel. Die Winkelerfassungseinheit führt einen Vorgang mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen durch, um einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel als die Information mit einer Entsprechung zu der vorgegebenen physikalischen Größe zu erzeugen. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert durch einen Vorgang mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt werden. Der Schritt des Bestimmens kann den zumindest einen Grenzwert mithilfe von zumindest einem der Vielzahl von Erfassungssignalen variieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann der zu erfassende Winkel ein Winkel sein, den die Richtung eines Drehmagnetfelds an einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, um einer sinusförmigen Idealkurve zu folgen, und eine Fehlerkomponente enthalten. In einem solchen Fall sind die Idealkomponenten der Vielzahl von Erfassungssignalen zueinander phasenverschoben und haben ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander. Die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, ergibt sich aus der Fehlerkomponente.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal sein, deren Idealkomponenten um 120° zueinander phasenverschoben sind. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Der eine Bestimmungswert kann durch einen Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe des ersten bis dritten Erfassungssignals erzeugt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sein, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180° zueinander phasenverschoben sind und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180° zueinander phasenverschoben sind. Die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals sind um 90° zueinander phasenverschoben. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein erster und ein zweiter Bestimmungswert sein. Der erste Bestimmungswert kann durch einen Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal erzeugt werden. Der zweite Bestimmungswert kann durch einen Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann, wenn die Vielzahl von Erfassungssignalen die vorangehenden ersten bis vierten Erfassungssignale sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Der eine Bestimmungswert kann vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal und dem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Zustandsbestimmungsverfahren kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal sein, deren Idealkomponenten um 90° zueinander phasenverschoben sind. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Der eine Bestimmungswert kann durch einen Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals erzeugt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe umfasst eine Einheit zum Erzeugen von Informationen einer physikalischen Größe zum Erzeugen von Informationen mit einer Entsprechung zu einer vorgegebenen physikalischen Größe und die Zustandsbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die Bestimmungseinheit der Zustandsbestimmungsvorrichtung definiert zumindest einen Grenzwert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und variiert den zumindest einen Grenzwert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von der physikalischen Größe, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich als einen Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe variiert, zu bringen, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet. Der vorgegebene Zustand kann ein Zustand sein, bei dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe nicht versagt hat.
Ein Winkelsensor der vorliegenden Erfindung umfasst eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit, eine Winkelerfassungseinheit, und eine Zustandsbestimmungsvorrichtung. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit erzeugt eine Vielzahl von Erfassungssignalen jeweils mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Die Winkelerfassungseinheit führt einen Vorgang mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen durch, um einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel zu erzeugen. Die Zustandsbestimmungsvorrichtung umfasst: eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit zum Erzeugen zumindest eines Bestimmungswerts, der dem Zustand des Winkelsensors entspricht; und eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt. Wenn sich der Winkelsensor in dem vorgegebenen Zustand befindet, variiert der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel. Die Bestimmungseinheit definiert zumindest einen Grenzwert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und variiert den zumindest einen Grenzwert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel, wenn sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich zu bringen als einen Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, wenn sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann der vorgegebene Zustand ein Zustand sein, bei dem der Winkelsensor nicht versagt hat.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit den zumindest einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugen. Die Bestimmungseinheit kann den zumindest einen Grenzwert mithilfe von zumindest einem der Vielzahl von Erfassungssignalen variieren.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann der zu erfassende Winkel ein Winkel sein, den die Richtung eines Drehmagnetfelds an einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit kann eine Vielzahl von Erfassungsschaltungen zum Erzeugen der Vielzahl von Erfassungssignalen aufweisen.
Jede der Vielzahl von Erfassungsschaltungen kann zumindest ein Magneterfassungselement zum Erfassen des Drehmagnetfelds umfassen.
Das zumindest eine Magneterfassungselement kann eine Vielzahl von in Reihe geschalteten magnetoresistiven Elementen aufweisen. Jedes der Vielzahl von magnetoresistiven Elementen kann eine gepinnte Magnetisierungsschicht, deren Magnetisierungsrichtung gepinnt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der gepinnten Magnetisierungsschicht und der freien Schicht befindet, aufweisen.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, um einer sinusförmigen Kurve zu folgen, und eine Fehlerkomponente enthalten. In einem solchen Fall sind die Idealkomponenten der Vielzahl von Erfassungssignalen zueinander phasenverschoben und haben ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander. Die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich der Winkelsensor in dem vorgegebenen Zustand befindet, ergibt sich aus der Fehlerkomponente.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal sein, deren Idealkomponenten um 120° zueinander phasenverschoben sind. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen erzeugen.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sein, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180° zueinander phasenverschoben sind und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180° zueinander phasenverschoben sind. Die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals sind um 90° zueinander phasenverschoben. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein erster und ein zweiter Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den ersten Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem ersten und zweiten Erfassungssignal erzeugen, und den zweiten Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugen.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Vielzahl von Erfassungssignalen die vorgenannten ersten bis vierten Erfassungssignale sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal und dem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugen.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal sein, deren Idealkomponenten um 90° zueinander phasenverschoben sind. In einem solchen Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert sein. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit kann den einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals erzeugen.
Gemäß der Zustandsbestimmungsvorrichtung und dem Verfahren und der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein zu verwendender Grenzwert zum Bestimmen, ob sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in einem vorgegebenen Zustand befindet, wie obenstehend beschrieben variiert. Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung des Zustands der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe. Ferner wird, gemäß dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung zumindest ein zu verwendender Grenzwert zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet, wie obenstehend beschrieben variiert. Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung des Zustands des Winkelsensors.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems aufweisend einen Winkelsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, veranschaulicht.
3 ist ein Schaltdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungssignal-Erzeugungseinheit des Winkelsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit und einer Zustandsbestimmungsvorrichtung des Winkelsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer in 4 gezeigten Winkelberechnungseinheit veranschaulicht.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines in 3 gezeigten Magneterfassungselements.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen einer Vielzahl von Signalen zur Verwendung bei der Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts durch die in 4 gezeigte Winkelerfassungseinheit veranschaulicht.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen des Zustands des Winkelsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen von Idealkomponenten und dritten harmonischen Fehlerkomponenten von ersten bis dritten in einer Simulation verwendeten Erfassungssignalen veranschaulicht.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen eines Bestimmungswerts und erster und zweiter Grenzwerte in einem Normalzustand veranschaulicht.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Bestimmungswerts in einem simulierten Ausfallzustand veranschaulicht.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das Anfangsverhältnis-Grafen in dem Normalzustand und in dem simulierten Ausfallzustand zeigt.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das Korrekturverhältnis-Grafen in dem Normalzustand und in dem simulierten Ausfallzustand zeigt.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen zeigt, die einer Vielzahl von entsprechenden Offset-Werten entsprechen.
15 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen erster und zweiter Referenzwerte mithilfe der in 14 gezeigten Vielzahl von Korrekturverhältni s-Grafen.
16 ist ein Schaltdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungssignal-Erzeugungseinheit eines Winkelsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
17 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit und einer Zustandsbestimmungsvorrichtung des Winkelsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
18 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen einer Vielzahl von Signalen zur Verwendung bei der Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts durch die in 17 gezeigte Winkelerfassungseinheit veranschaulicht.
19 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen eines ersten Bestimmungswerts und erster und zweiter Grenzwerte der zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
20 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen eines Bestimmungswerts und erster und zweiter Grenzwerte einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
21 ist ein Schaltdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungssignal-Erzeugungseinheit des Winkelsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
22 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit und einer Zustandsbestimmungsvorrichtung des Winkelsensors gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Vielzahl von nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Zustandsbestimmungsvorrichtung und ein Zustandsbestimmungsverfahren zum Bestimmen des Zustands einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe zum Erzeugen von Informationen mit einer Entsprechung zu einer vorgegebenen physikalischen Größe, und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe und einen Winkelsensor aufweisend die Zustandsbestimmungsvorrichtung. Bei der Vielzahl von bevorzugten Ausführungsformen weist die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe eine Einheit zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe zum Erzeugen von Informationen mit einer Entsprechung zu der vorgegebenen physikalischen Größe und die zuvor erwähnte Zustandsbestimmungsvorrichtung auf. Ein Beispiel für die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe ist ein Winkelsensor. Die Vielzahl von bevorzugten Ausführungsformen wird nun untenstehend genauer unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben, bei dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe ein Winkelsensor ist.
[Erste Ausführungsform]
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems aufweisend einen Winkelsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben.
Der Winkelsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist dazu eingerichtet, einen Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel θ zu erzeugen. Der zu erfassende Winkel θ entspricht der zuvor erwähnten vorgegebenen physikalischen Größe. Der Erfassungswinkelwert θs entspricht den Informationen mit einer Entsprechung zu der vorgegebenen physikalischen Größe.
Der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere ein Magnetwinkelsensor. Wie in 1 gezeigt, erfasst der Winkelsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ein Drehmagnetfeld MF, dessen Richtung sich dreht. In diesem Fall ist der zu erfassende Winkel θ der Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds MF in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet. Das in 1 gezeigte Winkelsensorsystem umfasst den Winkelsensor 1 und einen Magnet 5 mit einer Zylinderform auf, was ein Beispiel für Einrichtungen zum Erzeugen des Drehmagnetfelds MF ist. Der Magnet 5 hat einen N-Pol und einen S-Pol, die bezüglich einer gedachten Ebene aufweisend die Mittenachse der Zylinderform symmetrisch angeordnet sind. Der Magnet 5 dreht sich um die Mittenachse der Zylinderform. Somit dreht sich die Richtung des durch den Magnet 5 erzeugten Drehmagnetfelds MF um eine Drehachse C aufweisend die Mittenachse der Zylinderform.
Die Referenzposition befindet sich innerhalb einer gedachten Ebene parallel zu einer Stirnfläche des Magnets 5. Diese gedachte Ebene wird nachfolgend als Referenzebene bezeichnet. Bei der Referenzebene dreht die Richtung des durch den Magnet 5 erzeugten Drehmagnetfelds MF sich um die Referenzposition. Die Referenzrichtung befindet sich innerhalb der Referenzebene und schneidet die Referenzposition. In der folgenden Beschreibung bezeichnet die Richtung des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition eine Richtung, die sich innerhalb der Referenzebene befindet. Der Winkelsensor 1 ist so angeordnet, dass er der zuvor erwähnten Stirnfläche des Magnets 5 zugewandt ist.
Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Ausführungsform kann auf andere Weise eingerichtet sein als in 1 veranschaulicht. Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Ausführungsform muss nur dazu eingerichtet sein, das relative Positionsverhältnis zwischen dem Winkelsensor 1 und den Einrichtungen zum Erzeugen des Drehmagnetfelds MF zu variieren, so dass sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition von dem Winkelsensor 1 aus betrachtet dreht. Zum Beispiel können der Magnet 5 und der Winkelsensor 1, angeordnet wie in 1 veranschaulicht, so eingerichtet sein, dass: der Winkelsensor 1 sich dreht, während der Magnet 5 ortsfest ist; der Magnet 5 und der Winkelsensor 1 sich in einander entgegengesetzten Richtungen drehen; oder der Magnet 5 und der Winkelsensor 1 sich in der gleichen Richtung mit voneinander unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten drehen.
Alternativ kann ein Magnet, der ein oder mehr Paare von abwechselnd in einer Ringform angeordneten N- und S-Polen aufweist, anstelle des Magnets 5 genutzt werden, und der Winkelsensor 1 kann in der Nähe des Außenumfangs des Magnets platziert werden. In einem solchen Fall dreht sich der Magnet und/oder der Winkelsensor 1.
Alternativ kann ein Magnetband, das ein oder mehr Paare von abwechselnd in einer Auskleidungsausgestaltung angeordneten N- und S-Polen aufweist, anstelle des Magnets 5 genutzt werden, und der Winkelsensor 1 kann in der Nähe des Umfangs des Magnetbands platziert werden. In einem solchen Fall bewegt sich der Magnet und/oder der Winkelsensor 1 linear in der Richtung, in der die N- und S-Pole des Magnetbands ausgerichtet sind.
Bei den obenstehend beschriebenen verschiedenen Ausgestaltungen des Winkelsensorsystems gibt es auch eine Referenzebene mit einem vorgegebenen Positionsverhältnis zu dem Winkelsensor 1, und in der Referenzebene dreht sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF, von dem Winkelsensor 1 aus betrachtet, um die Referenzposition.
Der Winkelsensor 1 umfasst eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 zum Erzeugen eines ersten, eines zweiten und eines dritten Erfassungssignals S11, S12 und S13 jeweils mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 weist eine erste Erfassungsschaltung 10 zum Erzeugen des ersten Erfassungssignals S 11, eine zweite Erfassungsschaltung 20 zum Erzeugen des zweiten Erfassungssignals S12, und eine dritte Erfassungsschaltung 30 zum Erzeugen des dritten Erfassungssignals S13 auf. Zum besseren Verständnis veranschaulicht 1 die erste bis dritte Erfassungsschaltung 10, 20 und 30 als getrennte Bauteile. Jedoch können die erste bis dritte Erfassungsschaltung 10, 20 und 30 in ein einzelnes Bauteil integriert werden. Ferner kann, während die erste bis dritte Erfassungsschaltung 10, 20 und 30 in 1 in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse C nacheinander angeordnet sind, die Anordnungsreihenfolge anders als die in 1 gezeigte sein. Jede der ersten bis dritten Erfassungsschaltung 10, 20 und 30 weist zumindest ein Magneterfassungselement zum Erfassen des Drehmagnetfelds MF auf.
Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, werden nun unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Zunächst ist die Z-Richtung die Richtung parallel zu der in 1 gezeigten Rotationsachse C und von unten nach oben in 1. 2 veranschaulicht die Z-Richtung als die Richtung aus der Ebene von 2 heraus. Danach sind X- und Y-Richtungen zwei Richtungen, die senkrecht zu der Z-Richtung und orthogonal zueinander sind. 2 veranschaulicht die X-Richtung als Richtung nach rechts, und die Y-Richtung als Richtung nach oben. Ferner ist die negative X-Richtung die Richtung entgegengesetzt zur X-Richtung, und die negative Y-Richtung ist die Richtung entgegengesetzt zur Y-Richtung.
Die Referenzposition PR ist die Position, an der der Winkelsensor 1 das Drehmagnetfeld MF erfasst. Die Referenzrichtung DR sei die X-Richtung. Wie obenstehend erwähnt ist der zu erfassende Winkel θ der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR bezüglich der Referenzrichtung DR bildet. Die Drehrichtung DM des Drehmagnetfelds MF soll gegen den Uhrzeigersinn in 2 verlaufen. Der Winkel θ wird in positiven Werten ausgedrückt, aus der Referenzrichtung DR gegen den Uhrzeigersinn gesehen, und in negativen Werten, aus der Referenzrichtung DR mit dem Uhrzeigersinn gesehen.
Die Ausgestaltung der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 wird nun unter Bezugnahme auf 3 im Einzelnen beschrieben. 3 ist ein Schaltdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 veranschaulicht. Wie obenstehend erwähnt, weist die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 die erste Erfassungsschaltung 10, die zweite Erfassungsschaltung 20, und die dritte Erfassungsschaltung 30 auf. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 weist ferner einen Stromversorgungsanschluss V und einen Masseanschluss G auf. Eine Stromversorgungsspannung einer vorgegebenen Größe, wie etwa 5 Volt, wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem Masseanschluss G angelegt.
Da sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode dreht, variiert der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode. In einem solchen Fall variieren alle ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13 periodisch mit einer Signalperiode gleich der vorgegebenen Periode. Das erste bis dritte Erfassungssignal S11, S12 und S13 sind zueinander phasenverschoben.
Die erste Erfassungsschaltung 10 weist ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R11 und R12 und einen Ausgangsanschluss E10 auf. Ein Ende des Magneterfassungselements R11 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R11 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R12 und dem Ausgangsanschluss E10 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R12 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E10 gibt das erste Erfassungssignal S11 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R11 und R12 entspricht.
Die zweite Erfassungsschaltung 20 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R21 und R22 und einen Ausgangsanschluss E20. Ein Ende des Magneterfassungselements R21 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R21 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R22 und dem Ausgangsanschluss E20 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R21 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E20 gibt das zweite Erfassungssignal S12 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R21 und R22 entspricht.
Die dritte Erfassungsschaltung 30 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R31 und R32 und einen Ausgangsanschluss E30. Ein Ende des Magneterfassungselements R31 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R31 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R32 und dem Ausgangsanschluss E30 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R31 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E30 gibt das dritte Erfassungssignal S13 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R31 und R32 entspricht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist jedes der Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31 und R32 eine Vielzahl von in Reihe geschalteten magnetoresistiven Elementen (MR-Elementen) auf. Jedes der Vielzahl von MR-Elementen ist beispielsweise ein Spin-Valve-MR-Element. Das Spin-Valve-MR-Element weist eine gepinnte Magnetisierungsschicht, deren Magnetisierungsrichtung gepinnt ist, eine freie Schicht, die eine Magnetschicht ist, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der gepinnten Magnetisierungsschicht und der freien Schicht befindet, auf. Das Spin-Valve-MR-Element kann ein TMR-Element oder ein GMR-Element sein. Bei dem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Bei dem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische Leiterschicht. Das Spin-Valve-MR-Element variiert hinsichtlich des Widerstands in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht bezüglich der Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetisierungsschicht bildet und hat einen Minimalwiderstand, wenn der vorangehende Winkel 0° beträgt, und ein Maximalwiderstand, wenn der vorangehende Winkel 180° beträgt. In 3 gibt jeder ein Magneterfassungselement überlappende Pfeil die Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement aufweist, an.
Bei der ersten Erfassungsschaltung 10 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R11 aufweist, in einer Richtung magnetisiert, die um 120° gegen den Uhrzeigersinn aus der X-Richtung gedreht ist. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als erste Richtung D1 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R12 aufweist, sind in einer zu der ersten Richtung D1 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Bei der ersten Erfassungsschaltung 10 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R11 und R12 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der ersten Richtung D1 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die erste Erfassungsschaltung 10 die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D1 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das erste Erfassungssignal 511 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D1 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Bei der zweiten Erfassungsschaltung 20 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R21 aufweist, in der X-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als zweite Richtung D2 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R22 aufweist, sind in der zu der zweiten Richtung D2 entgegengesetzten, das heißt, in der negativen X-Richtung magnetisiert. Bei der zweiten Erfassungsschaltung 20 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselemente R21 und R22 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der zweiten Richtung D2 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die zweite Erfassungsschaltung 20 die Stärke der Komponente in der zweiten Richtung D2 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das zweite Erfassungssignal S12 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der zweiten Richtung D2 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Bei der dritten Erfassungsschaltung 30 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R31 aufweist, in einer Richtung magnetisiert, die um 120° im Uhrzeigersinn aus der X-Richtung gedreht ist. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als die dritte Richtung D3 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R32 aufweist, sind in einer zu der dritten Richtung D3 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Bei der dritten Erfassungsschaltung 30 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselemente R31 und R32 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der dritten Richtung D3 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die dritte Erfassungsschaltung 30 die Stärke der Komponente in der dritten Richtung D3 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das dritte Erfassungssignal S13 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der dritten Richtung D3 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Angesichts der Herstellungsgenauigkeit der MR-Elemente oder anderer Faktoren können sich die Magnetisierungsrichtungen der gepinnten Magnetisierungsschichten der Vielzahl der MR-Elemente in den Erfassungsschaltungen 10, 20 und 30 geringfügig von den obenstehend beschriebenen unterscheiden.
Ein Beispiel der Ausgestaltung der Magneterfassungselemente wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt eines Magneterfassungselements in der in 3 gezeigten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 veranschaulicht. Bei diesem Beispiel weist das Magneterfassungselement eine Vielzahl von unteren Elektroden 62, eine Vielzahl von MR-Elementen 50 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 63 auf. Die Vielzahl der unteren Elektroden 62 ist auf einem Substrat angeordnet (nicht veranschaulicht). Jede der unteren Elektroden 62 hat eine lange schmale Form. Alle zwei unteren Elektroden 62, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 62 aneinander angrenzen, haben eine Lücke dazwischen. Wie in 6 gezeigt sind MR-Elemente 50 auf den Oberflächen der unteren Elektroden 62, nahe entgegengesetzten Enden in der Längsrichtung, vorgesehen. Jedes der MR-Elemente 50 weist eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine gepinnte Magnetisierungsschicht 53, und eine antiferromagnetische Schicht 54 auf, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 51 am nächsten zu der unteren Elektrode 62 ist. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 62 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 54 steht in Austauschkopplung mit der gepinnten Magnetisierungsschicht 53, um so die Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetisierungsschicht 53 zu pinnen. Die Vielzahl der oberen Elektroden 63 ist über der Vielzahl von MR-Elementen 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 63 hat eine lange schmale Form, und stellt zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei aneinander angrenzenden MR-Elementen 50, die auf zwei unteren Elektroden 62 in der Längsrichtung der unteren Elektroden 62 aneinander angrenzend angeordnet sind, eine elektrische Verbindung her. Mit solch einer Ausgestaltung ist die Vielzahl von MR-Elementen 50 in dem in 6 gezeigten Magneterfassungselement in Reihe geschaltet durch die Vielzahl der unteren Elektroden 62 und die Vielzahl der oberen Elektroden 63. Es sei angemerkt, dass die Schichten 51 bis 54 der MR-Elemente 50 in einer zu der in 6 gezeigten umgekehrten Reihenfolge gestapelt werden können.
Wie zuvor beschrieben, variieren, wenn der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode variiert, alle ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13 periodisch mit der Signalperiode gleich der vorgegebenen Periode. Wenn der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13 eine Idealkomponente und eine Fehlerkomponente, die sich von der Idealkomponente unterscheidet. Die Idealkomponente variiert periodisch derart, um einer sinusförmige Idealkurve (aufweisend eine Sinus-Wellenform und eine Cosinus-Wellenform) zu folgen. Die Idealkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 sind zueinander phasenverschoben und haben ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Idealkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 um 120° zueinander phasenverschoben. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass alle der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13 hinsichtlich ihres Pegels angepasst sind, so dass die Änderungszentren ihrer Idealkomponenten Null werden.
Die Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 werden durch solche Faktoren wie eine magnetische Anisotropie der freien Schicht 51 des MR-Elements 50 in der Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetisierungsschicht 53 des MR-Elements 50, oder einer Variation der Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetisierungsschicht 53 des MR-Elements 50 aufgrund der Auswirkung des Drehmagnetfelds MR oder anderer Faktoren verursacht. Die durch die vorangegangenen Faktoren verursachten Fehlerkomponenten sind hauptsächlich gleichwertig zur dritten Harmonischen der Idealkomponente. Nachfolgend wird eine zur dritten Harmonischen der Idealkomponente gleichwertige Fehlerkomponente als die dritte harmonische Fehlerkomponente bezeichnet.
Neben der dritten harmonischen Fehlerkomponente können die Fehlerkomponenten eine Fehlerkomponente aufweisen, die zu einer Harmonischen außer der dritten Harmonischen der Idealkomponente gleichwertig ist, und eine Fehlerkomponente, die die gleiche Periode wie die der Idealkomponente und eine zu der der Idealkomponente unterschiedliche Phase hat. Nachfolgend wird die Fehlerkomponente, welche die gleiche Periode wie die der Idealkomponente und eine zu der der Idealkomponente unterschiedliche Phase hat, als die Fehlerkomponente erster Ordnung bezeichnet. Die Fehlerkomponente erster Ordnung verschiebt die Phase eines Erfassungssignals gegenüber der der Idealkomponente. Zum Beispiel tritt die Fehlerkomponente erster Ordnung auf, wenn die Magnetisierungsrichtungen der gepinnten Magnetisierungsschichten der Vielzahl der MR-Elemente in den Erfassungsschaltungen 10, 20 und 30 von den jeweils gewünschten Richtungen abweichen.
Nun werden Komponenten des Winkelsensors 1 außer der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der Winkelsensor 1 umfasst eine Winkelerfassungseinheit 3 und eine in 4 gezeigte Zustandsbestimmungsvorrichtung 4, zusätzlich zu der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 und die Winkelerfassungseinheit 3 entsprechen der Einheit zum Erzeugen von Informationen einer physikalischen Größe. Die Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 bestimmt, ob sich der Winkelsensor 1 als die Einheit zum Erzeugen von Informationen einer physikalischen Größe in einem vorgegebenen Zustand befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der vorgegebene Zustand insbesondere ein Zustand, in dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe oder der Winkelsensor 1 nicht versagt hat. Die Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 erfasst somit ein Versagen des Winkelsensors 1. 4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit 3 und der Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 veranschaulicht. Die Winkelerfassungseinheit 3 und die Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 können beispielsweise durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen Mikrocomputer implementiert werden.
Die Winkelerfassungseinheit 3 führt einen Vorgang mithilfe der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13 durch, um den Erfassungswinkel θs mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ zu erzeugen. Die Winkelerfassungseinheit 3 weist Eingangsanschlüsse P10, P20 und P30 zum Empfangen der jeweiligen Erfassungssignale S11, S12 und S13 auf. Die Winkelerfassungseinheit 3 weist ferner Berechnungseinheiten 31 und 32 und eine Winkelberechnungseinheit 33 auf.
Die Berechnungseinheit 31 erzeugt ein Signal Sa, das eine Differenz zwischen dem an dem Eingangsanschluss P10 empfangenen Erfassungssignal S11 und dem an dem Eingangsanschluss P20 empfangenen Erfassungssignal S12 anzeigt. Die Berechnungseinheit 32 erzeugt ein Signal Sb, das eine Differenz zwischen dem an dem Eingangsanschluss P30 empfangenen Erfassungssignal S13 und dem an dem Eingangsanschluss P20 empfangenen Erfassungssignal S12 anzeigt. Die Winkelberechnungseinheit 33 erzeugt den Erfassungswinkel θs vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Signale Sa und Sb, die durch die Berechnungseinheiten 31 und 32 erzeugt wurden. Die Signale Sa und Sb werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt. $Sa = S 11 - S 12$
$Sb = S 13 - S 12$
7 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13 und der Signale Sa und Sb veranschaulicht. In 7 stellt die horizontale Achse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt die Signale S11, S12, S13, Sa und Sb in relativen Werten dar.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung der in 4 gezeigten Winkelberechnungseinheit 33 veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt weist die Winkelberechnungseinheit 33 Normalisierungseinheiten 331, 332, 335 und 336, eine Additionseinheit 333, eine Subtraktionseinheit 334, und eine Berechnungseinheit 337 auf.
Die Normalisierungseinheit 331 normalisiert das Signal Sa, um ein Signal San zu erzeugen. Die Normalisierungseinheit 332 normalisiert das Signal Sb, um ein Signal Sbn zu erzeugen. Die Normalisierungseinheiten 331 und 332 normalisieren die Signale Sa und Sb, um die Signale San und Sbn zu erzeugen, so dass die Signale San und Sbn beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 haben.
Die Additionseinheit 333 addiert die Signale San und Sbn, um ein Signal Sc zu erzeugen. Die Subtraktionseinheit 334 subtrahiert das Signal Sbn von dem Signal San, um ein Signal Sd zu erzeugen.
Die Normalisierungseinheit 335 normalisiert das Signal Sc, um ein Signal Sen zu erzeugen. Die Normalisierungseinheit 336 normalisiert das Signal Sd, um ein Signal Sdn zu erzeugen. Die Normalisierungseinheiten 335 und 335 normalisieren die Signale Sc und Sd, um die Signale Scn und Sdn zu erzeugen, so dass die Signale Scn und Sdn beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 haben.
Die Berechnungseinheit 337 führt einen durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückten Vorgang durch, um den Erfassungswinkelwert θs zu erzeugen. Es sei angemerkt, dass „atan“ in Gleichung (3) die Arcustangens-Funktion meint. $θ s = atan (Scn/Sdn) + C 1$
In Gleichung (3) ist C1 eine Konstante, die einen Winkel darstellt. Zum Beispiel ist die Konstante C1 90°. Die Konstante C1 kann gemäß solchen Faktoren wie der Montagegenauigkeit der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 angepasst werden.
Wenn θs in dem Bereich von 0° bis weniger als 360° liegt, hat θs in Gleichung (3) zwei im Wert um 180° unterschiedliche Lösungen. Welche der zwei Lösungen von θs in Gleichung (3) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sen und Sdn bestimmt werden. Die Berechnungseinheit 337 bestimmt θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° auf Grundlage von Gleichung (3) und der vorangegangenen Bestimmung zu der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sen und Sdn.
Die in 4 gezeigte Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 wird nun beschrieben. Die Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 weist eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 41 und eine Bestimmungseinheit 42 auf. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 41 erzeugt zumindest einen Bestimmungswert, der dem Zustand der Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe oder dem Winkelsensor 1 entspricht. Die Bestimmungseinheit 42 bestimmt, ob sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe oder der Winkelsensor 1 in einem vorgegebenen Zustand befinden, indem sie bestimmt, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie zuvor erwähnt, der vorgegebene Zustand insbesondere ein Zustand, in dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe oder der Winkelsensor 1 nicht versagt hat. Nachfolgend wird der Zustand, in dem die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe oder der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, als Normalzustand bezeichnet.
Wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe, d.h. der Winkelsensor 1, in dem vorgegebenen Zustand befindet, variiert der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit zu der vorgegebenen physikalischen Größe, d.h. dem zu erfassenden Winkel θ. In solch einem Fall kann von dem zumindest einen Bestimmungswert, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, angenommen werden, dass er eine Idealwertkomponente und eine Abweichungskomponente enthält, wobei die Abweichungskomponente in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe variiert. Die Abweichungskomponente des zumindest einen Bestimmungswerts wird nachfolgend als Bestimmungswert-Abweichungskomponente bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, insbesondere aus der Fehlerkomponente der oben erwähnten Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Die Bestimmungseinheit 42 definiert zumindest einen Grenzwert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und variiert den zumindest einen Grenzwert, um die Variation der Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich als den Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von der vorgegebenen physikalischen Größe variiert, zu bringen, wenn sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erzeugt insbesondere die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 41 zumindest einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13, die jeweils an den Eingangsanschlüssen P10, P20 und P30 empfangen werden. Die Bestimmungseinheit 42 variiert den zumindest einen Grenzwert mithilfe zumindest eines der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erzeugt insbesondere die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 41 einen Bestimmungswert VHS vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen S11, S12 und S13. Der „Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen S11, S12 und S13“ umfasst das Multiplizieren der bestimmten Summe der Erfassungssignale S11, S12 und S13 mit einem vorgegebenen Koeffizienten zur Normalisierung oder anderen Zwecken, oder das Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu/von der bestimmten Summe der Erfassungssignale S11, S12 und S13. Die bei diesem Vorgang verwendeten Erfassungssignale S11, S12 und S13 weisen normalisierte Signale auf. Der Bestimmungswert VHS wird durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt. $VHS = S 11 + S 12 + S 13$
Falls sich jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13 nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, setzt sich der Bestimmungswert VHS nur aus der Idealwertkomponente zusammen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere die Idealwertkomponente konstant im Wert, welcher insbesondere 0 ist, ungeachtet des zu erfassenden Winkels θ.
Bei den Fällen außer den Fällen, wenn jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13 sich nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, kann der Bestimmungswert VHS von dem Wert der Idealwertkomponente unterschiedlich sein. Wenn der Bestimmungswert VHS von dem Wert der Idealwertkomponente unterschiedlich ist, kann der Bestimmungswert VHS in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkels θ variieren.
Insbesondere wenn jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13 eine Fehlerkomponente enthält, variiert der Bestimmungswert VHS in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkels θ, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand, d.h. dem Normalzustand, befindet. Die Variation des Bestimmungswerts VHS ergibt sich aus den Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Bei der vorliegenden Ausführungsform definiert insbesondere die Bestimmungseinheit 42 einen ersten Grenzwert TH1 und einen zweiten Grenzwert TH2.Der erste Grenzwert TH1 stellt ein unteres Ende des Bestimmungsbereichs dar, und der zweite Grenzwert TH2 stellt ein oberes Ende des Bestimmungsbereichs dar. Der Bestimmungsbereich erstreckt sich somit von dem ersten Grenzwert Th1 zu dem zweiten Grenzwert TH2.
Nachfolgend wird die Breite des Bereichs, über den der Bestimmungswert VHS in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, als ein Bestimmungswertvariationsbereich bezeichnet. Der Bestimmungswertvariationsbereich ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Bestimmungswerts VHS, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Die Differenz zwischen dem ersten Grenzwert TH1 und dem Bestimmungswert VHS, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als erste Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die erste Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der ersten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der ersten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der ersten Lücke.
Die Differenz zwischen dem zweiten Grenzwert TH2 und dem Bestimmungswert VHS, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als zweite Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die zweite Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der zweiten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der zweiten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der zweiten Lücke.
Die Bestimmungseinheit 42 variiert den ersten und zweiten Grenzwert TH1 und TH2, um die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke kleiner zu machen als den Variationsbereich des Bestimmungswerts.
Nun werden der erste und zweite Grenzwert TH1 und TH2 genauer beschrieben. Der erste und zweite Grenzwert TH1 und TH2 werden jeweils in den folgenden Gleichungen (5) und (6) ausgedrückt. $TH 1 = SV 1 + FC$
$TH 2 = SV 2 + FC$
SV1 ist ein erster Referenzwert, und SV2 ist ein zweiter Referenzwert. Sowohl der erste als auch der zweite Referenzwert SV1 und SV2 sind konstante Werte. Der zweite Referenzwert SV2 ist größer als der erste Referenzwert SV1. FC ist eine Abweichungskomponente jedes Grenzwerts, die nachfolgend als Grenzwert-Abweichungskomponente bezeichnet wird. Die Grenzwert-Abweichungskomponente FC variiert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ. Die Grenzwert-Abweichungskomponente FC wird mithilfe zumindest eines der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13 erzeugt. Auf diese Weise variiert die Bestimmungseinheit 42 den ersten und zweiten Grenzwert TH1 und TH2 mithilfe zumindest eines der ersten bis dritten Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Nun werden ein erstes und ein zweites Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC beschrieben. Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC wird durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt. In Gleichung (7) sind „a“, „b“, und „n“ Koeffizienten. $FC = (- 3 a/n) \cdot S 12 + (4 {a/n}^{3}) \cdot S 12^{3} + b$
Die Bedeutung des ersten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC wird nachfolgend beschrieben. Eine der Hauptursachen der in dem Bestimmungswert VHS enthaltenen Bestimmungswert-Abweichungskomponente, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, besteht darin, dass die Erfassungssignale S11, S 12 und S13 die dritten harmonischen Fehlerkomponenten enthalten. Wenn keines der Erfassungssignale S11, S12 und S13 die Fehlerkomponente erster Ordnung enthält, sind die dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 zueinander in Phase. Wenn der Bestimmungswert VHS durch die Gleichung (4) erzeugt wird, enthält der resultierende Bestimmungswert VHS eine Bestimmungswert-Abweichungskomponente, die sich durch Addieren der dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 ergibt. Solch eine Bestimmungswert-Abweichungskomponente wird nachfolgend als Abweichungskomponente dritter Ordnung bezeichnet. Die Abweichungskomponente dritter Ordnung hat eine Periode von 1/3 derer der Idealkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Wenn keines der Erfassungssignale S11, S12 und S13 die Fehlerkomponente erster Ordnung enthält, ist die Abweichungskomponente dritter Ordnung in Phase mit den dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13, und die Breite des Variationsbereichs der Abweichungskomponente dritter Ordnung ist die Summe der Breiten der Variationsbereiche der dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13. Der Bestimmungswert VHS, der erzeugt wird, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, variiert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ, hauptsächlich wegen der darin enthaltenen Abweichungskomponente dritter Ordnung.
Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC ist ein Näherungswert der Abweichungskomponente dritter Ordnung. Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC wird in folgender Weise hergeleitet. Die Abweichungskomponente dritter Ordnung kann als a·cos(3θ)+b ausgedrückt werden. Dies kann in a·(-3·cosθ + 4·cos³θ) + b umgeformt werden. Dabei entspricht cosθ einem Signal, das durch Normalisieren der Idealkomponente des zweiten Erfassungssignals S12 erhalten wird, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 zu haben. Eine Differenz zwischen dem zweiten Erfassungssignal S12 selbst und der Idealkomponente des zweiten Erfassungssignals S12 ist gering. Ein Signal, das durch Normalisieren des zweiten Erfassungssignals S 12 erhalten wird, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 zu haben, wird als S12/n bezeichnet. Dann kann cosθ als S12/n angenähert werden. In einem solchen Fall kann die Abweichungskomponente dritter Ordnung als a·{-3·(S12/n) + 4·(S12/n)³} + b angenähert werden. Ihre Umformung ergibt die rechte Seite der Gleichung (7). Die durch die Gleichung (7) ausgedrückte Grenzwert-Abweichungskomponente FC kann somit als Näherungswert der Abweichungskomponente dritter Ordnung verstanden werden. Die Werte der Koeffizienten „a“ und „b“ in Gleichung (7) werden beispielsweise gemäß dem Ergebnis einer Messung des Bestimmungswerts VHS, die vor dem Versand des Winkelsensors 1, der nicht versagt hat, durchgeführt wird, bestimmt. Der Koeffizient „n“ wird vorab bestimmt.
Die Abweichungskomponente dritter Ordnung ist hinsichtlich der Amplitude deutlich geringer als die Idealkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13. Somit ist auch der Wert des Koeffizienten „a“ in Gleichung (7) deutlich geringer als die Amplitude der Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13. Insbesondere ist der Wert des Koeffizienten „a“ in Gleichung (7) 10% oder weniger der Amplitude der Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Wenn zumindest eines der Erfassungssignale S11, S12 und S13 die Fehlerkomponente erster Ordnung enthält, sind die dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 und die Abweichungskomponente dritter Ordnung nicht perfekt in Phase zueinander. Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC soll solch einer Situation Rechnung tragen.
Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC wird durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt. In Gleichung (8) sind „a“, „b“, „c“, und „n“ Koeffizienten. $FC = (- 3 a/n) \cdot S 12 + (4 {a/n}^{3}) \cdot S 12^{3} + (- 3 c/n) \cdot S 11 + (4 {c/n}^{3}) \cdot S 11^{3} + b$
Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC enthält die zwei Erfassungssignale S11 und S12. Beim Anwenden des zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC verwendet die Bestimmungseinheit 42 somit die zwei Erfassungssignale S11 und S12, um den ersten und zweiten Grenzwert TH1 und TH2 zu variieren.
Die Werte der Koeffizienten „a“ und „c“ können angepasst werden, um die Phase des zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC zu ändern. Dies ermöglicht ein Festlegen der Grenzwert-Abweichungskomponente FC, so dass sie sich der Abweichungskomponente dritter Ordnung nähert, selbst wenn die dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 und die Abweichungskomponente dritter Ordnung nicht perfekt in Phase zueinander sind. Die Werte der Koeffizienten „a“, „b“ und „c“ in Gleichung (8) werden beispielsweise gemäß dem Ergebnis einer Messung des Bestimmungswerts VHS, die vor dem Versand des Winkelsensors 1, der nicht versagt hat, durchgeführt wird, bestimmt. Der Koeffizient „n“ wird im Voraus bestimmt. Wie der Koeffizient „a“ ist der Wert des Koeffizienten „c“ deutlich geringer als die Amplitude der Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13. Insbesondere ist der Wert des Koeffizienten „c“ 10% oder weniger der Amplitude der Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S11, S12 und S13.
Wenn der Bestimmungswert VHS die Abweichungskomponente dritter Ordnung enthält, führt das Variieren des ersten und zweiten Grenzwerts TH1 und TH2 mithilfe des ersten oder zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC dazu, dass die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke viel kleiner sind als der Variationsbereich des Bestimmungswert.
Die Bestimmungseinheit 42 bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 im Normalzustand befindet, wenn der Bestimmungswert VHS innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt. In anderen Fällen bestimmt die Bestimmungseinheit 42, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Die Bestimmungseinheit 42 gibt ein Signal aus, das das Bestimmungsergebnis anzeigt. Der erste und zweite Referenzwert SV1 und SV2 definieren das Ausmaß des Bestimmungsbereichs. Ein Verfahren zum Bestimmen der Referenzwerte SV1 und SV2 wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Es wird nun auf 8 Bezug genommen, um ein Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben. Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bestimmen des Zustands einer Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe oder des Winkelsensors 1. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Zustandsbestimmungsverfahren insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensors 1 in einem vorgegebenen Zustand oder dem Normalzustand befindet. Das Zustandsbestimmungsverfahren wird durch die Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt.
Wie in 8 gezeigt umfasst das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform: Schritt S101 des Erzeugens des Bestimmungswerts VHS vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Erfassungssignale S11, S 12 und S13; und Schritt S102 des Bestimmens, ob sich der Winkelsensor 1 in einem vorgegebenen Zustand befindet, durch Bestimmen, ob der Bestimmungswert VHS innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt.
Schritt S101 wird durch die in 4 gezeigte Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 41 durchgeführt. Die Einzelheiten von Schritt S101 sind die gleichen wie die des zuvor beschriebenen Vorgangs der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 41. Schritt S102 wird durch die in 4 gezeigte Bestimmungseinheit 42 durchgeführt. Die Einzelheiten von Schritt S102 sind die gleichen wie die des zuvor beschriebenen Vorgangs der Bestimmungseinheit 42.
Nun werden die Wirkungsweisen des Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ein Beispiel des Verfahrens zum Bestimmen des ersten und zweiten Referenzwerts SV1 und SV2 unter Bezugnahme auf die Ergebnisse einer Simulation beschrieben. 9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen der Idealkomponenten und der dritten harmonischen Fehlerkomponenten der ersten bis dritten in der Simulation verwendeten Erfassungssignale S11, S12 und S13 veranschaulicht. In 9 werden die Idealkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 jeweils durch die Bezugszeichen V11, V12 und V13 dargestellt. In 9 sind die dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 in der Wellenform identisch. In 9 werden die dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 durch das Bezugszeichen V3 dargestellt. In 9 stellt die horizontale Achse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die vertikalen Achsen stellen die Idealkomponenten V11, V12 und V13 und die dritte harmonische Fehlerkomponente V3 dar.
Die Simulation untersuchte zunächst die Wellenformen des Bestimmungswerts VHS und der ersten und zweiten Grenzwerte TH1 undTH2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befand. 10 zeigt die Wellenformen. In 10 stellt die horizontale Achse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Bestimmungswert VHS und den ersten und zweiten Grenzwert TH1 und TH2 dar. Der in 10 gezeigte erste und zweite Grenzwert TH1 und TH2 wurden mithilfe des ersten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC aus den Gleichungen (5) und (6) erzeugt. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist der erste Referenzwert SV1 -50mV, und der zweite Referenzwert SV2 ist 50mV.
Der Bestimmungswert VHS enthält die Abweichungskomponente dritter Ordnung. Somit variiert, wie in 10 gezeigt, der Bestimmungswert VHS in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ, selbst wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet. Jeder der ersten und zweiten Grenzwerte TH1 und TH2 enthält die Grenzwert-Abweichungskomponente FC eines Werts, der sich an die Abweichungskomponente dritter Ordnung annähert. Der erste und zweite Grenzwert TH1 und TH2 variieren somit in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ in einer ähnlichen Weise wie der, in der der Bestimmungswert VHS variiert. Die erste Lücke, die die Differenz zwischen dem ersten Grenzwert TH1 und dem Bestimmungswert VHS ist, beträgt etwa 50mV ungeachtet des zu erfassenden Winkels θ. Genauso beträgt die zweite Lücke, die die Differenz zwischen dem zweiten Grenzwert TH2 und dem Bestimmungswert VHS ist, etwa 50mV ungeachtet des zu erfassenden Winkels θ. Somit ist jeder der Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke annähernd Null. Die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke sind somit viel kleiner als der Variationsbereich des Bestimmungswerts.
Nun wird ein Winkelsensor eines ersten Vergleichsbeispiels beschrieben. Der Winkelsensor des ersten Vergleichsbeispiels umfasst eine Bestimmungseinheit des ersten Vergleichsbeispiels, anstelle der Bestimmungseinheit 42, um zu bestimmen, ob sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet. Bei dem ersten Vergleichsbeispiel definiert die Bestimmungseinheit einen Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels. Der Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels besitzt unveränderliche zwei Grenzwerte, die beide Enden des Bereichs darstellen.
Der Winkelsensor des ersten Vergleichsbeispiels weist das folgende Problem auf. Zunächst wird angenommen, dass sich der Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels bei dem in 10 gezeigten Beispiel von -50 mV, d.h. dem ersten Referenzwert SV1, bis 50 mV, d.h. dem zweiten Referenzwert SV2, erstreckt. In diesem Fall kann, wie aus 10 ersichtlich ist, selbst wenn sich der Winkelsensor in dem Normalzustand befindet, der Bestimmungswert VHS den Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ übersteigen, und es kann somit bestimmt werden, dass der Winkelsensor versagt hat.
Für den Winkelsensor des ersten Vergleichsbeispiels muss, um eine Situation zu vermeiden, in der bestimmt wird, dass der Winkelsensor versagt hat, obwohl sich der Winkelsensor in dem Normalzustand befindet, der Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels auf einen Bereich eingestellt werden, der breiter ist als der Variationsbereich des Bestimmungswerts VHS und diesen umfasst, wenn sich der Winkelsensor in dem Normalzustand befindet. Wenn jedoch der Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels auf einen solchen Bereich eingestellt wird, übersteigt der Bestimmungswert VHS nicht immer den Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels in dem Moment, wenn der Winkelsensor tatsächlich versagt, weil der Variationsbereich des Bestimmungswerts groß ist. Zudem kann, selbst wenn sich der zu erfassende Winkel θ weiterhin verändert, nachdem der Winkelsensor tatsächlich versagt hat, der Zustand, in dem der Bestimmungswert VHS nicht den Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels übersteigt, eine Weile andauern. Ferner kann, bei manchen Modi des Versagens, der Zustand, in dem der Bestimmungswert VHS nicht den Bestimmungsbereich des ersten Vergleichsbeispiels übersteigt, eine unendlich lange Zeit anhalten, selbst wenn sich der zu erfassende Winkel θ weiterhin verändert, nachdem der Winkelsensor tatsächlich versagt hat. Somit ist der Winkelsensor des ersten Vergleichsbeispiels nicht in der Lage, ein Versagen des Winkelsensors genau zu erfassen.
Im Gegensatz dazu sind, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke viel kleiner als der Variationsbereich des Bestimmungswerts wie obenstehend beschrieben. Im Ergebnis erzielt die vorliegende Ausführungsform eine Verringerung der ersten und zweiten Lücke, während eine Situation vermieden wird, in der bestimmt wird, dass der Winkelsensor 1 selbst in dem Normalzustand versagt hat. Dies ermöglicht es dem Bestimmungswert VHS, den Bestimmungsbereich zu dem Zeitpunkt zu übersteigen, wenn der Winkelsensor 1 tatsächlich versagt hat. Folglich ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine genaue Bestimmung des Zustands des Winkelsensors 1, d.h. ob der Winkelsensor 1 versagt hat.
Der vorgegebene Zustand des Winkelsensors 1 der vorliegenden Ausführungsform kann ein anderer als der Normalzustand sein und kann jedweder Zustand sein, unter dem der Bestimmungswert VHS in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert. Auch in einem solchen Fall ist es möglich, mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, ob sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, indem der erste und zweite Grenzwert TH1 und TH2 so variiert werden, dass die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke kleiner werden als der Variationsbereich des Bestimmungsbereichs, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Ein Beispiel des Verfahrens zum Bestimmen des ersten und zweiten Referenzwerts SV1 und SV2 wird nun beschrieben. Zunächst erfolgt eine Beschreibung einer in dem Verfahren zu verwendenden Technik. Bei der Simulation wird ein Signal, das durch Hinzuaddieren eines Offset-Werts zu dem Normalerfassungssignal S11 erhalten wird, wie in 4 gezeigt, an dem Eingangsanschluss P10 eingegeben, wodurch der Winkelsensor 1 in einen Zustand gebracht wurde, der ein Versagen simuliert. Solch ein Zustand wird nachfolgend als simulierter Versagenszustand bezeichnet. 11 zeigt die Wellenform des Bestimmungswerts VHS, wenn der Offset-Wert 100 mV beträgt. In 11 stellt die horizontale Achse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Bestimmungswert VHS dar.
Ein bei dem zu erfassenden Winkel θ auftretender Fehler wird als Winkelfehler bezeichnet, der mit dem Bezugszeichen AE versehen wird. Im Fall eines Versagens des Winkelsensors 1 kann der Winkelfehler AE einen zulässigen Bereich übersteigen. Bei der Simulation wird ein Verhältnis zwischen dem Winkelfehler AE und dem Bestimmungswert VHS, während der zu erfassende Winkel θ 0° bis 360° durchläuft, in einer Grafik sowohl im Normalzustand als auch im simulierten Versagenszustand eingezeichnet. Bei der folgenden Beschreibung wird solch ein Graf als Anfangsverhältnis-Graf bezeichnet. 12 zeigt die Anfangsverhältnis-Grafen in dem Normalzustand und in dem simulierten Versagenszustand. In 12 stellt die horizontale Achse den Winkelfehler AE dar, und die vertikale Achse stellt den Bestimmungswert VHS dar. In 12 stellt die mit dem Bezugszeichen d(0) versehene gerade Linie den Anfangsverhältnis-Grafen in dem Normalzustand dar, und die mit dem Bezugszeichen d(100) versehene Kurve stellt den Anfangsverhältnis-Grafen in dem simulierten Versagenszustand dar, wenn der Offset-Wert 100 mV beträgt.
Ein Bestimmungswert VHS, der innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt, wird durch den folgenden Ausdruck (9) dargestellt. $TH 1 \leq VHS \leq TH 2$
Ein Abwandeln des Ausdrucks (9) mithilfe der Gleichungen (5) und (6) ergibt den folgenden Ausdruck (10). $SV 1 + FC \leq VHS \leq SV 2 + FC$
Dabei wird ein korrigierter Bestimmungswert VHSC als untenstehende Gleichung (11) definiert. $VHSC = VHS - FC$
Der folgende Ausdruck (12) ergibt sich aus dem Ausdruck (10) und Gleichung (11). $SV 1 \leq VHSC \leq SV 2$
Es ist aus dem Ausdruck (12) ersichtlich, dass das Herausfinden eines Variationsbereichs des korrigierten Bestimmungswerts VHSC es ermöglicht, dass der erste und zweite Referenzwert SV1 und SV2 bestimmt werden, wenn der Winkelfehler AE innerhalb des zulässigen Bereichs in dem Normalzustand liegt.
Ferner wird bei der Simulation ein Verhältnis zwischen dem Winkelfehler AE und dem korrigierten Bestimmungswert VHSC, während der zu erfassenden Winkel θ sich von 0° bis 360° verändert, sowohl im Normalzustand als auch im simulierten Versagenszustand in eine Grafik eingezeichnet. Bei der folgenden Beschreibung wird solch ein Graf als Korrekturverhältnis-Graf bezeichnet. 13 zeigt die Korrekturverhältnis-Grafen in dem Normalzustand und in dem simulierten Versagenszustand mit dem auf 100 mV festgelegten Offset-Wert. In 13 stellt die horizontale Achse den Winkelfehler AE dar, und die vertikale Achse stellt den korrigierten Bestimmungswert VHSC dar. In 13 stellt der mit dem Bezugszeichen e(0) versehene Punkt den Korrekturverhältnis-Grafen in dem Normalzustand dar, und die mit dem Bezugszeichen e(100) versehene Kurve stellt den Korrekturverhältnis-Grafen in dem simulierten Versagenszustand mit dem auf 100 mV festgelegten Offset-Wert dar.
Nun folgt eine Beschreibung von Versagensmodi des Winkelsensors 1. Mögliche Versagensfälle des Winkelsensors 1 umfassen einen, der durch ein Versagen von zumindest einer der Erfassungsschaltungen 10, 20 und 30 verursacht wurde. Versagensfälle einer Erfassungsschaltung umfassen einen, der aus einem Kurzschluss von zumindest einem der Vielzahl von MR-Elemente 50, die in der Erfassungsschaltung umfasst sind, resultiert, und einen, der aus einer Unterbrechung von zumindest einer der oberen oder unteren Elektroden 63 oder 62 resultiert. Wenn zumindest eine der Erfassungsschaltungen 10, 20 oder 30 versagt hat, wird zumindest eines der Erfassungssignale S11, S 12 und S 13 unterschiedlich zu dem in normalen Zeiten. Wenn solch ein Versagen des Winkelsensors 1 auftritt, wird der Winkelfehler AE größer als der in normalen Zeiten und der korrigierte Bestimmungswert VHSC unterscheidet sich von dem in normalen Zeiten. Mögliche Ursachen des Winkelfehlers AE umfassen solche, die dem Versagen des Winkelsensors 1 zugeschrieben werden können, und solche Ursachen, die nicht die dem Versagen des Winkelsensors 1 zugeschrieben werden können.
Der erste und zweite Referenzwert SV1 und SV2 werden durch das folgende Verfahren bestimmt, um ein solches Versagen des Winkelsensors 1 zu erfassen, dass der Winkelfehler AE einen zulässigen Bereich übersteigt. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Verhältnis zwischen dem maximalen Absolutwert des Winkelfehlers AE und dem maximalen Absolutwert des korrigierten Bestimmungswerts VHSC durch Simulation oder Experiment bestimmt. Das Verhältnis kann durch den folgenden ersten und zweiten Schritt bestimmt werden.
Bei dem ersten Schritt wird ein Signal, das durch Hinzuaddieren eines Offset-Werts zu dem normalen Erfassungssignal S11 erhalten wird, um ein Versagen des Winkelsensors 1 zu simulieren, an dem in 4 gezeigten Eingangsanschluss P10 eingegeben. Die normalen Erfassungssignale S12 und S13 werden jeweils an die Eingangsanschlüsse P20 und P30 eingegeben. Dann wird ein Korrekturverhältnis-Graf gezeichnet, welches das Verhältnis zwischen dem Winkelfehler AE und dem korrigierten Bestimmungswert VHSC darstellt, während der zu erfassende Winkel θ sich von 0° bis 360° verändert. Bei dem ersten Schritt wird ein solcher Vorgang eine Vielzahl von Malen mit unterschiedlichen Offset-Werten durchgeführt. Dadurch wird eine Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen erhalten, die der Vielzahl von Offset-Werten entsprechen.
14 und 15 zeigen Beispiele der Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen, die durch den ersten Schritt erhalten wurden. In den 14 und 15 stellt die horizontale Achse den Winkelfehler AE dar, und die vertikale Achse stellt den korrigierten Bestimmungswert VHSC dar. Die mit dem Symbol f(-200) bezeichnete Kurve stellt den Korrekturverhältnis-Grafen dar, wenn der Offset-Wert -200 mV beträgt. Die mit dem Symbol f(-100) bezeichnete Kurve stellt den Korrekturverhältnis-Grafen dar, wenn der Offset-Wert -100 mV beträgt. Die mit dem Symbol f (100) bezeichnete Kurve stellt den Korrekturverhältnis-Grafen dar, wenn der Offset-Wert 100 mV beträgt. Die mit dem Symbol f(200) bezeichnete Kurve stellt den Korrekturverhältnis-Grafen dar, wenn der Offset-Wert 200 mV beträgt. Der mit dem Symbol f(0) bezeichnete Punkt stellt den Korrekturverhältnis-Grafen dar, wenn der Offset-Wert 0 beträgt.
Bei dem zweiten Schritt wird das Verhältnis zwischen dem maximalen Absolutwert des Winkelfehlers AE und dem maximalen Absolutwert des korrigierten Bestimmungswerts VHSC in der folgenden Weise mithilfe der Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen bestimmt, die durch den ersten Schritt erhalten wurden. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird ein Punkt, der eine Kombination jedweden gegebenen Werts AEn des Winkelfehlers AE und jedweden gegebenen Werts des korrigierten Bestimmungswerts VHSC in den 14 und 15 darstellt, als (AEn, VHSCn) angegeben.
Bei dem zweiten Schritt werden zunächst ein maximaler Absolutwert AEm des Winkelfehlers AE und ein maximaler Absolutwert VHSCm des korrigierten Bestimmungswerts VHSC für jede der Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen bestimmt, außer dem Korrekturverhältnis-Graf, wenn der Offset-Wert 0 beträgt. Für die Korrekturverhältnis-Gafen mit negativen Offset-Werten sei ein Punkt (-AEm, -VHSCm) als ein erster Punkt und ein Punkt (AEm, -VHSCm) als ein zweiter Punkt angenommen. Für die Korrekturverhältnis-Grafen mit positiven Offset-Werten sei ein Punkt (AEm, VHSCm) als ein erster Punkt und ein Punkt (-AEm, VHSCm) als ein zweiter Punkt angenommen.
Als nächstes wird, wie in 15 gezeigt, eine gerade Linie oder eine polygonale Linie nahe einer geraden Linie, die eine Vielzahl erster Punkte, die der Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen entspricht, eingezeichnet. Solche eine gerade Linie oder polygonale Linie wird als die erste Linie bezeichnet und mit dem Bezugszeichen L1 versehen. Ferner wird eine gerade Linie oder eine polygonale Linie nahe einer geraden Linie, die eine Vielzahl zweiter Punkte verbindet, die der Vielzahl von Korrekturverhältnis-Grafen entspricht, eingezeichnet. Solche eine gerade Linie oder polygonale Linie wird als die zweite Linie bezeichnet und mit dem Bezugszeichen L2 versehen. Die erste und zweite Linie L1 und L2 stellen das Verhältnis zwischen dem maximalen Absolutwert des korrigierten Bestimmungswerts VHSC und dem maximalen Absolutwert des Winkelfehlers AE dar.
Als nächstes werden der erste und der zweite Referenzwert SV1 und SV2 mithilfe der ersten Linie L1 und der zweiten Linie L2 in der folgenden Weise bestimmt. Anfangs wird ein maximaler Absolutwert AEmax eines zulässigen Winkelfehlers AE bestimmt. In 15 ist AEmax beispielhaft auf 7° festgelegt. Als nächstes werden, in 15, eine dritte Linie L3, die AEmax darstellt und eine vierte Linie L4, die -AEmax darstellt, eingezeichnet. Der Bereich des Winkelfehlers AE zwischen der dritten Linie L3 und der vierten Linie L4 stellt den zulässigen Bereich des Winkelfehlers AE dar. Dann wird der Wert des korrigierten Bestimmungswerts VHSC an der Schnittstelle der dritten Linie L3 mit der zweiten Linie L2 als SV1m angenommen, und der Wert des korrigierten Bestimmungswerts VHSC an der Schnittstelle der dritten Linie L3 mit der ersten Linie L1 wird als SV2m angenommen.
Wenn der korrigierte Bestimmungswert VHSC innerhalb des Bereichs von SV1m bis SV2m liegt, dann liegt der Winkelfehler AE innerhalb des zulässigen Bereichs des Winkelfehlers AE. Somit wird, um den größten Bestimmungsbereich festzulegen, der erste Referenzwert SV1 auf SV1m festgelegt, und der zweite Referenzwert SV2 wird auf SV2m festgelegt. Um den Bestimmungsbereich zu verschmälern, kann der erste Referenzwert SV1 auf einen Wert festgelegt werden, der größer ist als SV1m und kleiner als 0, und der zweite Referenzwert SV2 kann auf einen Wert festgelegt werden, der größer ist als 0 und kleiner als SV2m.
Angenommen, dass die durch die Gleichung (7) ausgedrückte Grenzwert-Abweichungskomponente FC genutzt wird und es tritt solch ein Versagen des Winkelsensors 1 dahingehend auf, dass sich das Erfassungssignal S12 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert. In einem solchen Fall ändert sich die Grenzwert-Abweichungskomponente FC gegenüber derjenigen im Normalzustand. Jedoch ist der Wert des Koeffizienten „a“ in Gleichung (7) erheblich geringer als die Amplitude der Idealkomponente des Erfassungssignals S12. Somit ist in dem Fall eines solchen Versagens des Winkelsensors 1 dahingehend, dass sich das Erfassungssignal S12 gegenüber demjenigen im Normalzustand ändert, der Änderungsbetrag der Grenzwert-Abweichungskomponente FC deutlich geringer als derjenige des Bestimmungswerts VHS. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 mithilfe des durch den ersten und zweiten Grenzwert TH1 und TH2 definierten Bestimmungsbereichs genau zu erfassen, selbst in dem Fall des zuvor genannten Versagens.
Ebenfalls angenommen, dass die durch die Gleichung (8) ausgedrückte Grenzwert-Abweichungskomponente FC genutzt wird und es tritt solch ein Versagen des Winkelsensors 1 dahingehend auf, dass sich das Erfassungssignal S11 oder S12 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert. In solch einem Fall ändert sich die Grenzwert-Abweichungskomponente FC gegenüber derjenigen im Normalzustand. Jedoch sind die Werte der Koeffizienten „a“ und „c“ in Gleichung (8) erheblich geringer als die Amplituden der Idealkomponenten der Erfassungssignale S11 und S12. Somit ist, in dem Fall eines solchen Versagens des Winkelsensors 1 dahingehend, dass sich das Erfassungssignal S11 oder S12 gegenüber demjenigen im Normalzustand ändert, der Änderungsbetrag der Grenzwert-Abweichungskomponente FC extrem viel kleiner als der des Bestimmungswerts VHS. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 genau zu erfassen mithilfe des Bestimmungsbereichs, der durch den ersten und zweiten Grenzwert TH1 und TH2 definiert wird, selbst in dem Fall des zuvor genannten Versagens.
Die Auswirkungen des Winkelsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform außer denen, die sich aus der Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 ergeben, werden nun beschrieben. Bei dem Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 die Erfassungssignale S11, S 12 und S 13, deren Idealkomponenten zueinander um 120° phasenverschoben sind. Bei der Winkelerfassungseinheit 3 erzeugt die Berechnungseinheit 31 das Signal Sa, das die Differenz zwischen den Erfassungssignalen S11 und S12 anzeigt, und die Berechnungseinheit 32 das Signal Sb, das die Differenz zwischen den Erfassungssignalen S13 und S12 anzeigt. Wenn das Signal Sa durch die Berechnungseinheit 31 erzeugt wird, heben sich die harmonischen Fehlerkomponenten des Erfassungssignals S11 und die des Erfassungssignals S12 gegenseitig auf. Wenn das Signal Sb durch die Berechnungseinheit 32 erzeugt wird, heben sich die harmonischen Fehlerkomponenten des Erfassungssignals S13 und die des Erfassungssignals S12 gegenseitig auf. Die Berechnungseinheit 33 führt einen Vorgang mithilfe der Signale Sa und Sb durch, um den Erfassungswinkelwert θs zu erzeugen. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit die Erzeugung des Erfassungswinkelwerts θs, der eine Verringerung bei dem Fehler, der sich aus den dritten harmonischen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S11, S12 und S13 ergibt, erreicht.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Der Winkelsensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102, eine Winkelerfassungseinheit 103 und eine Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 auf, anstelle der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2, der Winkelerfassungseinheit 3 und der Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 der ersten Ausführungsform. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 und die Winkelerfassungseinheit 103 entsprechen der Einheit zum Erzeugen von Informationen einer physikalischen Größe.
Zunächst wird die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. 16 ist ein Schaltdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 veranschaulicht. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 erzeugt ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal S21, S22, S23 und S24 jeweils mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 weist eine erste Erfassungsschaltung 110 zum Erzeugen des ersten Erfassungssignals S21, eine zweite Erfassungsschaltung 120 zum Erzeugen des zweiten Erfassungssignals S22, eine dritte Erfassungsschaltung 130 zum Erzeugen des dritten Erfassungssignals S23, und eine vierte Erfassungsschaltung 140 zum Erzeugen des vierten Erfassungssignals S24 auf. Jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 110, 120, 130 und 140 weist zumindest ein Magneterfassungselement zum Erfassen des Drehmagnetfelds MF auf. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 weist ferner einen Stromversorgungsanschluss V und einen Masseanschluss G auf. Eine Stromversorgungsspannung einer vorgegebenen Größe, wie etwa 5 Volt, wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem Masseanschluss G angelegt.
Da sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode dreht, variiert der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode. In solch einem Fall variieren alle ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 periodisch mit einer zu der vorgegebenen Periode gleichen Signalperiode. Das erste bis vierte Erfassungssignal S21, S22, S23 und S24 sind zueinander phasenverschoben.
Die erste Erfassungsschaltung 110 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R111 und R112 und einen Ausgangsanschluss E110. Ein Ende des Magneterfassungselements R111 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R111 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R112 und dem Ausgangsanschluss E110 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R112 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E110 gibt das erste Erfassungssignal S21 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R111 und R112 entspricht.
Die zweite Erfassungsschaltung 120 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R121 und R122 und einen Ausgangsanschluss E120. Ein Ende des Magneterfassungselements R121 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R121 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R122 und dem Ausgangsanschluss E120 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R122 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E120 gibt das zweite Erfassungssignal S22 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R121 und R122 entspricht.
Die dritte Erfassungsschaltung 130 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R131 und R132 und einen Ausgangsanschluss E130. Ein Ende des Magneterfassungselements R131 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R131 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R132 und dem Ausgangsanschluss E130 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R132 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E130 gibt das dritte Erfassungssignal S23 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R131 und R132 entspricht.
Die vierte Erfassungsschaltung 140 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R141 und R142 und einen Ausgangsanschluss E140. Ein Ende des Magneterfassungselements R141 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R141 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R142 und dem Ausgangsanschluss E140 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R142 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E140 gibt das vierte Erfassungssignal S24 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R141 und R142 entspricht.
Die Magneterfassungselemente R111, R112, R121, R122, R131, R132, R141 und R142 sind in der gleichen Weise eingerichtet wie die Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31 und R32 der ersten Ausführungsform, abgesehen von den Magnetisierungsrichtungen der gepinnten Magnetisierungsschichten.
Bei der ersten Erfassungsschaltung 110 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R111 aufweist, in der X-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als die erste Richtung D11 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R112 aufweist, sind in einer zu der ersten Richtung D11 entgegengesetzten Richtung, d.h. der negativen X-Richtung magnetisiert. Bei der ersten Erfassungsschaltung 110 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R111 und R112 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der ersten Richtung D11 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die erste Erfassungsschaltung 110 die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D11 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das erste Erfassungssignal S21 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D11 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Bei der zweiten Erfassungsschaltung 120 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R121 aufweist, in der negativen X-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als die zweite Richtung D12 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R122 aufweist, sind in der zu der zweiten Richtung D12 entgegengesetzten Richtung, das heißt in der X-Richtung magnetisiert. Bei der zweiten Erfassungsschaltung 120 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R121 und R122 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der zweiten Richtung D12 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die zweite Erfassungsschaltung 120 die Stärke der Komponente in der zweiten Richtung D12 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das zweite Erfassungssignal S22 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der zweiten Richtung D12 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Bei der dritten Erfassungsschaltung 130 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R131 aufweist, in der Y-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als die dritte Richtung D13 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R132 aufweist, sind in der zu der dritten Richtung D13 entgegengesetzten Richtung, d.h. der negativen Y-Richtung magnetisiert. Bei der dritten Erfassungsschaltung 130 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R131 und R132 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der dritten Richtung D13 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die dritte Erfassungsschaltung 130 die Stärke der Komponente in der dritten Richtung D13 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das dritte Erfassungssignal S23 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der dritten Richtung D13 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Bei der vierten Erfassungsschaltung 140 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R141 aufweist, in der negativen Y-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als die vierte Richtung D14 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die das Magneterfassungselement R142 aufweist, sind in der zu der vierten Richtung D14 entgegengesetzten Richtung, d.h. der Y-Richtung magnetisiert. Bei der vierten Erfassungsschaltung 140 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R141 und R142 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der vierten Richtung D14 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die vierte Erfassungsschaltung 140 die Stärke der Komponente in der vierten Richtung D14 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke als das vierte Erfassungssignal S24 anzeigt. Die Stärke der Komponente in der vierten Richtung D14 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Angesichts der Herstellungsgenauigkeit der MR-Elemente oder anderer Faktoren, können sich die Magnetisierungsrichtungen der gepinnten Magnetisierungsschichten der Vielzahl der MR-Elemente in den Erfassungsschaltungen 110, 120, 130 und 140 leicht von den obenstehend beschriebenen unterscheiden.
Wenn der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 eine Idealkomponente und eine Fehlerkomponente. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass alle Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 hinsichtlich ihres Pegels angepasst sind, so dass die Änderungszentren ihrer Idealkomponenten Null werden. Die Idealkomponenten der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 sind zueinander phasenverschoben und haben ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die Idealkomponenten der Erfassungssignale S21 und S22 um 180° zueinander phasenverschoben. Die Idealkomponenten der Erfassungssignale S21 und S23 sind um 90° zueinander phasenverschoben. Die Idealkomponenten der Erfassungssignale S23 und S24 sind um 180° zueinander phasenverschoben.
Es wird nun auf 17 Bezug genommen, um die Winkelerfassungseinheit 103 und die Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 zu beschreiben. 17 ist ein FunktionsBlockdiagramm, welches die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit 103 und der Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 veranschaulicht. Die Winkelerfassungseinheit 103 und die Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 können beispielsweise durch eine ASIC-Schaltung (application-specific integrated circuit) oder einen Mikrocomputer implementiert sein.
Die Winkelerfassungseinheit 103 führt mithilfe der ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 einen Vorgang durch, um den Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ zu erzeugen. Die Winkelerfassungseinheit 103 umfasst Eingangsanschlüsse P110, P120, P130 und P140, um jeweils die Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 zu empfangen. Die Winkelerfassungseinheit 103 umfasst ferner Berechnungseinheiten 131 und 132 und eine Winkelberechnungseinheit 133.
Die Berechnungseinheit 131 erzeugt ein Signal Se, welches eine Differenz zwischen dem an dem Eingangsanschluss P110 empfangenen Erfassungssignal S21 und dem an dem Eingangsanschluss P120 empfangenen Erfassungssignal S22 angibt. Die Berechnungseinheit 132 erzeugt ein Signal Sf, das eine Differenz zwischen dem an dem Eingangsanschluss P130 empfangenen Erfassungssignal S23 und dem an dem Eingangsanschluss P140 empfangenen Erfassungssignal S24 angibt. Die Winkelberechnungseinheit 113 erzeugt den Erfassungswinkelwert θs vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der von den Berechnungseinheiten 131 und 132 erzeugten Signale Se und Sf. Die Signale Se und Sf werden durch die folgenden Gleichungen (13) bzw. (14) ausgedrückt. $Se = S 21 - S 22$
$Sf = S 23 - S 24$
18 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen des ersten bis vierten Erfassungssignals S21, S22, S23 und 24 und der Signale Se und Sf veranschaulicht. In 18 stellt die Horizontalachse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die Vertikalachse stellt die Signale S21, S22, S23, S24, Se und Sf in relativen Werten dar.
Die Winkelberechnungseinheit 133 ist eingerichtet und arbeitet auf dieselbe Weise wie die Winkelberechnungseinheit 33 der in 5 gezeigten ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Berechnungseinheit 337 einen anderen Vorgang durchführt. Wie die Winkelberechnungseinheit 133 arbeitet, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. In der Winkelberechnungseinheit 133 normalisiert die Normalisierungseinheit 331 das Signal Se, um ein Signal Sen zu erzeugen. Die Normalisierungseinheit 332 normalisiert das Signal Sf um ein Signal Sfn zu erzeugen. Die Normalisierungseinheiten 331 und 332 normalisieren die Signale Se und Sf um die Signale Sen und Sfn zu erzeugen, so dass die Signale Sen und Sfn beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 besitzen.
Die Additionseinheit 333 addiert die Signale Sen und Sfn, um ein Signal Sg zu erzeugen. Die Subtraktionseinheit 334 subtrahiert das Signal Sfn von dem Signal Sen, um ein Signal Sh zu erzeugen.
Die Normalisierungseinheit 335 normalisiert das Signal Sg, um ein Signal Sgn zu erzeugen. Die Normalisierungseinheit 336 normalisiert das Signal Sh, um ein Signal Shn zu erzeugen. Die Normalisierungseinheiten 335 und 336 normalisieren die Signale Sg und Sh, um die Signale Sgn und Shn zu erzeugen, so dass die Signale Sgn und Shn beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 besitzen.
Die Berechnungseinheit 337 führt einen durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückten Vorgang durch, um den Erfassungswinkelwert θs zu erzeugen. Es sei angemerkt, dass „atan“ in Gleichung (15) die Arcustangens-Funktion meint. $θ s = atan (Sgn/Shn) + C 2$
In Gleichung (15) ist C2 eine Konstante, die einen Winkel darstellt. Die Konstante C2 ist beispielsweise -45°. Die Konstante C2 kann gemäß solchen Faktoren wie der Montagegenauigkeit der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 102 angepasst werden.
Liegt θs im Bereich von 0° bis kleiner als 360°, hat θs in Gleichung (15) zwei Lösungen, die sich in ihrem Wert um 180° voneinander unterscheiden. Welche der beiden Lösungen von θs in Gleichung (15) der echte Wert von θs ist, kann aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen von Sgn und Shn bestimmt werden. Die Berechnungseinheit 337 bestimmt θs auf Grundlage der Gleichung (15) und der vorausgehenden Bestimmung der Kombinierung positiver und negativer Vorzeichen von Sgn und Shn innerhalb des Bereichs von 0° bis kleiner als 360°.
Nun wird die in 17 gezeigte Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 beschrieben. Die Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 umfasst eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 und eine Bestimmungseinheit 142. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 erzeugt vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der jeweiligen, an den Eingangsanschlüssen P110, P120, P130 und P140 empfangenen ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 zumindest einen Bestimmungswert. Die Bestimmungseinheit 142 bestimmt, ob sich der Winkelsensor 1 in einem vorgegebenen Zustand, d.h. in dem Normalzustand befindet, indem sie bestimmt, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt.
Ist der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand, variiert der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von einer vorgegeben physikalischen Größe, d.h. dem zu erfassenden Winkel θ. In solch einem Fall kann der zumindest eine Bestimmungswert, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, eine Idealwertkomponente und eine Bestimmungswert-Abweichungskomponente enthalten, wobei das Variieren der Bestimmungswert-Abweichungskomponente von der vorgegebenen physikalischen Größe, d.h. dem zu erfassenden Winkel θ abhängt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, insbesondere aus den zuvor beschriebenen Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Insbesondere normalisiert bei der vorliegenden Ausführungsform die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 das erste bis vierte Erfassungssignal S21, S22, S23 und S24, die an den Eingangsanschlüssen P110, P120, P130 und P140 empfangen werden, so dass diese Signale einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 besitzen. Bei der folgenden, die Funktionen der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 und die Bestimmungseinheit 142 betreffenden Beschreibung beziehen sich das erste bis vierte Erfassungssignal S21, S22, S23 und S24 auf die normalisierten Signale, falls nicht anderweitig angegeben.
Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 erzeugt vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem ersten Erfassungssignal S21 und dem zweiten Erfassungssignal S22 einen ersten Bestimmungswert VHS1 und erzeugt vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem dritten Erfassungssignal S23 und dem vierten Erfassungssignal S24 einen zweiten Bestimmungswert VHS2. Der „Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem ersten Erfassungssignal S21 und dem zweiten Erfassungssignal S22“ umfasst das Multiplizieren der bestimmten Summe aus den Erfassungssignalen S21 und S22 mit einem vorgegebenen Koeffizienten zum Normalisieren oder für andere Zwecke oder das Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu/von der bestimmten Summe aus den Erfassungssignalen S21 und S22. Die bei diesem Vorgang verwendeten Erfassungssignale S21 und S22 umfassen die normalisierten Signale. Ebenso umfasst der „Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem dritten Erfassungssignal 23 und dem vierten Erfassungssignal S24“ das Multiplizieren der bestimmten Summe aus den Erfassungssignalen S23 und S24 mit einem vorgegebenen Koeffizienten zum Normalisieren oder für andere Zwecke oder das Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu/von der bestimmten Summe aus den Erfassungssignalen S23 und S24. Die bei diesem Vorgang verwendeten Erfassungssignale S23 und S24 umfassen die normalisierten Signale. Der erste und zweite Bestimmungswert VHS1 und VHS2 werden durch die folgenden Gleichungen (16) bzw. (17) ausgedrückt. $VHS 1 = S 21 + S 22$
$VHS 2 = S 23 + S 24$
Setzt sich jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 nur aus der Idealkomponente zusammen und hat der Winkelsensor 1 nicht versagt, setzt sich der erste Bestimmungswert VHS1 nur aus einer ersten Idealwertkomponente und der zweite Bestimmungswert VHS2 nur aus einer zweiten Idealwertkomponente zusammen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die erste und die zweite Idealwertkomponente von konstantem Wert, der insbesondere 0 ist, ungeachtet des zu erfassenden Winkels θ.
In den Fällen, wo sich jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 nicht nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, kann sich der erste und/oder zweite Bestimmungswert VHS1 und/oder VHS2 von dem Wert der ersten und/oder zweiten Idealwertkomponente unterscheiden, die diesem entsprechen. Unterscheidet sich der erste Bestimmungswert VHSI von dem Wert der ersten Idealwertkomponente, kann der erste Bestimmungswert VHS1 in Abhängigkeit des zu erfassenden Winkels θ variieren. Ebenso kann der zweite Bestimmungswert VHS2 in Abhängigkeit des zu erfassenden Winkels θ variieren, wenn sich der zweite Bestimmungswert VHS2 vom Wert der zweiten Idealwertkomponente unterscheidet.
Wenn jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 eine Fehlerkomponente enthält, variieren der erste und zweite Bestimmungswert VHS 1 und VHS2 in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand, d.h. dem Normalzustand befindet. In einem solchen Fall kann der erste Bestimmungswert VHS1 eine erste Idealwertkomponente und eine erste Abweichungskomponente und der zweite Bestimmungswert VHS2 eine zweite Idealwertkomponente und eine zweite Abweichungskomponente enthalten. Die erste und die zweite Abweichungskomponente variieren in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ. Die Variationen des ersten und zweiten Bestimmungswerts VHS1 und VHS2 ergeben sich aus den Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform definiert die Bestimmungseinheit 142 einen ersten Bestimmungsbereich und einen zweiten Bestimmungsbereich. Die Bestimmungseinheit 142 definiert auch einen ersten Grenzwert TH11, einen zweiten Grenzwert TH12, einen dritten Grenzwert TH21, und einen vierten Grenzwert TH22. , Der erste Grenzwert TH11 stellt das untere Ende des ersten Bestimmungsbereichs dar, und der zweite Grenzwert TH12 stellt das obere Ende des ersten Bestimmungsbereichs dar. Der erste Bestimmungsbereich erstreckt sich somit von dem ersten Grenzwert TH11 zu dem zweiten Grenzwert TH12. Der dritte Grenzwert TH21 stellt das untere Ende des zweiten Bestimmungsbereichs dar, und der vierte Grenzwert TH22 stellt das obere Ende des zweiten Bestimmungsbereichs dar. Der zweite Bestimmungsbereich erstreckt sich somit von dem dritten Grenzwert TH21 zu dem vierten Grenzwert TH22.
Nachfolgend wird die Breite des Bereichs, über den der erste Bestimmungswert VHS1 in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, als Variationsbereich des ersten Bestimmungswerts bezeichnet. Der Variationsbereich des ersten Bestimmungswerts ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des ersten Bestimmungswerts VHS1, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet. Die Breite des Bereichs, über den der zweite Bestimmungswert VHS2 in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als Variationsbereich des zweiten Bestimmungswerts bezeichnet. Der Variationsbereich des zweiten Bestimmungswerts ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des zweiten Bestimmungswerts VHS2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Die Differenz zwischen dem ersten Grenzwert TH11 und dem ersten Bestimmungswert VHS1, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als erste Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die erste Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der ersten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der ersten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der ersten Lücke. Die Differenz zwischen dem zweiten Grenzwert TH12 und dem ersten Bestimmungswert VHS1, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als zweite Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die zweite Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der zweiten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der zweiten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der zweiten Lücke.
Die Differenz zwischen dem dritten Grenzwert TH21 und dem zweiten Bestimmungswert VHS2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als dritte Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die dritte Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der dritten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der dritten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der dritten Lücke. Die Differenz zwischen dem vierten Grenzwert TH22 und dem zweiten Bestimmungswert VHS2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als vierte Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die vierte Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der vierten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der vierten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der vierten Lücke.
Die Bestimmungseinheit 142 variiert den ersten und zweiten Grenzwert TH11 und TH12, um die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke kleiner zu machen als den Variationsbereich des ersten Bestimmungswerts. Die Bestimmungseinheit 142 variiert auch den dritten und vierten Grenzwert TH21 und TH22, um die Variationsbereiche der dritten und vierten Lücke kleiner zu machen als den Variationsbereich des zweiten Bestimmungswerts.
Es werden nun der erste bis vierte Grenzwert TH11, TH12, TH21 und TH22 genauer beschrieben. Der erste bis vierte Grenzwert TH11, TH12, TH21 und TH22 werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (18), (19), (20) und (21) ausgedrückt. $TH 11 = SV 11 + FC 1$
$TH 12 = SV 12 + FC 1$
$TH 21 = SV 21 + FC 2$
$TH 22 = SV 22 + FC 2$
SV11 ist ein erster Referenzwert, SV12 ist ein zweiter Referenzwert, SV21 ist ein dritter Referenzwert, und SV22 ist ein vierter Referenzwert. Der erste bis vierte Referenzwert SV11, SV12, SV21 und SV22 sind alle konstante Werte. Der zweite Referenzwert SV12 ist größer als der erste Referenzwert SV11. Der vierte Referenzwert SV22 ist größer als der dritte Referenzwert SV21.
Sowohl FC1 als auch FC2 sind Grenzwert-Abweichungskomponenten, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variieren. Jede der Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 wird mithilfe zumindest eines der ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 erzeugt. Auf diese Weise variiert die Bestimmungseinheit 142 den ersten bis vierten Grenzwert TH11, TH12, TH21 und TH22 mithilfe zumindest eines der ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Nun wird ein Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 beschrieben. Bei diesem Beispiel werden die Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 jeweils durch die folgenden Gleichungen (22) und (23) ausgedrückt. In Gleichung (22) sind „d“, „e“ und „f“ Koeffizienten. In Gleichung (23) sind „g“, „h“ und „i“ Koeffizienten. $FC 1 = d \cdot S 21 + e \cdot S 23 + f$
$FC 2 = g \cdot S 21 + h \cdot S 23 + i$
Es wird die Bedeutung der Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 des vorgenannten Beispiels beschrieben. Eine der Hauptursachen dafür, dass die erste Abweichungskomponente in dem ersten Bestimmungswert VHS1 enthalten ist, wenn sich der Winkelsensor 1 im Normalzustand befindet, ist, dass die Phase von zumindest einem der Erfassungssignale S21 und S22, in Anbetracht der Herstellungsgenauigkeit des Winkelsensors 1 oder anderen Faktoren von einer gewünschten Phase abweicht. In einem solchen Fall enthält das erste und/oder zweite Erfassungssignal S21 und S22 die Fehlerkomponente erster Ordnung. Infolgedessen enthält der Bestimmungswert VHS1 die erste Abweichungskomponente. Die erste Abweichungskomponente besitzt eine Periode gleich jener der Idealkomponenten der Erfassungssignale S21 und S22. Ebenso enthält der zweite Bestimmungswert VHS2 die zweite Abweichungskomponente. Die zweite Abweichungskomponente besitzt eine Periode gleich jener der Idealkomponenten der Erfassungssignale S23 und S24.
Die Grenzwert-Abweichungskomponente FC1 ist ein Näherungswert der ersten Abweichungskomponente. Die Grenzwert-Abweichungskomponente FC1 wird folgendermaßen abgeleitet: Die erste Abweichungskomponente kann als d·cosθ + e·sinθ + f ausgedrückt werden. Dabei entspricht cosθ der Idealkomponente des ersten Erfassungssignals S21 und sinθ entspricht der Idealkomponente des dritten Erfassungssignals S23. Wenn cosθ als S21 angenähert wird und sinθ als S23 angenähert wird, kann die erste Abweichungskomponente als d·S21 + e·S23 + f angenähert werden. Aus dem Vorgenannten geht hervor, dass die durch Gleichung (22) ausgedrückte Grenzwert-Abweichungskomponente FC1 als ein Näherungswert der ersten Abweichungskomponente gelten kann.
Auf ähnliche Weise geht hervor, dass die Grenzwert-Abweichungskomponente FC2, die durch Gleichung (23) ausgedrückt wird, als ein Näherungswert der zweiten Abweichungskomponente gelten kann. Die Werte der Koeffizienten „d“, „e“ und „f“ in Gleichung (22) und der Koeffizienten „g“, „h“ und „i“ in Gleichung (23) werden beispielsweise gemäß den Ergebnissen der Messungen der Bestimmungswerte VHS1 und VHS2 bestimmt, die vor dem Versand des nicht-ausgefallenen Winkelsensors 1 durchgeführt werden.
Die erste Abweichungskomponente und die zweite Abweichungskomponente besitzen eine erheblich kleinere Amplitude als die Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24. Somit sind die Werte der Koeffizienten „d“ und „e“ in Gleichung (22) und der Koeffizienten „g“ und „h“ in Gleichung (23) ebenfalls erheblich kleiner als die Amplitude der Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24. Genauer betragen die Werte der Koeffizienten „d“, „e“, „g“ und „h“ jeweils 10% oder weniger der Amplitude der Idealkomponente jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Das Variieren des ersten und zweiten Grenzwerts TH11 und TH12 mithilfe des zuvor genannten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC1 führt dazu, dass der Variationsbereich der ersten und zweiten Lücke viel kleiner ist als der Variationsbereich des ersten Bestimmungswerts. Gleichermaßen führt das Variieren des dritten und vierten Grenzwerts TH21 und TH22 mithilfe des zuvor genannten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC2 dazu, dass der Variationsbereich der dritten und vierten Lücke viel kleiner ist als der Variationsbereich des zweiten Bestimmungswerts.
Die Bestimmungseinheit 142 bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet, wenn der erste Bestimmungswert VHS1 innerhalb des ersten Bestimmungsbereichs liegt und der zweite Bestimmungswert VHS2 innerhalb des zweiten Bestimmungsbereichs liegt. In anderen Fällen bestimmt die Bestimmungseinheit 142, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Die Bestimmungseinheit 142 gibt ein Signal aus, das das Bestimmungsergebnis anzeigt. Der erste bis vierte Referenzwert SV11, SV12, SV21 und SV22 werden bestimmt, um die Erfassung eines solchen Versagens des Winkelsensors 1 zu ermöglichen, dass der Winkelfehler AE einen zulässigen Bereich übersteigt, wie beispielsweise in der ersten Ausführungsform.
Es wird nun ein Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem vorgegebenen Zustand, d.h. dem Normalzustand befindet. Das Zustandsbestimmungsverfahren wird von der Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt.
Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem in 8 gezeigten Ablaufdiagramm. In Schritt S101 der vorliegenden Ausführungsform werden der erste und zweite Bestimmungswert VHS1 und VHS2 vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 erzeugt. Schritt S101 der vorliegenden Ausführungsform wird durch die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 durchgeführt, die in 17 gezeigt ist. Die Einzelheiten von Schritt S101 sind die gleichen wie die Einzelheiten des Vorgangs der obenstehend beschriebenen Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141.
Bei Schritt S102 der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet, wenn der erste Bestimmungswert VHS1 innerhalb des ersten Bestimmungsbereichs liegt und der zweite Bestimmungswert VHS2 innerhalb des zweiten Bestimmungsbereichs liegt. In anderen Fällen wird bestimmt, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Schritt S102 der vorliegenden Ausführungsform wird durch die Bestimmungseinheit 142 durchgeführt, die in 17 gezeigt ist. Die Einzelheiten von Schritt S102 sind die gleichen wie die Einzelheiten des Vorgangs der obenstehend beschriebenen Bestimmungseinheit 142.
Die Auswirkungen des Winkelsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. 19 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen des ersten Bestimmungswerts VHS1 und des ersten und zweiten Grenzwerts TH1 1 und TH12 veranschaulicht. In 19 stellt die horizontale Achse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den ersten Bestimmungswert VHS1 und den ersten und zweiten Grenzwert TH11 und TH12 in relativen Werten dar. Obwohl nicht veranschaulicht, haben der zweite Bestimmungswert VHS2 und der dritte und vierte Grenzwert TH21 und TH22 Wellenformen, die jeweils ähnlich zu denen des in 19 gezeigten ersten Bestimmungswerts VHS1 und des in 19 gezeigten ersten und zweiten Grenzwerts TH11 und TH12 sind.
Nun folgt eine Beschreibung eines Winkelsensors eines zweiten Vergleichsbeispiels. Der Winkelsensor des zweiten Vergleichsbeispiels umfasst eine Bestimmungseinheit des zweiten Vergleichsbeispiels anstelle der Bestimmungseinheit 142, um zu bestimmen, ob sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet. Bei dem zweiten Vergleichsbeispiel definiert die Bestimmungseinheit erste und zweite Bestimmungsbereiche des zweiten Vergleichsbeispiels. Jeder der ersten und zweiten Bestimmungsbereiche des zweiten Vergleichsbeispiels hat unveränderliche zwei Grenzwerte, die beide Enden des Bereichs darstellen.
Der Winkelsensor des zweiten Vergleichsbeispiels weist das folgende Problem auf. Für den Winkelsensor des zweiten Vergleichsbeispiels müssen der erste und zweite Bestimmungsbereich des zweiten Vergleichsbeispiels wie folgt eingestellt werden, um eine Situation zu verhindern, in der bestimmt wird, dass der Winkelsensor versagt hat, obwohl sich der Winkelsensor in dem Normalzustand befindet. Der erste Bestimmungsbereich des zweiten Vergleichsbeispiels muss ein Bereich sein, der den Variationsbereich des ersten Bestimmungswerts VHS1 umfasst und breiter als dieser ist, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet. Der zweite Bestimmungsbereich des zweiten Vergleichsbeispiels muss ein Bereich sein, der den Variationsbereich des zweiten Bestimmungswerts VHS2 umfasst und breiter als dieser ist, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet. Wenn jedoch der erste und zweite Bestimmungsbereich des zweiten Vergleichsbeispiels auf solche Bereiche festgelegt sind, ist es nicht möglich, einen Ausfall des Winkelsensors 1 so genau zu erfassen wie in dem Fall des in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen ersten Vergleichsbeispiels.
Im Gegensatz dazu sind, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke viel kleiner als der Variationsbereich des ersten Bestimmungswerts und die Variationsbereiche der dritten und vierten Lücke viel kleiner als der Variationsbereich des zweiten Bestimmungswerts, wie obenstehend beschrieben. Im Ergebnis erzielt die vorliegende Ausführungsform eine Verringerung der ersten bis vierten Lücke, während eine Situation verhindert wird, in der bestimmt wird, dass der Winkelsensor 1 selbst in dem Normalzustand versagt hat. Dies ermöglicht es somit, dass zumindest einer der ersten und zweiten Bestimmungswerte VHS 1 und VHS2 den Bestimmungsbereich in dem Moment überschreitet, wenn der Winkelsensor 1 tatsächlich versagt. Folglich ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine genaue Bestimmung des Zustands des Winkelsensors 1, d.h. ob der Winkelsensor 1 versagt hat.
Angenommen, die jeweils durch die Gleichungen (22) und (23) ausgedrückten Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 werden eingesetzt und es kommt zu einem Versagen des Winkelsensors 1 von der Art, dass sich das Erfassungssignal S21 oder S23 gegenüber demjenigen im Normalzustand ändert. In einem solchen Fall ändern sich die Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 gegenüber denjenigen im Normalzustand. Jedoch sind die Werte der Koeffizienten „d“ und „e“ in Gleichung (22) und der Koeffizienten „g“ und „h“ in Gleichung (23) erheblich kleiner als die Amplituden der Idealkomponenten der Erfassungssignale S21 und S23. Somit sind bei Auftreten eines solchen Versagens des Winkelsensors 1, dass sich das Erfassungssignal S21 oder S23 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert, die Änderungsbeträge der Grenzwert-Abweichungskomponenten FC1 und FC2 erheblich kleiner als diejenigen der Bestimmungswerte VHS 1 und VHS2. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 mithilfe der ersten und zweiten Bestimmungsbereiche selbst bei Auftreten des vorgenannten Versagens genau zu erfassen.
Die anderen Ausgestaltungen, Funktionen und Wirkweisen der vorliegenden Ausführungsform sind denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich, mit Ausnahme einer Ausgestaltung, die bei der ersten Ausführungsform einzigartig ist, und die Funktionen und Wirkweisen, die auf derselben basieren.
[Dritte Ausführungsform]
Es wird nun eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Winkelsensor 1 gemäß der dritten Ausführungsform ist der gleiche wie der Winkelsensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, abgesehen von den Einzelheiten der Vorgänge der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 und der Bestimmungseinheit 142 der Zustandsbestimmungsvorrichtung 104.
Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 der vorliegenden Ausführungsform normalisiert die an den Eingangsanschlüssen P110, P120, P130 und P140 empfangenen ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24, so dass diese Signale einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 besitzen, wie bei der zweiten Ausführungsform. Bei der folgenden Beschreibung, welche die Vorgänge der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 und der Bestimmungseinheit 142 betrifft, beziehen sich das erste bis vierte Erfassungssignal S21, S22, S23 und S24 auf die normalisierten Signale, es sei denn, dies ist anderweitig angegeben.
Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 erzeugt einen Bestimmungswert dLr vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe des ersten bis vierten Erfassungssignals S21, S22, S23 und S24. Bei der vorliegenden Ausführungsform erzeugt insbesondere die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 den Bestimmungswert dLr vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S21 und dem zweiten Erfassungssignal S22 und dem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal S23 und dem vierten Erfassungssignal S24. Der „Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S21 und dem zweiten Erfassungssignal S22 und dem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal S23 und dem vierten Erfassungssignal S24“ umfasst das Multiplizieren der bestimmten Summe mit einem vorgegebenen Koeffizienten zur Normalisierung oder für andere Zwecke, oder das Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu/von der bestimmten Summe. Die in diesem Vorgang verwendeten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 umfassen die normalisierten Signale.
Der Vorgang zum Erzeugen des Bestimmungswerts dLr wird nun genauer beschrieben. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 führt zunächst einen durch die folgende Gleichung (24) ausgedrückten Vorgang durch, um einen Anfangsbestimmungswert Lr zu erzeugen. $Lr = {(S 21 - S 22)}^{2} + {(S 23 - S 24)}^{2}$
Dann führt die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 einen durch die folgende Gleichung (25) ausgedrückten Vorgang durch, um den Bestimmungswert dLr zu erzeugen. $dLr = Lr - Lrav$
Lrav in Gleichung (25) ist ein Durchschnitt des Anfangsbestimmungswert Lr, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet und sich der zu erfassende Winkel θ von 0° bis 360° verändert. Der Durchschnitt Lrav wird beispielsweise gemäß dem Ergebnis einer Messung des Anfangsbestimmungswerts Lr bestimmt, die vor dem Versand des Winkelsensors 1, der nicht versagt hat, durchgeführt wird.
Wenn sich jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, setzt sich der Bestimmungswert dLr nur aus der Idealwertkomponente zusammen. Die Idealwertkomponente besitzt einen konstanten Wert, insbesondere den Wert 0, ungeachtet des zu erfassenden Winkels θ.
In den Fällen, in denen sich jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 nicht nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, kann sich der Bestimmungswert dLr von dem Wert der Idealwertkomponente unterscheiden. Unterscheidet sich der Bestimmungswert dLr von dem Wert der Idealwertkomponente, kann der Bestimmungswert dLr in Abhängigkeit des zu erfassenden Winkels θ variieren.
Wenn jedes der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 eine Fehlerkomponente enthält, variiert der Bestimmungswert dLr in Abhängigkeit des zu erfassenden Winkels θ, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand, d.h. in dem Normalzustand, befindet. In solch einem Fall kann der Bestimmungswert dLr eine Idealwertkomponente und eine Abweichungskomponente enthalten, wobei die Abweichungskomponente in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkels θ variiert. Die Variation des Bestimmungswerts dLr, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, ergibt sich aus den Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Bei der vorliegenden Ausführungsform definiert die Bestimmungseinheit 142 einen Bestimmungsbereich, einen ersten Grenzwert TH31, und einen zweiten Grenzwert TH32. Der erste Grenzwert TH31 stellt das untere Ende des Bestimmungsbereichs dar, und der zweite Grenzwert TH32 stellt das obere Ende des Bestimmungsbereichs dar. Der Bestimmungsbereich erstreckt sich somit von dem ersten Grenzwert TH31 zu dem zweiten Grenzwert TH32.
Nachfolgend wird die Breite des Bereichs, über den der Bestimmungswert dLr in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wenn der Winkelsensor 1 sich in dem vorgegebenen Zustand befindet, als Variationsbereich des Bestimmungswerts bezeichnet. Der Variationsbereich des Bestimmungswerts ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Bestimmungswerts dLr, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Die Differenz zwischen dem ersten Grenzwert TH31 und dem Bestimmungswert dLr, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als erste Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die erste Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der ersten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der ersten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der ersten Lücke. Die Differenz zwischen dem zweiten Grenzwert TH32 und dem Bestimmungswert dLr, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als zweite Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die zweite Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der zweiten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der zweiten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der zweiten Lücke.
Die Bestimmungseinheit 142 variiert den ersten und zweiten Grenzwert TH31 und TH32, um die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke kleiner als den Variationsbereich des Bestimmungswerts zu machen.
Nun werden der erste und zweite Grenzwert TH31 und TH32 genauer beschrieben. Der erste und zweite Grenzwert TH31 und TH32 werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (26) und (27) ausgedrückt. $TH 31 = SV 31 + FC 3$
$TH 32 = SV 32 + FC 3$
SV31 ist ein erster Referenzwert, und SV32 ist ein zweiter Referenzwert. Sowohl der erste als auch der zweite Referenzwert SV31 und SV32 sind konstante Werte. Der zweite Referenzwert SV32 ist größer als der erste Referenzwert SV31.
FC3 ist eine Grenzwert-Abweichungskomponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert. Die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 wird mithilfe zumindest eines der ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 erzeugt. Auf diese Weise variiert die Bestimmungseinheit 142 den ersten und zweiten Grenzwert TH31 und TH32 mithilfe zumindest eines der ersten bis vierten Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Es werden nun ein erstes und ein zweites Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 beschrieben. Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 wird durch die folgende Gleichung (28) ausgedrückt. In Gleichung (28) sind „j“ und „k“ Koeffizienten. $FC 3 = j \cdot (8 \cdot S 21^{4} - 8 \cdot S 21^{2} + 1) + k$
Die Bedeutung des ersten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 wird beschrieben. Einer der Hauptgründe dafür, dass eine Abweichungskomponente in dem Bestimmungswert dLr enthalten ist, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet, besteht darin, dass die Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 die jeweiligen dritten harmonischen Fehlerkomponenten enthalten. Wenn der Bestimmungswert dLr durch die Gleichungen (24) und (25) erzeugt wird, enthält der sich ergebende Bestimmungswert dLr eine Abweichungskomponente. Die Abweichungskomponente besitzt eine Periode von ¼ der Periode der Idealkomponente der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24. Eine solche Abweichungskomponente wird nachfolgend als Abweichungskomponente vierter Ordnung bezeichnet.
Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 ist ein Näherungswert der Abweichungskomponente vierter Ordnung. Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 wird folgendermaßen hergeleitet. Die Abweichungskomponente vierter Ordnung kann als j·cos(4θ) + k ausgedrückt werden. Dies kann in j·(8-cos⁴θ - 8·cos²θ + 1) + k umgewandelt werden. Dabei entspricht cosθ der Idealkomponente des ersten Erfassungssignals S21. Cosθ kann dann als S21 angenähert werden. In einem solchen Fall kann die Abweichungskomponente vierter Ordnung als j·(8·S21⁴ - 8·S21² + 1) + k angenähert werden. Aus dem vorstehenden kann somit die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3, die durch Gleichung (28) ausgedrückt wird, als Näherungswert der Abweichungskomponente vierter Ordnung bezeichnet werden. Die Werte der Koeffizienten „j“ und „k“ in Gleichung (28) werden beispielsweise gemäß dem Ergebnis einer Messung des Bestimmungswerts dLr vor dem Versand des nicht-ausgefallenen Winkelsensors 1 bestimmt.
Die Abweichungskomponente vierter Ordnung besitzt eine erheblich kleinere Amplitude als die Idealkomponenten der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24. Somit ist der Wert des Koeffizienten „j“ in Gleichung (28) auch erheblich kleiner als die Amplitude der Idealkomponente von jedem der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24. Genauer beträgt der Wert des Koeffizienten „j“ 10 % oder weniger der Amplitude der Idealkomponente von jedem der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Wenn zumindest eines der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 die Fehlerkomponente erster Ordnung enthält, weicht die Phase der Abweichungskomponente vierter Ordnung von derjenigen in dem Fall ab, in dem keines der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 die Fehlerkomponente erster Ordnung enthält. Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 soll einer solchen Situation Rechnung tragen.
Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 wird durch die folgende Gleichung (29) ausgedrückt. In Gleichung (29) sind „j“, „k“ und „m“ Koeffizienten. $FC 3 = j \cdot (8 \cdot S 21^{4} - 8 \cdot S 21^{2} + 1) + m \cdot (8 \cdot S 23^{4} - 8 \cdot S 23^{2} + 1) + k$
Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 enthält die beiden Erfassungssignale S21 und S23. Somit nutzt, wenn das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 eingesetzt wird, die Bestimmungseinheit 142 die beiden Erfassungssignale S21 und S23, um den ersten und zweiten Grenzwert TH31 und TH32 zu variieren.
Die Werte der Koeffizienten „j“ und „m“ können angepasst werden, um die Phase des zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 zu verändern. Dies ermöglicht es, die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 dahingehend festzulegen, sich der Abweichungskomponente vierter Ordnung anzunähern, selbst wenn zumindest eines der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 die Fehlerkomponente erster Ordnung enthält. Die Werte der Koeffizienten „j“, „k“ und „m“ in Gleichung (29) werden beispielsweise gemäß dem Ergebnis einer Messung des Bestimmungswerts dLr bestimmt, die vor dem Versand des nicht-ausgefallenen Winkelsensors 1 durchgeführt wird. Wie der Koeffizient „j“ ist auch der Wert des Koeffizienten „m“ erheblich kleiner als die Amplitude der Idealkomponente von jedem der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24. Genauer ist der Wert des Koeffizienten „m“ 10% oder weniger der Amplitude der Idealkomponente von jedem der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24.
Wenn der Bestimmungswert dLr die Abweichungskomponente vierter Ordnung enthält, führt das Variieren des ersten und zweiten Grenzwerts TH31 und TH32 mithilfe des ersten oder zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 dazu, dass die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke viel kleiner sind als der Variationsbereich des Bestimmungswerts.
Die Bestimmungseinheit 142 bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet wenn der Bestimmungswert dLr innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt. In anderen Fällen bestimmt die Bestimmungseinheit 142, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Die Bestimmungseinheit 142 gibt ein Signal aus, welches das Bestimmungsergebnis anzeigt. Der erste und zweite Referenzwert SV31 und SV32 werden bestimmt, um eine Erfassung eines solchen Versagens des Winkelsensors 1 zu ermöglichen, dass der Winkelfehler AE einen zulässigen Bereich übersteigt, wie beispielsweise in der ersten Ausführungsform.
Ein Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bestimmen, ob der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sich in einem vorgegebenen Zustand oder dem Normalzustand befindet. Das Zustandsbestimmungsverfahren wird von der Zustandsbestimmungsvorrichtung 104 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt.
Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist grundsätzlich wie in dem Ablaufdiagramm in 8 dargestellt. In Schritt S101 der vorliegenden Ausführungsform wird der Bestimmungswert dLr vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Erfassungssignale S21, S22, S23 und S24 erzeugt. Schritt S101 der vorliegenden Ausführungsform wird durch die in 17 dargestellte Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141 durchgeführt. Die Einzelheiten von Schritt S101 sind die gleichen wie die Einzelheiten des zuvor beschriebenen Vorgangs der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 141.
In Schritt S102 der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 im Normalzustand befindet, wenn der Bestimmungswert dLr innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt. In anderen Fällen wird bestimmt, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Schritt S102 der vorliegenden Ausführungsform wird von der in 17 gezeigten Bestimmungseinheit 142 durchgeführt. Die Einzelheiten von Schritt S102 sind die gleichen wie die Einzelheiten des zuvor beschriebenen Vorgangs der Bestimmungseinheit 142.
Die Auswirkungen des Winkelsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun unter Bezugnahme auf 20 beschrieben. 20 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für Wellenformen des Anfangsbestimmungswerts Lr, des Bestimmungswerts dLr und des ersten und zweiten Grenzwerts TH31 und TH32 veranschaulicht. In 20 stellt die Horizontalachse den zu erfassenden Winkel θ dar, und die Vertikalachse stellt den Anfangsbestimmungswert Lr, den Bestimmungswert dLr und den ersten und zweiten Grenzwert TH31 und TH32 dar.
Zunächst erfolgt eine Beschreibung eines Winkelsensors eines dritten Vergleichsbeispiels. Der Winkelsensor des dritten Vergleichsbeispiels umfasst eine Bestimmungseinheit des dritten Vergleichsbeispiels anstelle der Bestimmungseinheit 142, um zu bestimmen, ob sich der Winkelsensor in einem vorgegebenen Zustand befindet. Bei dem dritten Vergleichsbeispiel definiert die Bestimmungseinheit einen Bestimmungsbereich des dritten Vergleichsbeispiels. Der Bestimmungsbereich des dritten Vergleichsbeispiels hat unveränderliche zwei Grenzwerte, die beide Enden des Bereichs darstellen.
Der Winkelsensor des dritten Vergleichsbeispiels weist das folgende Problem auf. Für den Winkelsensor des dritten Vergleichsbeispiels muss, um eine Situation zu verhindern, in der bestimmt wird, dass der Winkelsensor versagt hat, obwohl sich der Winkelsensor in dem Normalzustand befindet, der Bestimmungsbereich des dritten Vergleichsbeispiels auf einen Bereich festgelegt werden, der den Variationsbereich des Bestimmungswerts dLr umfasst und breiter als dieser ist, wenn sich der Winkelsensor in dem Normalzustand befindet. Wenn jedoch der Bestimmungsbereich des dritten Vergleichsbeispiels auf solch einen Bereich festgelegt wird, ist es nicht möglich, ein Versagen des Winkelsensors zu erfassen wie in dem Fall des in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen ersten Vergleichsbeispiels.
Im Gegensatz dazu sind die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke gemäß der vorliegenden Ausführungsform viel kleiner als der Variationsbereich des Bestimmungswerts, wie zuvor beschrieben. Im Ergebnis erzielt die vorliegende Ausführungsform eine Verringerung der ersten und zweiten Lücke, während eine Situation verhindert wird, in der bestimmt wird, dass der Winkelsensor 1 selbst im Normalzustand versagt hat. Dies ermöglicht es, dass der Bestimmungswert dLr den Bestimmungsbereich in dem Moment überschreitet, wenn der Winkelsensor 1 tatsächlich versagt. Folglich ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine exakte Bestimmung des Zustands des Winkelsensors 1, also ob der Winkelsensor 1 versagt hat.
Angenommen, die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3, die durch die Gleichung (28) ausgedrückt wird, wird eingesetzt und es kommt zu einem Versagen des Winkelsensors 1 von der Art, dass sich das Erfassungssignal S21 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert. In einem solchen Fall ändert sich die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 gegenüber derjenigen im Normalzustand. Der Wert des Koeffizienten „j“ in Gleichung (28) ist jedoch erheblich kleiner als die Amplitude der Idealkomponente des Erfassungssignals S21. Somit ist bei dem Ereignis eines Versagens des Winkelsensors 1 dahingehend, dass sich das Erfassungssignal S21 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert, der Änderungsbetrag der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 erheblich kleiner als derjenige des Bestimmungswerts dLr. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 mithilfe des Bestimmungsbereichs, der durch den ersten und zweiten Grenzwert definiert wird, selbst bei Auftreten des vorgenannten Versagens genau zu bestimmen.
Auch sei angenommen, dass die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3, die durch Gleichung (29) ausgedrückt wird, eingesetzt wird und ein solches Versagen des Winkelsensors 1 auftritt, dass sich das Erfassungssignal S21 oder S23 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert. In einem solchen Fall ändert sich die Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 gegenüber derjenigen im Normalzustand. Die Werte der Koeffizienten „j“ und „m“ in Gleichung (29) sind jedoch erheblich kleiner als die Amplituden der Idealkomponenten der Erfassungssignale S21 und S23. Somit ist bei dem Ereignis eines Versagens des Winkelsensors 1 dahingehend, dass sich das Erfassungssignal S21 oder S23 gegenüber demjenigen im Normalzustand ändert, der Änderungsbetrag der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 erheblich kleiner als derjenige des Bestimmungswerts dLr. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 mithilfe des Bestimmungsbereichs, der durch den ersten und zweiten Grenzwert definiert wird, selbst im Falle des vorgenannten Versagens genau zu bestimmen.
Die anderen Ausgestaltungen, Funktionen und Wirkungsweisen der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Der Winkelsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202, eine Winkelerfassungseinheit 203 und eine Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 anstelle der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2, der Winkelerfassungseinheit 3 und der Zustandsbestimmungsvorrichtung 4 der ersten Ausführungsform. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 und die Winkelerfassungseinheit 203 entsprechen der Einheit zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 21 die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 beschrieben. 21 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 veranschaulicht. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 erzeugt ein erstes Erfassungssignal S31 und ein zweites Erfassungssignal S32 mit jeweils einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 umfasst eine erste Erfassungsschaltung 210 zum Erzeugen des ersten Erfassungssignals S31 und eine zweite Erfassungsschaltung 220 zum Erzeugen des zweiten Erfassungssignals S32. Die erste und zweite Erfassungsschaltung 210 und 220 umfassen jeweils zumindest ein Magneterfassungselement zum Erfassen des Drehmagnetfelds MF. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 202 umfasst ferner einen Stromversorgungsanschluss V und einen Masseanschluss G. Eine Stromversorgungsspannung einer vorgegebenen Größe wie etwa 5 Volt wird zwischen den Stromversorgungsanschluss V und den Masseanschluss G angelegt.
Da sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode dreht, variiert der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode. In einem solchen Fall variieren sowohl das erste Erfassungssignal S31 als auch das zweite Erfassungssignal S32 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgegebenen Periode ist. Das erste und zweite Erfassungssignal S31 und S32 sind zueinander phasenverschoben.
Die erste Erfassungsschaltung 210 umfasst ein Paar in Reihe geschaltete Magneterfassungselemente R211 und R212 und einen Ausgangsanschluss E210. Ein Ende des Magneterfassungselements R211 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R211 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R212 und dem Ausgangsanschluss E210 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R212 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E210 gibt das erste Erfassungssignal S31 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R211 und R212 entspricht.
Die zweite Erfassungsschaltung 220 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R221 und R222 und einen Ausgangsanschluss E220. Ein Ende des Magneterfassungselements R221 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R221 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R222 und dem Ausgangsanschluss E220 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R222 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Der Ausgangsanschluss E220 gibt das zweite Erfassungssignal S32 aus, das dem Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R221 und R222 entspricht.
Die Magneterfassungselemente R211, R212, R221 und R222 sind auf die gleiche Weise eingerichtet wie die Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31 und R32 der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Magnetisierungsrichtungen der gepinnten Magnetisierungsschichten.
Bei der ersten Erfassungsschaltung 210 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die in dem Magneterfassungselement R211 umfasst sind, in X-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als erste Richtung D21 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die in dem Magneterfassungselement R212 umfasst sind, sind in der Gegenrichtung der ersten Richtung D21 magnetisiert, also der negativen X-Richtung. Bei der ersten Erfassungsschaltung 210 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R211 und R212 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der ersten Richtung D21 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die erste Erfassungsschaltung 210 die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D21 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das als das erste Erfassungssignal S31 die Stärke angibt. Die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D21 des Drehmagnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Bei der zweiten Erfassungsschaltung 220 sind die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die in dem Magneterfassungselement R221 umfasst sind, in Y-Richtung magnetisiert. Diese Magnetisierungsrichtung wird nachfolgend als zweite Richtung D22 bezeichnet. Die gepinnten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente, die in dem Magneterfassungselement R222 umfasst sind, sind in der Gegenrichtung der zweiten Richtung D22 magnetisiert, also der negativen Y-Richtung. Bei der zweiten Erfassungsschaltung 220 variiert das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magneterfassungselementen R221 und R222 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der zweiten Richtung D22 des Drehmagnetfelds MF. Somit erfasst die zweite Erfassungsschaltung 220 die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D22 des Drehmagnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das als das zweite Erfassungssignal S32 die Stärke angibt. Die Stärke der Komponente in der zweiten Richtung D22 des Drehmagnetfelds MF besitzt eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
In Anbetracht der Herstellungsgenauigkeit der MR-Elemente oder anderen Faktoren können sich die Magnetisierungsrichtungen der gepinnten Magnetschichten der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungsschaltungen 210 und 220 geringfügig von den oben beschriebenen unterscheiden.
Wenn der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der Erfassungssignale S31 und S32 eine Idealkomponente und eine Fehlerkomponente. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass beide Erfassungssignale S31 und S32 hinsichtlich ihres Pegels angepasst sind, so dass die Änderungszentren ihrer Idealkomponenten Null werden. Die Idealkomponenten der Erfassungssignale S31 und S32 sind zueinander phasenverschoben und haben ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die Idealkomponenten der Erfassungssignale S31 und S32 voneinander um 90° phasenverschoben.
Es wird nun auf 22 Bezug genommen, um die Winkelerfassungseinheit 203 und die Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 zu beschreiben. 22 ist ein Funktions-Blockdiagramm, welches die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit 203 und der Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 veranschaulicht. Die Winkelerfassungseinheit 203 und die Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 können beispielsweise durch eine Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen Mikrocomputer implementiert sein.
Die Winkelerfassungseinheit 203 führt mithilfe des ersten und zweiten Erfassungssignals S21, S22 einen Vorgang durch, um den Erfassungswinkelwert 9s zu erzeugen, der eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ besitzt. Die Winkelerfassungseinheit 203 umfasst die Eingangsanschlüsse P210 und P220, um jeweils die Erfassungssignale S31 und S32 zu empfangen, und eine Winkelberechnungseinheit 133.
Die Winkelberechnungseinheit 133 ist eingerichtet und arbeitet bis auf die folgenden Unterschiede auf dieselbe Weise wie in der zweiten Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform empfängt die Normalisierungseinheit 331 (vgl. 5) der Winkelberechnungseinheit 133 anstelle des Signals Se der zweiten Ausführungsform das erste Erfassungssignal S32. Die Normalisierungseinheit 332 (vgl. 5) der Winkelberechnungseinheit 133 empfängt ferner anstelle des Signals Sf der zweiten Ausführungsform das zweite Erfassungssignal S32.
Es wird nun die in 22 gezeigte Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 beschrieben. Die Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 umfasst eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 und eine Bestimmungseinheit 242.
Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 normalisiert das erste und das zweite Erfassungssignal S31 und S32, die an den Eingangsanschlüssen P210 und P220 aufgenommen werden, so dass diese Signale einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 aufweisen. Bei der folgenden Beschreibung, welche die Vorgänge der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 und der Bestimmungseinheit 242 betrifft, beziehen sich das erste und das zweite Erfassungssignal S31 und S32 auf die normalisierten Signale, falls nicht anderweitig angegeben.
Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 erzeugt vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe des ersten und zweiten Erfassungssignals S31 und S32 einen Bestimmungswert dLr2. Bei der vorliegenden Ausführungsform erzeugt insbesondere die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 den Bestimmungswert dLr2 vermittels Durchführen eines Vorgangs umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals S31 und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals S32. Der „Vorgang umfassend das Bestimmen der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals S31 und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals S32“ umfasst das Multiplizieren der bestimmten Summe mit einem vorgegebenen Koeffizienten zur Normalisierung oder anderen Zwecken oder das Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu/von der bestimmten Summe. Die bei diesem Vorgang genutzten Erfassungssignale S31 und S32 umfassen die normalisierten Signale.
Der Vorgang zum Bestimmen des Bestimmungswerts dLr2 wird nun genauer beschrieben. Die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 führt zunächst einen durch die folgende Gleichung (30) ausgedrückten Vorgang durch, um einen Anfangsbestimmungswert Lr2 zu erzeugen. $Lr 2 = S 31^{2} + S 32^{2}$
Dann führt die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 einen durch die folgende Gleichung (31) ausgedrückten Vorgang durch, um den Bestimmungswert dLr2 zu erzeugen. $dLr 2 = Lr 2 - Lr 2 av$
Lr2av in Gleichung (31) ist ein Durchschnitt des Anfangsbestimmungswerts Lr2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet und der zu erfassende Winkel θ sich von 0° bis 360° verändert. Der Durchschnitt Lr2av wird beispielsweise gemäß dem Ergebnis einer Messung des Anfangsbestimmungswerts Lr2 bestimmt, die vor dem Versand des Winkelsensors, der nicht versagt hat, durchgeführt wird.
Wenn sich jedes der Erfassungssignale S31 und S32 nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, setzt sich der Bestimmungswert dLr2 nur aus der Idealwertkomponente zusammen. Die Idealwertkomponente besitzt einen konstanten Wert, genauer den Wert 0, ungeachtet des zu erfassenden Winkels θ.
In den Fällen, in denen sich jedes der Erfassungssignale S31 und S32 nicht nur aus der Idealkomponente zusammensetzt und der Winkelsensor 1 nicht versagt hat, kann sich der Bestimmungswert dLr2 von dem Wert der Idealwertkomponente unterscheiden. Unterscheidet sich der Bestimmungswert dLr2 von dem Wert der Idealwertkomponente, kann der Bestimmungswert dLr2 in Abhängigkeit des zu erfassenden Winkels θ variieren.
Wenn jedes der Erfassungssignale S31 und S32 eine Fehlerkomponente enthält, variiert der Bestimmungswert dLr2 in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand, d.h. dem Normalzustand befindet. In einem solchen Fall kann der Bestimmungswert dLr2 die Idealwertkomponente und eine Abweichungskomponente enthalten, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkels θ variiert. Die Variation des Bestimmungswerts dLr2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, ergibt sich aus der Fehlerkomponenten der Erfassungssignale S31 und S32.
Bei der vorliegenden Ausführungsform definiert die Bestimmungseinheit 242 einen Bestimmungsbereich, einen ersten Grenzwert TH41 und einen zweiten Grenzwert TH42. Der erste Grenzwert TH41 stellt das untere Ende des Bestimmungsbereichs dar, und der zweite Grenzwert TH42 stellt das obere Ende des Bestimmungsbereichs dar. Der Bestimmungsbereich erstreckt sich also von dem ersten Grenzwert TH41 zu dem zweiten Grenzwert TH42.
Nachfolgend wird die Breite des Bereichs, über den der Bestimmungswert dLr2 in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, variiert, als Variationsbereich des Bestimmungswerts bezeichnet. Der Variationsbereich des Bestimmungswerts ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Bestimmungswerts dLr2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet.
Die Differenz zwischen dem ersten Grenzwert TH41 und dem Bestimmungswert dLr2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als erste Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die erste Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der ersten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der ersten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der ersten Lücke. Die Differenz zwischen dem zweiten Grenzwert TH42 und dem Bestimmungswert dLr2, wenn sich der Winkelsensor 1 in dem vorgegebenen Zustand befindet, wird als zweite Lücke bezeichnet. Die Breite des Bereichs, über den die zweite Lücke in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, wird als Variationsbereich der zweiten Lücke bezeichnet. Der Variationsbereich der zweiten Lücke ist die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der zweiten Lücke.
Die Bestimmungseinheit 242 variiert den ersten und zweiten Grenzwert TH41 und TH42, um den Variationsbereich der ersten und zweiten Lücke kleiner zu machen als den Variationsbereich des Bestimmungswerts.
Nun werden der erste und zweite Grenzwert TH41 undTH42 genauer beschrieben. Der erste und zweite Grenzwert TH41 und TH42 werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (32) und (33) ausgedrückt. $TH 41 = SV 41 + FC 4$
$TH 42 = SV 42 + FC 4$
SV41 ist ein erster Referenzwert, und SV42 ist ein zweiter Referenzwert. Sowohl der erste als auch der zweite Referenzwert SV41 und SV42 sind konstante Werte. Der zweite Referenzwert SV42 ist größer als der erste Referenzwert SV41.
FC4 ist eine Grenzwert-Abweichungskomponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert. Die Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 wird mithilfe zumindest eines der ersten und zweiten Erfassungssignale S31 und S32 erzeugt. Auf diese Weise variiert die Bestimmungseinheit 242 den ersten und zweiten Grenzwert TH41 und TH42 mithilfe zumindest eines der ersten und zweiten Erfassungssignale S31 und S32.
Es werden nun ein erstes und ein zweites Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 beschrieben. Das erste Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 wird durch die folgende Gleichung (34) ausgedrückt. Die rechte Seite der Gleichung (34) wird durch Ersetzen von S21 auf der rechten Seite der Gleichung (28) mit S31 hergeleitet. $FC 4 = j \cdot (8 \cdot S 31^{4} - 8 \cdot S 31^{2} + 1) + k$
Das zweite Beispiel der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 wird durch die folgende Gleichung (35) ausgedrückt. Die rechte Seite der Gleichung (35) wird durch Ersetzen von S21 und S23 auf der rechten Seite der Gleichung (29) mit jeweils S31 und S32 hergeleitet. $FC 4 = j \cdot (8 \cdot S 31^{4} - 8 \cdot S 31^{2} + 1) + m \cdot (8 \cdot S 32^{4} - 8 \cdot S 32^{2} + 1) + k$
Die Bedeutungen des ersten und zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 sind die gleichen wie diejenigen des ersten und zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC3 der dritten Ausführungsform. Wie bei der dritten Ausführungsform sind die Werte der Koeffizienten „j“ und „m“ erheblich kleiner als die Amplitude der Idealkomponente von jedem der Erfassungssignale S31 und S32, und sind jeweils insbesondere 10% oder weniger der Amplitude der Idealkomponente von jedem der Erfassungssignale S31 und S32.
Wenn der Bestimmungswert dLr2 die Abweichungskomponente vierter Ordnung enthält, führt das Variieren des ersten und zweiten Grenzwerts TH41 und Th42 mithilfe des ersten und zweiten Beispiels der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 dazu, dass der Variationsbereich der ersten und zweiten Lücke viel kleiner ist als der Variationsbereich des Bestimmungswerts.
Die Bestimmungseinheit 242 bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet, wenn der Bestimmungswert dLr2 innerhalb des Bestimmungsbereichs liegt. In anderen Fällen bestimmt die Bestimmungseinheit 242, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Die Bestimmungseinheit 242 gibt ein Signal aus, das das Bestimmungsergebnis anzeigt. Der erste und zweite Referenzwert SV41 und SV42 werden bestimmt, um eine Erfassung solchen Versagens des Winkelsensors 1, dass der Winkelfehler AE einen zulässigen Bereich übersteigt, zu ermöglichen, wie beispielsweise in der ersten Ausführungsform.
Es wird nun ein Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem vorgegebenen Zustand, d.h. dem Normalzustand befindet. Das Zustandsbestimmungsverfahren wird von der Zustandsbestimmungsvorrichtung 204 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt.
Das Zustandsbestimmungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen wie in dem Ablaufdiagramm in 8 gezeigt. In Schritt S101 der vorliegenden Ausführungsform wird der Bestimmungswert dLr2 vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Erfassungssignale S31 und S32 erzeugt. Schritt S101 der vorliegenden Ausführungsform wird von der Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241 durchgeführt, die in 22 gezeigt ist. Die Einzelheiten von Schritt S101 sind die gleichen wie die Einzelheiten des Vorgangs der zuvor beschriebenen Bestimmungswert-Erzeugungseinheit 241.
In Schritt S 102 der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, dass sich der Winkelsensor 1 in dem Normalzustand befindet, wenn der Bestimmungswert dLr2 in dem Bestimmungsbereich liegt. In anderen Fällen wird bestimmt, dass der Winkelsensor 1 versagt hat. Schritt S 102 der vorliegenden Ausführungsform wird von der in 22 gezeigten Bestimmungseinheit 242 durchgeführt. Die Einzelheiten von Schritt S 102 sind die gleichen wie die Einzelheiten des Vorgangs der zuvor beschriebenen Bestimmungseinheit 242.
Wie die dritte Ausführungsform ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, dass die Variationsbereiche der ersten und zweiten Lücke viel kleiner sind als der Variationsbereich des Bestimmungswerts. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es, den Zustand des Winkelsensors 1 exakt zu bestimmen, d.h. ob der Winkelsensor 1 versagt hat.
Angenommen, die Grenzwert-Abweichungskomponente FC4, die durch die Gleichung (34) ausgedrückt wird, wird eingesetzt und es kommt zu einem Versagen des Winkelsensors 1 von der Art, dass sich das Erfassungssignal S31 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert. In einem solchen Fall ändert sich die Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 gegenüber derjenigen im Normalzustand. Der Wert des Koeffizienten „j“ in Gleichung (34) ist jedoch erheblich kleiner als die Amplitude der Idealkomponente des Erfassungssignals S31. Somit ist bei Auftreten eines Versagens des Winkelsensors 1 dahingehend, dass das Erfassungssignal S31 sich gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert, der Änderungsbetrag der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 erheblich kleiner als derjenige des Bestimmungswerts dLr2. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 mithilfe des Bestimmungsbereichs, der durch den ersten und zweiten Grenzwert TH41 und TH42 definiert wird, selbst bei Auftreten des vorgenannten Versagens zu erfassen.
Auch sei angenommen, dass die Grenzwert-Abweichungskomponente FC4, die durch Gleichung (35) ausgedrückt wird, eingesetzt wird und ein Versagen des Winkelsensors 1 dahingehend eintritt, dass sich die Erfassungssignale S31 oder S32 gegenüber denjenigen im Normalzustand verändern. In einem solchen Fall ändert sich die Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 gegenüber derjenigen im Normalzustand. Die Werte der Koeffizienten „j“ und „m“ in Gleichung (35) sind jedoch erheblich kleiner als die Amplituden der Idealkomponenten der Erfassungssignale S31 und S32. Somit ist bei Auftreten eines Versagens des Winkelsensors 1 dahingehend, dass sich das Erfassungssignal S31 oder S32 gegenüber demjenigen im Normalzustand verändert, der Änderungsbetrag der Grenzwert-Abweichungskomponente FC4 erheblich kleiner als derjenige des Bestimmungswerts dLr2. Es ist somit möglich, das Versagen des Winkelsensors 1 mithilfe des Bestimmungsbereichs, der durch den ersten und zweiten Grenzwert TH41 und TH42 definiert wird, selbst im Falle des vorgenannten Versagens genau zu erfassen.
Die anderen Ausgestaltungen, Funktionen, und Wirkungsweisen der vierten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der dritten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise nicht nur bei einem Magnetwinkelsensor zum Einsatz kommen, sondern auch bei jedweder Vorrichtung zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe zum Erzeugen von Informationen mit einer Entsprechung zu einer vorgegebenen physikalischen Größe. Beispiele für Vorrichtungen zur Erzeugung von Informationen einer physikalischen Größe, die kein Magnetwinkelsensor sind, umfassen einen optischen Winkelsensor, ein Induktanz-Potentiometer, und einen Resolver.
Offensichtlich sind in Anbetracht der obenstehenden Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es sei somit angemerkt, dass innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen die Erfindung auch in anderen als den vorgenannten, am meisten bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.

Claims

Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) zum Bestimmen eines Zustands eines Winkelsensors (1) zum Erzeugen eines Erfassungswinkelwertes mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel, aufweisend: eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) zum Erzeugen von zumindest einem Bestimmungswert, der dem Zustand des Winkelsensors (1) entspricht; und eine Bestimmungseinheit (42) zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor (1) in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt, wobei wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, die Bestimmungseinheit (42) zumindest einen Grenzwert definiert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und den zumindest einen Grenzwert variiert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich als einen Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, zu bringen, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, der Winkelsensor (1) eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2), die eine Vielzahl von Erfassungssignalen mit jeweils einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel erzeugt, und eine Winkelerfassungseinheit (3) beinhaltet, die mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen einen Vorgang durchführt, um den Erfassungswinkelwert zu erzeugen, die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) den zumindest einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt und die Bestimmungseinheit (42) den zumindest einen Grenzwert mithilfe von zumindest einem der Vielzahl von Erfassungssignalen variiert, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Grenzwert eine erste Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel nicht variiert, und eine zweite Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, umfasst, und die zweite Komponente durch eine Gleichung, die zumindest eines der Vielzahl von Erfassungssignalen beinhaltet, ausgedrückt wird, die zur Erzeugung des zumindest einen Bestimmungswertes verwendet werden.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Zustand ein Zustand ist, bei dem der Winkelsensor (1) nicht versagt hat.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der zu erfassende Winkel ein Winkel ist, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, um einer idealen Sinuskurve zu folgen, und eine Fehlerkomponente enthält, die Idealkomponenten der Vielzahl von Erfassungssignalen zueinander phasenverschoben sind und ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander besitzen, und sich die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, aus der Fehlerkomponente ergibt.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal sind, deren Idealkomponenten um 120 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) den einen Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen erzeugt.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (104) nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sind, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein erster und ein zweiter Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (141) den ersten Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal erzeugt, und den zweiten Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (104) nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sind, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, die Idealkomponenten der ersten und dritten Erfassungssignale um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (141) den einen Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus einem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal und einem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt.
Zustandsbestimmungsvorrichtung (204) nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal sind, deren Idealkomponenten um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (241) den einen Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus einem Quadrat des ersten Erfassungssignals und einem Quadrat des zweiten Erfassungssignals erzeugt.
Zustandsbestimmungsverfahren zum Bestimmen eines Zustands eines Winkelsensors (1) zum Erzeugen eines Erfassungswinkelwertes mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel, umfassend: einen Schritt des Erzeugens zumindest eines Bestimmungswerts, der dem Zustand des Winkelsensors (1) entspricht; und einen Bestimmungsschritt des Bestimmens, ob sich der Winkelsensor (1) in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt, wobei wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, der Bestimmungsschritt zumindest einen Grenzwert definiert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und den zumindest einen Grenzwert variiert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich zu bringen als ein Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, der Winkelsensor (1) eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2), die eine Vielzahl von Erfassungssignalen mit jeweils einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel erzeugt, und eine Winkelerfassungseinheit (3) beinhaltet, die mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen einen Vorgang durchführt, um den Erfassungswinkelwert zu erzeugen, der Schritt des Erzeugens den zumindest einen Bestimmungswert durch einen Vorgang mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt und der Bestimmungsschritt den zumindest einen Grenzwert mithilfe von zumindest einem der Vielzahl von Erfassungssignalen variiert, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Grenzwert eine erste Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel nicht variiert, und eine zweite Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, umfasst, und die zweite Komponente durch eine Gleichung, die zumindest eines der Vielzahl von Erfassungssignalen beinhaltet, ausgedrückt wird, die zur Erzeugung des zumindest einen Bestimmungswertes verwendet werden.
Zustandsbestimmungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der vorgegebene Zustand ein Zustand ist, bei dem der Winkelsensor (1) nicht versagt hat.
Zustandsbestimmungsverfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der zu erfassende Winkel ein Winkel ist, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Zustandsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, um einer idealen Sinuskurve zu folgen, und eine Fehlerkomponente enthält, die Idealkomponenten der Vielzahl von Erfassungssignalen zueinander phasenverschoben sind und ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander besitzen, und sich die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, aus der Fehlerkomponente ergibt.
Zustandsbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal sind, deren Idealkomponenten um 120 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und der eine Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen erzeugt wird.
Zustandsbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sind, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein erster und ein zweiter Bestimmungswert ist, und der erste Bestimmungswert vermittels eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal erzeugt wird, und der zweite Bestimmungswert vermittels eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt wird.
Zustandsbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sind, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und der eine Bestimmungswert vermittels eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus einem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal und einem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt wird.
Zustandsbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal ist, deren Idealkomponenten zueinander um 90° phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und der eine Bestimmungswert vermittels eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus einem Quadrat des ersten Erfassungssignals und einem Quadrat des zweiten Erfassungssignals erzeugt wird.
Winkelsensor (1), aufweisend: eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2); eine Winkelerfassungseinheit (3); und eine Zustandsbestimmungsvorrichtung (4), wobei die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2) eingerichtet ist, eine Vielzahl von Erfassungssignalen mit jeweils einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel zu erzeugen, die Winkelerfassungseinheit (3) eingerichtet ist, einen Vorgang mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen durchzuführen, um einen Winkelerfassungswert mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel zu erzeugen, die Zustandsbestimmungsvorrichtung (4) beinhaltet: eine Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) zum Erzeugen von zumindest einem Bestimmungswert, der einem Zustand des Winkelsensors (1) entspricht; und eine Bestimmungseinheit (42) zum Bestimmen, ob sich der Winkelsensor (1) in einem vorgegebenen Zustand befindet durch Bestimmen, ob der zumindest eine Bestimmungswert innerhalb eines Bestimmungsbereichs liegt, wobei wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, der zumindest eine Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel θ variiert, die Bestimmungseinheit (42) zumindest einen Grenzwert definiert, der zumindest ein Ende des Bestimmungsbereichs darstellt, und den zumindest einen Grenzwert variiert, um eine Variation einer Differenz zwischen dem zumindest einen Grenzwert und dem zumindest einen Bestimmungswert in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, in einen schmaleren Bereich zu bringen als ein Bereich, über den der zumindest eine Bestimmungswert variiert, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) den zumindest einen Bestimmungswert vermittels Durchführen eines Vorgangs mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt und die Bestimmungseinheit (42) den zumindest einen Grenzwert mithilfe von zumindest einem der Vielzahl von Erfassungssignalen variiert, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Grenzwert eine erste Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel nicht variiert, und eine zweite Komponente, die in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Winkel variiert, umfasst, und die zweite Komponente durch eine Gleichung, die zumindest eines der Vielzahl von Erfassungssignalen beinhaltet, ausgedrückt wird, die zur Erzeugung des zumindest einen Bestimmungswertes verwendet werden.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 17, wobei der vorgegebene Zustand ein Zustand ist, bei dem der Winkelsensor (1) nicht versagt hat.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei der zu erfassende Winkel ein Winkel ist, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet, die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2) eine Vielzahl von Erfassungsschaltungen (10, 20, 30) zum Erzeugen der Vielzahl von Erfassungssignalen beinhaltet, und jede der Vielzahl von Erfassungsschaltungen (10, 20, 30) zumindest ein Magneterfassungselement zum Erfassen des Drehmagnetfelds beinhaltet.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 19, wobei das zumindest eine Magneterfassungselement eine Vielzahl von in Reihe geschalteten magnetoresistiven Elementen (50) beinhaltet, und jedes der Vielzahl von magnetoresistiven Elementen (50) eine gepinnte Magnetschicht (53), deren Magnetisierungsrichtung gepinnt ist, eine freie Schicht (51), deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht (52), die sich zwischen der gepinnten Magnetschicht (53) und der freien Schicht (51) befindet, beinhaltet.
Winkelsensor (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, um einer idealen Sinuskurve zu folgen, und eine Fehlerkomponente enthält, die Idealkomponenten der Vielzahl von Erfassungssignalen zueinander phasenverschoben sind und ein vorgegebenes Phasenverhältnis zueinander besitzen, und sich die Variation des zumindest einen Bestimmungswerts, wenn sich der Winkelsensor (1) in dem vorgegebenen Zustand befindet, aus der Fehlerkomponente ergibt.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 21, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal sind, deren Idealkomponenten um 120 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (41) den einen Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus den ersten bis dritten Erfassungssignalen erzeugt.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 21, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal sind, wobei die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals zueinander um 180° phasenverschoben sind, und die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals zueinander um 180° phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals zueinander um 90° phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein erster und ein zweiter Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (141) den ersten Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal erzeugt und den zweiten Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 21, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Erfassungssignal ist, die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals zueinander um 180° phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals zueinander um 180° phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals zueinander um 90° phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (141) den einen Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus einem Quadrat einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal und einem Quadrat einer Differenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal erzeugt.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 21, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes und ein zweites Erfassungssignal ist, deren Idealkomponenten um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, der zumindest eine Bestimmungswert ein Bestimmungswert ist, und die Bestimmungswert-Erzeugungseinheit (241) den einen Bestimmungswert vermittels Durchführung eines Vorgangs umfassend das Bestimmen einer Summe aus einem Quadrat des ersten Erfassungssignals und einem Quadrat des zweiten Erfassungssignals erzeugt.