DE102017127985A1

DE102017127985A1 - Korrekturvorrichtung für Winkelsensor, und Winkelsensor

Info

Publication number: DE102017127985A1
Application number: DE102017127985.7A
Authority: DE
Inventors: Shinichirou MOCHIZUKI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN108204825B; US11237022B2; JP2018100858A; US20180172481A1; CN108204825A; US10571308B2; JP6319601B1; US20200182658A1

Abstract

Eine Korrekturvorrichtung für einen Winkelsensor beinhaltet eine Korrekturverarbeitungseinheit, eine Anzeigewert-Erzeugungseinheit, und eine Korrekturinformation-Bestimmungseinheit. Die Korrekturverarbeitungseinheit führt eine Korrekturverarbeitung an einer Vielzahl von Erfassungssignalen durch, um einen Fehler eines Erfassungswinkelwerts zu verringern. Die Einzelheiten der Korrekturverarbeitung werden gemäß den Korrekturinformationen bestimmt. Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit erzeugt, auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen, einen Anzeigewert mit einer Entsprechung zu dem Fehler des Erfassungswinkelwerts. Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit erzeugt einen geschätzten Anzeigewert mithilfe einer Funktion, die einen oder mehr Werte, die jeweils eine Entsprechung zu der Korrekturinformation haben, als eine oder mehr Variablen annimmt, und bestimmt die Korrekturinformation durch adaptive Signalverarbeitung, so dass die Differenz zwischen dem Anzeigewert und dem geschätzten Anzeigewert verringert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Korrekturvorrichtung zur Korrektur eines Fehlers eines Winkelsensors, der einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel erzeugt, sowie einen Winkelsensor, der die Korrekturvorrichtung umfasst.
Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren wurden Winkelsensoren in verschiedenen Anwendungen weitverbreitet verwendet, wie beispielsweise bei der Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servomotors in einem Kraftfahrzeug. Die Winkelsensoren erzeugen einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Beispiele der Winkelsensoren umfassen einen Magnetwinkelsensor. Ein System, das den Magnetwinkelsensor verwendet, ist üblicherweise mit einer Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder Linearbewegung eines Objekts dreht. Bei der Magnetfelderzeugungseinheit handelt es sich beispielsweise um einen Magnet. Der durch den Magnetwinkelsensor zu erfassende Winkel ist beispielsweise der Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Zu den bekannten Winkelsensoren zählt ein Winkelsensor, der eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit zur Erzeugung erster und zweiter Erfassungssignale, die sich um 90 ° in ihrer Phase unterscheiden, beinhaltet, und der den Erfassungswinkelwert vermittels Durchführung einer Operation unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale erzeugt. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit umfasst eine erste Erfassungsschaltung zur Ausgabe des ersten Erfassungssignals, und eine zweite Erfassungsschaltung zur Ausgabe des zweiten Erfassungssignals. Die erste und zweite Erfassungsschaltung umfassen jeweils zumindest ein Magneterfassungselement. Das Magneterfassungselement beinhaltet zum Beispiel ein magnetoresistives Spin-Valve (MR) Element, das eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet, umfasst.
Für die Magnetwinkelsensoren haben idealerweise die ersten und zweiten Erfassungssignale jeweils eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (beinhaltend eine Sinuswellenform und eine Kosinuswellenform), wenn sich die Richtung des Drehmagnetfelds mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ändert und der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Wellenform jedes Erfassungssignals gegenüber einer sinusförmigen Kurve verzerrt ist. In diesen Fällen enthält das erste Erfassungssignal eine erste Idealkomponente, die derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und eine Fehlerkomponente, die sich von der ersten Idealkomponente unterscheidet, und das zweite Erfassungssignal enthält eine zweite Idealkomponente, die derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und eine Fehlerkomponente, die sich von der zweiten Idealkomponente unterscheidet. Eine Verzerrung der Wellenform jedes Erfassungssignals kann zu einem gewissen Fehler in dem Erfassungswinkelwert führen. Der in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet. Es besteht Bedarf dahingehend, dass der Winkelsensor den Winkelfehler verringert.
Die JP 2006-090738A offenbart eine Technik zur Korrektur von zweiphasigen sinusförmigen Wellensignalen, die sich voneinander hinsichtlich ihrer Phase unterscheiden und von einer Kodiereinrichtung zur Verwendung der Erfassung von Winkeln und anderen Parametern ausgegeben werden. Gemäß der Technik wird eine approximierte bzw. angenäherte Ellipse, die einer Lissajous-Wellenform, die durch die zweiphasigen sinusförmigen Wellensignale gebildet wird, am nächsten kommt, durch das Verfahren der kleinsten Quadrate erhalten, und eine approximierte Kurve bzw. Näherungskurve einer dritten Harmonischen, die einem Differenzsignal, das sich aus der Subtraktion der angenäherten Ellipse von der Lissajous-Wellenform ergibt, am nächsten kommt, wird durch das Verfahren der kleinsten Quadrate erhalten. Auf der Grundlage der angenäherten Ellipse und der Näherungskurve der dritten Harmonischen werden die zweiphasigen sinusförmigen Wellensignale korrigiert.
Die JP 2005-331496A und die JP 2006-098068A offenbaren jeweils eine Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung umfassend eine Kodiereinrichtung, die eingerichtet ist, sich zusammen mit einem Drehelement zu drehen, einen Rotationserfassungssensor, und eine Berechnungseinheit zur Berechnung der Rotationsgeschwindigkeit des Drehelements auf Grundlage eines Erfassungssignals von dem Rotationserfassungssensor. In der Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung ist die Berechnungseinheit mit einem adaptiven Filter versehen, um die Wirkung von Schwankungen des Erfassungssignals zu beseitigen, die einen Fehler in der Berechnung der Rotationsgeschwindigkeit des Drehelements verursacht.
Manche Systeme, die Winkelsensoren verwenden, sind eingerichtet, einen Winkel zu erfassen, dessen Variationsbereich weniger als 360° beträgt.
Bei der in der JP 2006-090738A offenbarten Technik werden eine Vielzahl von Parametern, die die angenäherte Ellipse definieren, und eine Vielzahl von Parametern, die die Näherungskurve der dritten Harmonischen definieren, aus Daten einer Periode der Lissajous Wellenform erhalten. Somit ist die Technik nicht auf ein System anwendbar, das dazu verwendet wird, einen Winkel zu erfassen, dessen Variationsbereich weniger als 360 ° beträgt.
Die in jedem Erfassungssignal eines Winkelsensors enthaltene Fehlerkomponente entspricht vorwiegend einer oder mehr Harmonischen des Erfassungssignals.
Gemäß der in der JP 2005-331496A und JP 2006-098068A offenbarten Technik verringert dar adaptive Filter die Schwankung des Erfassungssignals mit einer längeren Periode als der Periode einer Variation des Erfassungssignals. Daher ist die in JP 2005 - 331496A und JP-2006-098068A offenbarte Technik nicht in der Lage, die Fehlerkomponente zu verringern, die in jedem Erfassungssignal des Winkelsensors enthalten ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDING
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Korrekturvorrichtung für einen Winkelsensor und einen Winkelsensor bereitzustellen, die eine Verringerung eines Winkelfehlers selbst dann ermöglichen, wenn der Winkelsensor in einem System zur Erfassung eines Winkels verwendet wird, dessen Variationsbereich weniger als 360 ° beträgt.
Eine Korrekturvorrichtung für einen Winkelsensor der vorliegenden Erfindung dient zur Verwendung in einem Winkelsensor, der eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel haben, und eine Winkelerfassungseinheit zur Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen umfasst, wobei der Erfassungswinkelwert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel hat.
Die Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Korrekturverarbeitungseinheit, eine Anzeigewert-Erzeugungseinheit, und eine Korrekturinformation-Bestimmungseinheit. Die Korrekturverarbeitungseinheit führt eine Korrekturverarbeitung an der Vielzahl von Erfassungssignalen durch, um einen Fehler des Erfassungswinkelwerts gegenüber dem Fall, bei dem die Korrekturverarbeitung nicht durchgeführt wird, zu verringern, wobei Einzelheiten der Korrekturverarbeitung gemäß Korrekturinformationen bestimmt werden. Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit erzeugt einen Anzeigewert auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen, wobei der Anzeigewert eine Entsprechung zu dem Fehler des Erfassungswinkelwerts hat.
Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit erzeugt einen geschätzten Anzeigewert, bei dem es sich um einen Schätzwert des Anzeigewerts handelt, mithilfe einer Funktion, die einen oder mehr Werte, die jeweils eine Entsprechung zu der Korrekturinformation haben, als eine oder mehr Variablen annimmt, und bestimmt die Korrekturinformation durch adaptive Signalverarbeitung, um die Differenz zwischen dem Anzeigewert und dem geschätzten Anzeigewert zu verringern.
Bei der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Funktion, die die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit verwendet, um den geschätzten Anzeigewert zu erzeugen, um eine Funktion handeln, die den Erfassungswinkelwert als weitere Variable annimmt.
Bei der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Vielzahl von Erfassungssignalen um ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal handeln. Wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält das erste Erfassungssignal eine erste Idealkomponente, und das zweite Erfassungssignal enthält eine zweite Idealkomponente. Die erste Idealkomponente und die zweite Idealkomponente variieren periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve mit einer Phasendifferenz von 90° zwischen den ersten und zweiten Idealkomponenten abbilden. In einem solchen Fall kann die Anzeigewert-Erzeugungseinheit den Anzeigewert vermittels Durchführung von Operationen erzeugen, die eine Operation zum Erhalt der Quadratwurzel aus der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals beinhaltet.
Bei der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Korrekturverarbeitungseinheit die Vielzahl von Erfassungssignalen in ein erstes Berechnungssignal und ein zweites Berechnungssignal umwandeln, die bei der Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts an der Winkelbestimmungseinheit verwendet werden sollen. In einem solchen Fall kann die Anzeigewert-Erzeugungseinheit den Anzeigewert vermittels Durchführung von Operationen, die eine Operation zum Erhalt der Quadratwurzel aus der Summe aus dem Quadrat des ersten Berechnungssignals und dem Quadrat des zweiten Berechnungssignals beinhalten, erzeugen.
Bei der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die adaptive Signalverarbeitung einen rekursiven Algorithmus des kleinsten Quadrats verwenden.
Bei der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der zu erfassende Winkel ein Winkel sein, den die Richtung des Magnetfelds an einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Bei der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein Variationsbereich des zu erfassenden Winkels weniger als 360° betragen.
Ein Winkelsensor der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel haben; eine Winkelerfassungseinheit zur Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen, wobei der Erfassungswinkelwert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel hat; und die Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der Korrekturvorrichtung und dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung bestimmt die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit Korrekturinformationen durch adaptive Signalverarbeitung, so dass die Differenz zwischen dem Anzeigewert und dem geschätzten Anzeigewert verringert wird, und die Korrekturverarbeitungseinheit führt eine Korrekturverarbeitung durch, deren Einzelheiten gemäß den Korrekturinformationen bestimmt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht hierbei die Verringerung des Winkelfehlers, selbst wenn der Winkelsensor in einem System zur Erfassung eines Winkels verwendet wird, dessen Variationsbereich weniger als 360° beträgt.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung besser ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems, das einen Winkelsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst, veranschaulicht.
2 ist ein Erläuterungsschaubild, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, veranschaulicht.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungssignal-Erzeugungseinheit des Winkelsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Korrekturvorrichtung und einer Winkelerfassungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Korrekturinformation-Bestimmungseinheit der Korrekturvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Korrekturverarbeitungseinheit der Korrekturvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines in 3 gezeigten Magneterfassungselements.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das adaptive Signalverarbeitung in der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
9 ist ein Wellenformschaubild, das einen zu erfassenden Winkel veranschaulicht, der in Simulation variiert wurde.
10 ist ein Wellenformschaubild, das Korrekturwerte F₁ und F₂ veranschaulicht, die durch Simulation erhalten werden.
11 ist ein Wellenformschaubild, das Korrekturwerte G₁ und G₂ veranschaulicht, die durch Simulation erhalten werden.
12 ist ein Wellenformschaubild, das einen Korrekturwert D veranschaulicht, der durch Simulation erhalten wird.
13 ist ein Wellenformschaubild, das einen Korrekturwert G₃ veranschaulicht, der durch Simulation erhalten wird.
14 ist ein Wellenformschaubild, das einen Winkelfehler veranschaulicht, der durch Simulation erhalten wird.
15 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Korrekturvorrichtung und einer Winkelerfassungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems zu beschreiben, das einen Winkelsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet.
Der Winkelsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist eingerichtet, einen Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel θ zu erzeugen. Der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Magnetwinkelsensor. Wie in 1 dargestellt erfasst der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Magnetfeld MF, dessen Richtung sich dreht. In diesem Fall handelt es sich bei dem zu erfassenden Winkel θ um den Winkel, den die Richtung des Magnetfelds MF an der Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet. Das in 1 dargestellte Winkelsensorsystem umfasst den Winkelsensor 1, und einen Magnet 5 mit einer zylindrischen Form, bei dem es sich um ein Beispiel von Mitteln zur Erzeugung des Magnetfelds MF handelt. Der Magnet 5 hat einen N-Pol und einen S-Pol, die symmetrisch bezüglich einer gedachten Ebene angeordnet sind, welche die Mittelachse der zylindrischen Form beinhaltet. Der Magnet 5 dreht sich um die Mittelachse der zylindrischen Form. Folglich dreht sich die Richtung des von dem Magnet 5 erzeugten Magnetfelds MF um einen Drehmittelpunkt C, der die Mittelachse der zylindrischen Form beinhaltet.
Die Referenzposition befindet sich innerhalb einer gedachten Ebene parallel zu einer Stirnseite des Magneten 5. Diese gedachte Ebene wird nachfolgend als die Referenzebene bezeichnet. In der Referenzebene dreht sich die Richtung des durch den Magnet 5 erzeugten Magnetfelds MF um die Referenzposition. Die Referenzrichtung befindet sich innerhalb der Referenzebene und schneidet die Referenzposition. In der nachfolgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung des Magnetfelds MF an der Referenzposition auf eine Richtung, die sich innerhalb der Referenzebene befindet. Der Winkelsensor 1 ist derart angeordnet, dass er der vorgenannten Stirnseite des Magneten 5 zugewandt ist.
Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Ausführungsform kann auf andere Weise ausgestaltet sein, als dies in 1 dargestellt ist. Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Ausführungsform muss nicht nur eingerichtet sein, um das relative Positionsverhältnis zwischen dem Winkelsensor 1 und den Mitteln zur Erzeugung des Magnetfelds MF zu variieren, so dass sich die Richtung des Magnetfelds MF an der Referenzposition von dem Winkelsensor 1 gesehen dreht. Zum Beispiel kann der Magnet 5 und der Winkelsensor 1, die wie in 1 angeordnet sind, derart konfiguriert sein, dass: sich der Winkelsensor 1 dreht, während der Magnet 5 feststehend ist; der Magnet 5 und der Winkelsensor 1 sich in gegenläufige Richtungen drehen; oder sich der Magnet 5 und der Winkelsensor 1 mit voneinander verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten in der gleichen Richtung drehen.
Alternativ kann ein Magnet, der ein oder mehr Paare von N- und S-Polen beinhaltet, die abwechselnd in einer Ringform angeordnet sind, anstelle des Magneten 5 eingesetzt werden, und der Winkelsensor 1 kann in der Umgebung des Außenumfangs des Magneten platziert sein. In einem solchen Fall dreht sich der Magnet und/oder der Winkelsensor 1.
Alternativ kann eine Magnetskala, die eine Vielzahl von Paaren von N- und S-Polen beinhaltet, die abwechselnd in einer Linearkonfiguration angeordnet sind, anstelle des Magneten 5 eingesetzt werden, und der Winkelsensor 1 kann in der Umgebung des Umfangs der Magnetskala platziert werden. In einem solchen Fall bewegt sich die Magnetskala und/oder der Winkelsensor 1 linear in der Richtung, in der die N- und S-Pole der Magnetskala ausgerichtet sind.
In den oben beschriebenen verschiedenen Ausgestaltungen des Winkelsensorsystems existiert ebenfalls die Referenzebene mit einem vorgegebenen Positionsverhältnis zu dem Winkelsensor 1, und in der Referenzebene dreht sich die Richtung des Magnetfelds MF von dem Winkelsensor 1 gesehen um die Referenzposition.
Der Winkelsensor 1 beinhaltet eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen, die jeweils eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ haben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vielzahl der Erfassungssignale insbesondere ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal. Die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 beinhaltet eine erste Erfassungsschaltung 10 zur Erzeugung des ersten Erfassungssignals und eine zweite Erfassungsschaltung 20 zur Erzeugung des zweiten Erfassungssignals. Zum leichteren Verständnis veranschaulicht 1 die ersten und zweiten Erfassungsschaltungen 10 und 20 als separate Bauteile. Jedoch können die ersten und zweiten Erfassungsschaltungen 10 und 20 in einer einzigen Komponente integriert sein. Ferner, obgleich in 1 die ersten und zweiten Erfassungsschaltungen 10 und 20 in einer Richtung parallel zu dem Drehmittelpunkt C geschichtet sind, kann die Schicht- bzw. Stapelungsreihenfolge gegenüber der in 1 dargestellten Reihenfolge umgekehrt sein. Die erste und zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 beinhaltet jeweils zumindest ein Magneterfassungselement zur Erfassung des Magnetfelds MF.
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 zum in 1 dargestellten Rotationszentrum C und verläuft in 1 nach oben. 2 veranschaulicht die Z-Richtung als Richtung aus der Ebene von 2 hinaus. Als nächstes sind die X- und Y-Richtungen zwei Richtungen, die senkrecht zur Z-Richtung und orthogonal zueinander verlaufen. 2 veranschaulicht die X-Richtung als die Richtung nach rechts, und die Y-Richtung als die Richtung nach oben. Ferner ist die negative bzw. - X-Richtung die Richtung, die der X-Richtung entgegen gerichtet ist, und die negative bzw. -Y-Richtung ist die Richtung, die der Y-Richtung entgegen gerichtet ist.
Bei der Referenzposition PR handelt es sich um die Position, an der der Winkelsensor 1 das Magnetfeld MF erfasst. Die Referenzrichtung DR ist die X-Richtung. Wie oben erwähnt handelt es sich bei dem zu erfassenden Winkel θ um den Winkel, den die Richtung DM des Magnetfelds MF an der Referenzposition PR bezüglich der Referenzrichtung DR bildet. Die Richtung DM des Magnetfelds MF dreht sich in 2 entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Winkel θ wird aus der Referenzrichtung DR im Gegenuhrzeigersinn in positiven Werten ausgedrückt, und aus der Referenzrichtung DR im Uhrzeigersinn in negativen Werten ausgedrückt.
Der Variationsbereich des Winkels θ kann 360° oder mehr betragen, oder weniger als 360°. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Variationsbereich des Winkels θ insbesondere weniger als 360°.
Die Ausgestaltung der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 wird nun ausführlich anhand von 3 beschrieben. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Ausgestaltung der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 darstellt. Wie oben erwähnt umfasst die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 die erste Erfassungsschaltung 10 zur Erzeugung des ersten Erfassungssignals S1 und die zweite Erfassungsschaltung 20 zur Erzeugung des zweiten Erfassungssignals S2.
Wenn sich die Richtung DM des Magnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode T dreht, variiert der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode T. In einem solchen Fall variieren sowohl das erste als auch das zweite Erfassungssignal S1 und S2 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgegebenen Periode T ist. Das zweite Erfassungssignal S2 ist bezüglich dem ersten Erfassungssignal S1 phasenverschoben.
Die erste Erfassungsschaltung 10 umfasst eine Wheatstone Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15. Die Wheatstone Brückenschaltung 14 beinhaltet einen Stromversorgungsanschluss V1, einen Masseanschluss G1, zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12, ein erstes Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R11 und R12, und ein zweites Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R13 und R14. Ein Ende von jedem der Magneterfassungselemente R11 und R13 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R11 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R12 und dem Ausgangsanschluss E11 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R13 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R14 und dem Ausgangsanschluss E12 verbunden. Das andere Ende von jedem der Magneterfassungselemente R12 und R14 ist mit dem Masseanschluss G1 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung einer vorgegebenen Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V1 angelegt. Der Masseanschluss G1 ist geerdet. Der Differenzdetektor 15 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, als erstes Erfassungssignal S1 aus.
Die zweite Erfassungsschaltung 20 hat eine Schaltungsausgestaltung, die jener der ersten Erfassungsschaltung 10 ähnlich ist. Genauer gesagt beinhaltet die zweite Erfassungsschaltung 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 und einen Differenzdetektor 25. Die Wheatstone Brückenschaltung 24 beinhaltet einen Stromversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2, zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22, ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R21 und R22, und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R23 und R24. Ein Ende von jedem der Magneterfassungselemente R21 und R23 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R21 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R22 und dem Ausgangsanschluss E21 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R223 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R24 und dem Ausgangsanschluss E22 verbunden. Das andere Ende von jedem der Magneterfassungselemente R22 und R24 ist mit dem Masseanschluss G2 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung von vorgegebener Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss G2 angelegt. Der Masseanschluss G2 ist geerdet. Der Differenzdetektor 25 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht, als das zweite Erfassungssignal S2 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet jedes der Magneterfassungselements R11 bis R14 und R21 bis R24 eine Vielzahl von magnetoresistiven (MR) Elementen, die in Reihe geschaltet sind. Jedes aus der Vielzahl von MR-Elementen ist zum Beispiel ein Spin-Valve MR Element. Das Spin-Valve MR Element umfasst eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei der es sich um eine Magnetschicht handelt, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung DM des Magnetfelds MF variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet. 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 leitfähige Schicht. Das Spin-Valve MR Element variiert hinsichtlich seines Widerstands in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht bezüglich der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen minimalen Widerstand, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und einen maximalen Widerstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In 3 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente an, und die hohlen Pfeile geben die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
In der ersten Erfassungsschaltung 10 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R11 und R14 enthalten sind, in der Y-Richtung magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R12 und R13 enthalten sind, sind in der negativen Y-Richtungen magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E11 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der Y-Richtung (nachfolgend als Y-Richtungskomponente bezeichnet) des Magnetfelds MF. Somit erfasst die erste Erfassungsschaltung 10 die Stärke der Y-Richtungskomponente des Magnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke angibt, als erstes Erfassungssignal S1. Die Stärke der Y-Richtungskomponente des Magnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
In der zweiten Erfassungsschaltung 20 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung des MR Elements, die in den Magneterfassungselementen R21 und R24 enthalten sind, in der X-Richtung magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R22 und R23 enthalten sind, sind in der negativen X-Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der X-Richtung (nachfolgend als „X-Richtungskomponente“ bezeichnet) des Magnetfelds MF. Somit erfasst die zweite Erfassungsschaltung 20 die Stärke der X-Richtungskomponente des Magnetfelds MF und erzeugt ein Signal, das die Stärke des zweiten Erfassungssignals S2 angibt. Die Stärke der X-Richtungskomponente des Magnetfelds MF hat eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Ein Beispiel der Ausgestaltung der Magneterfassungselemente wird nun anhand der 7 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Magneterfassungselements in der in 3 gezeigten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 veranschaulicht. In diesem Beispiel umfasst das Magneterfassungselement eine Vielzahl unterer Elektroden 62, eine Vielzahl von MR-Elementen 50 und eine Vielzahl oberer Elektroden 63. Die Vielzahl von unteren Elektroden 62 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Jede der unteren Elektroden 62 hat eine längliche, schlanke Form. Jeweils zwei untere Elektroden 62, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 62 nebeneinanderliegen, haben einen Spalt zwischen sich. Wie in 7 dargestellt sind MR-Elemente 50 auf den Oberseiten der unteren Elektroden 62, nahe gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung, bereitgestellt. Jedes der MR-Elemente 50 umfasst eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine Schicht 53 mit festgelegter Magnetisierung, und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge gestapelt bzw. aufeinandergeschichtet sind, wobei die freie Schicht 51 der unteren Elektrode 62 am nächste 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 befindet sich in Austauschkopplung mit der Schicht 53 mit festgelegter Magnetisierung, so dass die Magnetisierungsrichtung der Schicht 53 mit festgelegter Magnetisierung festgelegt wird. Die Vielzahl von oberen Elektroden 63 ist über der Vielzahl von MR-Elementen 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 63 besitzt eine längliche, schlanke Form und begründet eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei benachbarten MR-Elementen 50, die auf zwei unteren Elektroden 62 nebeneinander in der Längsrichtung der unteren Elektroden 62 angeordnet sind. Vermittels einer derartigen Ausgestaltung ist die Vielzahl der MR-Elemente 50 in dem in 7 dargestellten Magneterfassungselement durch die Vielzahl von unteren Elektroden 62 und die Vielzahl von oberen Elektroden 63 in Reihe geschaltet. Es wird angemerkt, dass die Schichten 51 bis 54 des MR-Elements 50 in einer Reihenfolge gestapelt sein können, die verglichen mit der in 7 dargestellten Reihenfolge umgekehrt ist.
Wie zuvor beschrieben variieren sowohl das erste als auch das zweite Erfassungssignal S1 und S2 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgegebenen Periode T ist, wenn der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode T variiert. Wenn der zu erfassende Winkel θ mit der vorgegebenen Periode T variiert, enthält das erste bzw. zweite Erfassungssignal S1 und S1 jeweils eine Idealkomponente und eine Fehlerkomponente, die sich von der Idealkomponente unterscheidet. Die Idealkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine sinusförmige Kurve (umfassend eine Sinuswellenform und eine Kosinus-Wellenform) abbildet. Nachfolgend wird die Idealkomponente des ersten Erfassungssignals S1 als erste Idealkomponente bezeichnet, und die Idealkomponente des zweiten Erfassungssignals S2 wird als zweite Idealkomponente bezeichnet. Die erste und zweite Idealkomponente unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Phase und haben eine vorgegebene Phasenbeziehung zueinander. In der vorliegenden Ausführungsform haben die erste Idealkomponente und die zweite Idealkomponente eine Phasendifferenz von insbesondere 90°.
Die erste Idealkomponente wird hierbei als sinθ dargestellt, und die zweite Idealkomponente als cosθ. Idealerweise sollte das erste Erfassungssignal S1 eine Sinuswellenform haben, und das zweite Erfassungssignal S2 sollte eine Kosinus-Wellenform haben. Tatsächlich können die Erfassungssignale S1 und S|1|[A1] jedoch in Abhängigkeit von der Herstellungsgenauigkeit der Magneterfassungselemente und/oder der MR-Elemente oder anderen Faktoren einen Versatz haben, voneinander verschiedene Amplituden haben, oder eine Phasendifferenz haben, die ungleich 90° ist. In solchen Fällen wird es zu einem Fehler des Erfassungswinkelwerts θs kommen. Der Fehler des Erfassungswinkelwerts θs wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet.
Ferner kann jedes der Erfassungssignale S1 und S2 eine Fehlerkomponente aufgrund z.B. von Variationen der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 53 des MR-Elements 50 unter dem Einfluss des Magnetfelds MF oder mit anderen Faktoren, oder einer Differenz der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 des MR-Elements 50 von der Richtung DM des Magnetfelds MF unter dem Einfluss einer magnetischen Anisotropie der freien Schicht 51 oder mit anderen Faktoren enthalten. In einem solchen Fall wird es ebenfalls zu einem Winkelfehler des Erfassungswinkelwerts θs kommen.
Ein Hauptbestandteil der Fehlerkomponente des ersten Erfassungssignals S1 entspricht der dritten Harmonischen der ersten Idealkomponente und wird nachfolgend als erste Fehlerkomponente der dritten Harmonischen S13 bezeichnet. Ein Hauptbestandteil der Fehlerkomponente des zweiten Erfassungssignals S2 entspricht der dritten Harmonischen der zweiten Idealkomponente und wird nachfolgend als zweite Fehlerkomponente der dritten Harmonischen S23 bezeichnet. Wenn die erste Idealkomponente als sinθ dargestellt wird und die zweite Idealkomponente als cosθ dargestellt wird, sind wie oben erwähnt die ersten und zweiten Fehlerkomponenten der dritten Harmonischen S13 und S23 durch die folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) darstellbar. In den Gleichungen (1) und (2) ist G eine reelle Zahl. $\begin{matrix} S13 = G \cdot sin (3 θ−180 °) \\ = G (- sin3 θ) \\ = G (4 {sin}^{3} θ−3 sin θ) \end{matrix}$
$\begin{matrix} S23 = G \cdot cos3 θ \\ = G (4 {cos}^{3} θ−3 cos θ) \end{matrix}$
Nun werden Bauteile des Winkelsensors 1 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, bei denen es sich nicht um die Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2 handelt. Der Winkelsensor 1 beinhaltet eine Korrekturvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine Winkelerfassungseinheit 4 zusätzlich zu der Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 2. 4 ist ein Funktionsschaubild, das die Ausgestaltung der Korrekturvorrichtung 3 und der Winkelerfassungseinheit 4 veranschaulicht. Die Korrekturvorrichtung 3 und die Winkelerfassungseinheit 4 können zum Beispiel durch einen Digitalsignalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), oder einen Mikrocomputer verwirklicht sein. Auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt die Winkelerfassungseinheit 4 einen Erfassungswinkelwert θs mit einer Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel θ.
Die Korrekturvorrichtung 3 umfasst eine Korrekturverarbeitungseinheit 33, eine Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34, und eine Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35. Die Korrekturverarbeitungseinheit 33 führt eine Korrekturverarbeitung an der Vielzahl von Erfassungssignalen durch, um den Winkelfehler des Erfassungswinkelwerts θs gegenüber dem Fall zu verringern, in dem die Korrekturverarbeitung nicht durchgeführt wird. Die Einzelheiten der Korrekturverarbeitung werden gemäß Korrekturinformationen bestimmt. Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 erzeugt auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen einen Anzeigewert y mit einer Entsprechung zu dem Winkelfehler der Erfassungswinkelwerts θs. Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 bestimmt die Korrekturinformationen und führt diese an die Korrekturverarbeitungseinheit 33 zu.
In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Vielzahl von Erfassungssignalen insbesondere um das erste Erfassungssignal S1 und das zweite Erfassungssignal S2. Die Korrekturvorrichtung 3 umfasst ferner Analog-Digital-Wandler (nachfolgend als „A/D-Wandler bezeichnet“) 31 und 32. Die Korrekturvorrichtung 3 und die Winkelerfassungseinheit 4 verwenden Digitalsignale. Der A/D-Wandler 31 wandelt das erste Erfassungssignal S1 in ein Digitalsignal um. Der A/D-Wandler 32 wandelt das zweite Erfassungssignal S2 in ein Digitalsignal um. Die Korrekturverarbeitungseinheit 33 wandelt die Digitalsignale, die von den A/D-Wandlern 31 und 32 aus den ersten und zweiten Erfassungssignalen S1 und S2 umgewandelt wurden, in ein erstes Berechnungssignal S1c und ein zweiten Berechnungssignal S2c um, die bei der Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts θs an der Winkelerfassungseinheit 4 verwendet werden sollen.
Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 erzeugt den Anzeigewert y vermittels Durchführung von Operationen, die eine Operation zum Erhalt der Quadratwurzel aus der Summe des Quadrats des ersten Erfassungssignals S1 und des Quadrats des zweiten Erfassungssignals S2 beinhalten. Es wird angemerkt, dass der Ausdruck „Operationen, die eine Operation zum Erhalt der Quadratwurzel aus der Summe aus dem Quadrat des ersten Erfassungssignals S1 und dem Quadrat des zweiten Erfassungssignals S2 beinhalten“ bedeuten soll, dass die Operationen das Multiplizieren der erhaltenen Quadratwurzel mit einem vorgegebenen Koeffizienten oder das Addieren bzw. Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu bzw. von der erhaltenen Quadratwurzel umfassen. Das Gleiche gilt für ähnliche vorliegend verwendete Phrasen. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 den Anzeigewert y durch die folgende Formel (3). $y = \sqrt ({S1}^{2} + {S2}^{2})$
Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 erzeugt einen geschätzten Anzeigewert, bei dem es sich um einen Schätzwert des Anzeigewerts y handelt, mithilfe einer Funktion, die einen oder mehr Werte, die jeweils eine Entsprechung zu den Korrekturinformationen haben, als eine oder mehr Variablen annimmt. Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 bestimmt die Korrekturinformation ebenfalls durch adaptive Signalverarbeitung, so dass die Differenz zwischen dem Anzeigewert y und dem geschätzten Anzeigewert verringert wird. Der Vorgang der Bestimmung der Korrekturinformationen durch die adaptive Signalverarbeitung wird unter einer Bedingung durchgeführt, bei der der zu erfassende Winkel θ variiert.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, um die Ausgestaltung sowie den Betrieb der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 der vorliegenden Ausführungsform zu erläutern. 5 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches die Ausgestaltung der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 darstellt. Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 umfasst eine Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 und eine Schätzanzeigewert-Bestimmungseinheit 352. Die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 erzeugt die Differenz zwischen dem Anzeigewert y und dem geschätzten Anzeigewert. Die Differenz zwischen dem Anzeigewert y und dem geschätzten Anzeigewert wird nachfolgend als Schätzfehler ε bezeichnet. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt den geschätzten Anzeigewert und bestimmt die Korrekturinformation durch adaptive Signalverarbeitung, um dadurch den Schätzfehler ε zu verringern. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 führt der Korrekturverarbeitungseinheit 33, zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, die Korrekturinformationen zu diesem Zeitpunkt zu.
In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei den Korrekturinformationen um Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃. Der Korrekturwert F₁ ist ein Wert zur Korrektur des Versatzes des ersten Erfassungssignals S1. Der Korrekturwert F₂ ist ein Wert zur Korrektur des Versatzes des zweiten Erfassungssignals S2. Der Korrekturwert G₁ ist ein Wert zur Korrektur der Amplitude des ersten Erfassungssignals S1. Der Korrekturwert G₂ ist ein Wert zur Korrektur der Amplitude des zweiten Erfassungssignals S2. Der Korrekturwert D ist ein Wert zur Korrektur der Phase des ersten Erfassungssignals S1. Der Korrekturwert G₃ ist ein Wert zur Verringerung der ersten und zweiten Fehlerkomponenten der dritten Harmonischen S13 und S23. Ein Korrekturverfahren, das die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ verwendet, wird später beschrieben.
Nun definieren wir einen korrekturbezogenen Informationsvektor X wie folgt. Der korrekturbezogene Informationsvektor X enthält sechs Einträge x₁, x₂, x₃, x₄, x₅, und x₆. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Einträge x₁, x₂, x₃, x₄, x₅, und x₆ jeweils gleich den Korrekturwerten F₁, F₂, G₁, G₂, D, bzw. G₃. Somit haben die sechs Einträge x₁ bis x₆ jeweils eine Entsprechung zu der Korrekturinformation. Die sechs Einträge x₁ bis x₆ entsprechen dem „einen oder mehr Werten mit einer Entsprechung zu der Korrekturinformation“, also der mindestens einen Variable der Funktion, die von der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 verwendet wird, um den geschätzten Anzeigewert zu erzeugen. Eine Gruppe von Korrekturwerten F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ wird nachfolgend als Korrekturinformation x_i bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Korrekturinformation x_i ebenfalls um eine Gruppe aus den sechs Einträgen x₁ bis x₆. Der korrekturbezogene Informationsvektor X wird durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt. $X^{T} = [x_{1}, x_{2}, x_{3}, x_{4}, x_{5}, x_{6}]$
In der vorliegenden Ausführungsform stellt z^TX die Funktion dar, die von der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 verwendet wird, um den geschätzten Anzeigewert zu erzeugen. Die Funktion z^TX ist eine Funktion, die sechs Einträge x₁ bis x₆ als Variablen annimmt. Das Zeichen „z“ stellt einen Vektor dar, der sechs Einträge z₁ bis z₆ enthält, und wird durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt. $z^{T} = [z_{1}, z_{2}, z_{3}, z_{4}, z_{5}, z_{6}]$
Die Einträge z₁ bis z₆ werden durch die folgenden Gleichungen (6A) bis (6F) ausgedrückt. $z_{1} = sin θ s$
$z_{2} = cos θ s$
$z_{3} = (1 - cos2 θ s) / 2$
$z_{4} = (1 + cos2 θ s) / 2$
$z_{5} = (sin2 θ s) / 2$
$z_{6} = cos4 θ s$
Jeder der Einträge z₁ bis z₆ ist eine Funktion, die den Erfassungswinkel θs als Variable annimmt. Somit ist z^TX eine Funktion, die sechs Einträge x₁ bis x₆ als Variablen wie oben beschrieben annimmt und den Erfassungswinkelwert θs als weitere Variable annimmt. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 berechnet die Einträge z₁ bis z₆ durch Gleichungen (6A) bis (6F) mithilfe der Korrekturinformationen x_i und des Erfassungswinkelwerts θs, und berechnet die Funktion z^TX, um den geschätzten Anzeigewert zu bestimmen. Ein Verfahren zur Erzeugung des Erfassungswinkelwerts θs wird später beschrieben.
Die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 erzeugt den Schätzfehler ε mithilfe des Anzeigewerts y, der durch die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 erzeugt wird, und des geschätzten Anzeigewerts, der durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt wird. Der Schätzwert ε wird durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt. $ε= y - z^{T} X$
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein rekursiver Algorithmus der kleinesten Quadrate (RLS) in der adaptiven Signalverarbeitung zur Verringerung des Schätzfehlers ε verwendet. Es wird nun auf 8 Bezug genommen, um die adaptive Signalverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausführlich zu beschreiben. 8 ist ein Ablaufdiagramm der adaptiven Signalverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der adaptiven Signalverarbeitung wird eine Verarbeitungsabfolge, die durch die Schritte S101 bis S106 gebildet wird und in 8 dargestellt ist, wiederholt in dem Zustand durchgeführt, bei dem der zu erfassende Winkel θ variiert.
Nachfolgend wird die Verarbeitungsabfolge beschrieben, die zum N-ten Zeitpunkt durchgeführt wird (N ist eine Ganzzahl größer als oder gleich 2). Zunächst wird in Schritt S101 ein Anzeigewert y erzeugt. Schritt S101 wird durch die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 durchgeführt. Der Anzeigewert, der zum N-ten Zeitpunkt erzeugt wird, wird durch das Symbol y_N dargestellt. Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 erzeugt den Anzeigewert y_N durch die oben dargestellte Gleichung (3) unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2.
Als nächstes wird in Schritt S102 ein geschätzter Anzeigewert erzeugt. Schritt S102 wird durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 durchgeführt. Der geschätzte Anzeigewert wird durch Berechnung einer Funktion z_N ^TX_N-1 erhalten, wobei z_N den Vektor z darstellt, der an dem N-ten Zeitpunkt erzeugt wird, und X_N-1 einen Schätzwert des korrekturbezogenen Informationsvektors X darstellt, der an dem (N-1)-ten Zeitpunkt erzeugt wird (vergleiche Schritt S105). Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 berechnet die sechs Einträge z₁ bis z₆ von z_N durch die oben dargestellten Gleichungen (6A) bis (6F) unter Verwendung des Erfassungswinkelwerts θs, der durch die Winkelerfassungseinheit 4 erzeugt wird. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 hält X_N-1. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt den Schätzanzeigewert durch Berechnung der Funktion z_N ^TX_N-1 unter Verwendung der oben erwähnten z_N und X_N-1.
Als nächstes wird in Schritt S103 der Schätzfehler ε erzeugt. Schritt S103 wird durch die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 durchgeführt. Der Schätzfehler ε, der zum N-ten Zeitpunkt erzeugt wird, wird durch das Bezugszeichen ε_N dargestellt. Die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 erzeugt ε_N unter Verwendung des Anzeigewerts v_N, der durch die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 34 erzeugt wird, und des geschätzten Anzeigewerts, der durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt wird. ε_N wird durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt. $ε_{N} = y_{N} - z_{N}^{T} X_{N-1}$
Als nächstes wird in Schritt S104 eine Zunahme L, die in dem RLS-Algorithmus verwendet werden soll, wie folgt aktualisiert. Schritt S104 wird durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Zunahme L um einen Vektor, der sechs Einträge enthält. Die Zunahme L, die an dem N-ten Zeitpunkt aktualisiert wird, wird durch das Bezugszeichen L_N dargestellt. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 354 erzeugt L_N durch die folgende Gleichung (9) unter Verwendung des oben erwähnten z_N und hält diesen. $L_{N} = P_{N-1} z_{N} / (ρ+ z_{N}^{T} P_{N-1} z_{N})$
In Gleichung (9) stellt P_N-1 eine Kovarianzmatrix P dar, die in dem RLS Algorithmus verwendet wird und zu dem (N-1)-ten Zeitpunkt aktualisiert wird (Schritt S106). In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kovarianzmatrix P um eine Matrix mit 6 Reihen und 6 Spalten. In Gleichung (9) stellt p einen sog. Forgetting Factor dar. Der Forgetting Factor p ist größer als 0 und kleiner oder gleich 1. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 hält P_N-1 und p.
Als nächstes wird in Schritt S105 der Schätzwert des korrekturbezogenen Informationsvektors X wie folgt aktualisiert. Schritt S105 wird durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 durchgeführt. Hierbei stellt X_N den Schätzwert des korrekturbezogenen Informationsvektors X dar, der zum N-ten Zeitpunkt aktualisiert wird. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt X_N durch die folgende Gleichung (10) unter Verwendung der oben erwähnten X_N-1 und L_N und ε_N, welches durch die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 erzeugt wird, und hält das somit erzeugte X_N. $X_{N} = X_{N - 1} + L_{N ε N}$
Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 bestimmt die Korrekturinformation x_i auf der Grundlage des Schätzwerts X_N des korrekturbezogenen Informationsvektors X. Genauer gesagt werden die sechs Einträge x₁ bis x₆ von X_N als die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ bestimmt. Der Zeitpunkt der Zuführung der Korrekturinformation x₁ von der Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 an die Korrekturverarbeitungseinheit 33 wird später erläutert.
Als nächstes wird in Schritt S106 die Kovarianzmatrix P wie folgt aktualisiert. Schritt S106 wird durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 durchgeführt. Die Kovarianzmatrix P, die an dem N-ten Zeitpunkt aktualisiert wird, wird durch das Bezugszeichen P_N dargestellt. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt P_N durch die folgende Gleichung (11) unter Verwendung der oben erwähnten z_N, P_N-1 und p und hält das somit erzeugte P_N. $P_{N} = {P_{N-1} - P_{N-1} z_{N} z_{N}^{T} P_{N-1} / (ρ+ z_{N}^{T} P_{N-1} z_{N})} / ρ$
Als nächstes bestimmt in Schritt S107 die Korrekturvorrichtung 3, ob die adaptive Signalverarbeitung beendet werden soll oder nicht. Falls bestimmt wird, dass die adaptive Signalverarbeitung in Schritt S107 beendet werden soll (J in S107), wird die adaptive Signalverarbeitung beendet. Die adaptive Signalverarbeitung wird beispielsweise durch Eingeben eines Signals beendet, das der Korrekturvorrichtung 3 ein Ende anweist. Falls bestimmt wird, dass die adaptive Signalverarbeitung in Schritt S107 (N in S107) nicht beendet werden soll, kehrt der Vorgang zu Schritt S101 zurück.
Nun wird eine Verarbeitungsabfolge, die beim ersten Mal in der adaptiven Signalverarbeitung durchzuführen ist, erläutert. Die Einzelheiten der Verarbeitungsabfolge, die beim ersten Mal durchgeführt werden soll, sind allgemein die gleichen wie jene, die bei dem N-ten Mal wie oben beschrieben durchgeführt werden sollen. Jedoch verwendet die Verarbeitungsabfolge, die beim ersten Mal durchgeführt werden soll, einen Anfangswert Po der Kovarianzmatrix P anstelle von P_N-1 in den Schritten S104 und S106. Zum Beispiel wird eine Einheitsmatrix mit 6 Reihen und 6 Spalten als Anfangswert Po verwendet. Wenn die Zunahme L beim ersten Mal aktualisiert wurde, erzeugt die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 L₁ durch die oben beschriebene Gleichung (9) unter Verwendung des Anfangswerts Po. Wenn die Kovarianzmatrix P beim ersten Mal identifiziert wurde, erzeugt die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 P₁ durch die oben dargestellte Gleichung (11) unter Verwendung des Anfangswerts Xo.
Die Verarbeitungsabfolge, die beim ersten Mal durchgeführt werden soll, verwendet den Anfangswert Xo des korrekturbezogenen Informationsvektors X anstelle von X_N-1 in Schritt S105. Als Anfangswert Xo wird zum Beispiel Xo, dargestellt durch die folgende Gleichung (12) verwendet. $X_{0}^{T} = [0,0,1,1,0,0]$
Wenn der Schätzwert X beim ersten Mal aktualisiert wurde, erzeugt die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 X₁ durch die oben dargestellte Gleichung (10) unter Verwendung des Anfangswerts Xo und hält das somit erzeugte X₁.
Nun erfolgt eine Beschreibung des Zeitpunkts des Zuführens der Korrekturinformation x_i von der Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 an die Korrekturverarbeitungseinheit 33. Wenn die Korrekturvorrichtung 3 ihren Betrieb startet, führt die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 der Korrekturverarbeitungseinheit 33 einen Anfangswert der Korrekturinformation x_i als Korrekturinformation x_i zu. Bei dem Anfangswert der Korrekturinformation x_i handelt es sich konkret um sechs Einträge des Anfangswerts X₀. Danach kann die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 die Aktualisierungsinformationen x_i an die Korrekturverarbeitungseinheit 33 zuführen, jedes Mal, wenn die Korrekturinformation x_i durch die Verarbeitungsabfolge in der adaptiven Signalverarbeitung aktualisiert wurden.
Alternativ, wenn die Anzahl N von Malen, dass die Verarbeitungsabfolge in der adaptiven Signalverarbeitung durchgeführt wurde, eine vorgegebene Anzahl N_p erreicht, kann die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 der Korrekturverarbeitungseinheit 33 die Korrekturinformation x_i zu jenem Zeitpunkt zuführen. N_P wird auf Grundlage der Anzahl von Malen bestimmt, die die Verarbeitungsabfolge durchgeführt wird, bei der beispielsweise geschätzt wird, dass jeder der Einträge x₁ bis x₆ hin zu seinem Optimalwert konvergiert.
Nachdem N N_P erreicht hat, kann die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 der Korrekturverarbeitungseinheit 33 Aktualisierungs-Korrekturinformationen x_i immer dann zuführen, wenn die Korrekturinformationen x_i durch die Verarbeitungsabfolge in der adaptiven Signalverarbeitung aktualisiert werden. Alternativ kann die Schätzwertanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 N auf 0 zurücksetzen und ein neues N_P vergeben. Wenn N das neue N_P erreicht hat, kann die Schätzwertanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 der Korrekturverarbeitungseinheit 33 die Korrekturinformationen x_i zu jenem Zeitpunkt zuführen.
Nun wird die Ausgestaltung sowie der Betrieb der Korrekturverarbeitungseinheit 33 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches die Ausgestaltung der Korrekturverarbeitungseinheit 33 veranschaulicht. Die Korrekturverarbeitungseinheit 33 umfasst eine Normalisierungseinheit 331, eine Phasenkorrektureinheit 332, und eine Harmonische Korrektureinheit 333. Sowohl die Normalisierungseinheit 331 als auch die Phasenkorrektureinheit 332 und die Harmonische Korrektureinheit 333 führen jeweils eine vorgegebene Korrekturverarbeitung unter Verwendung der Korrekturinformationen x_i durch, die zuletzt von der Schätzwertanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 an die Korrekturverarbeitungseinheit 33 zugeführt wurden.
Die Normalisierungseinheit 331 korrigiert den Versatz und die Amplitude des ersten Erfassungssignals S1 unter Verwendung der Korrekturwerte F₁ und G₁. Die Normalisierungseinheit 331 korrigiert ebenfalls den Versatz und die Amplitude des zweiten Erfassungssignals S2 unter Verwendung der Korrekturwerte F₂ und G₂. Genauer gesagt korrigiert die Normalisierungseinheit 331 zum Beispiel das erste Erfassungssignal S1, um ein Signal S1a durch die folgende Gleichung (13) zu erzeugen, und korrigiert das zweite Erfassungssignal S2, um ein Signal S2a durch die folgende Gleichung (14) zu erzeugen. $S1a = (S1 - F_{1}) / G_{1}$
$S2a = (S2 - F_{2}) / G_{2}$
Die Phasenkorrektureinheit 332 korrigiert die Phasen der Signale S1a und S2a, um Signale S1b und S2b mit einer Phasendifferenz von 90° zwischen sich zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Phasendifferenz zwischen den Signalen S1b und S2b auf 90° eingestellt, indem die Phase des Signals S1a korrigiert wird, das eine Entsprechung zu dem ersten Erfassungssignal S1 hat, ohne die Phase des Signals S2a zu korrigieren, das eine Entsprechung zu dem zweiten Erfassungssignal S2 hat. Die Phase des Signals S1a wird unter Verwendung des Korrekturwerts D korrigiert. Genauer gesagt korrigiert die Phasenkorrektureinheit 332 zum Beispiel die Phase des Signals S1a, um vermittels der folgenden Gleichung (15) ein Signal S1b zu erzeugen. Die Phasenkorrektureinheit 332 setzt das Signal S2a dem Signal S2b gleich, wie in der folgenden Gleichung (16) dargestellt. $S1b = S1a - (D \cdot 2 π/360) \cdot S2a$
$S2b = S2a$
Die Harmonische Korrektureinheit 333 verwendet den Korrekturwert G₃, um die ersten und zweiten Fehlerkomponenten der dritten Harmonischen S13 und S23, die in den Signalen S1b und S2b enthalten sind, zu verringern. Genauer gesagt erzeugt die Harmonische Korrektureinheit 333 zunächst zum Beispiel einen Schätzwert S13c der ersten Fehlerkomponente der dritten Harmonischen S13 vermittels der folgenden Gleichung (17), und erzeugt einen Schätzwert S23c der zweiten Fehlerkomponente S23 der dritten Harmonischen vermittels der folgenden Gleichung (18). $S13c = (4 \cdot {S1b}^{3} - 3 \cdot S1b) \cdot G_{3}$
$S23c = (4 \cdot {S2b}^{3} - 3 \cdot S2b) \cdot G_{3}$
Die Gleichungen (17) und (18) werden jeweils aus den Gleichungen (1) und (2) hergeleitet.
Die Harmonische Korrektureinheit 333 erzeugt dann das erste Berechnungssignal S1c durch Subtrahieren des Schätzwerts S13c von dem Signal S1b, und erzeugt das zweite Berechnungssignal S2c durch Subtrahieren des Schätzwerts S23c von dem Signal S2b. Genauer gesagt erzeugt die Harmonische Korrektureinheit 333 die ersten und zweiten Berechnungssignale S1c und S2c vermittels der folgenden Gleichungen (19) bzw. (20). $S1c = S1b - S13c$
$S2c = S2b - S23c$
Nun wird ein Verfahren zur Erzeugung des Erfassungswinkelwerts θs beschrieben. Die Winkelerfassungseinheit 4 berechnet des Erfassungswinkelwert θs auf Grundlage der ersten und zweiten Berechnungssignale S1c und S2c, die sich aus der Umwandlung durch die Korrekturverarbeitungseinheit 33 ergeben. Konkret berechnet die Winkelerfassungseinheit 4 θs zum Beispiel vermittels der folgenden Formel (21). $θ s = atan (S1c/S2c)$
Wenn θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° liegt, führt Gleichung (21) auf zwei Lösungen, die sich hinsichtlich des Werts um 180° voneinander unterscheiden. Welche der beiden Lösungen für θs in Gleichung (21) der echte Wert von θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von S1c und S2c geschlossen werden. Die Winkelberechnungseinheit 4 erhält θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° mithilfe von Gleichung (21) und auf Grundlage der vorhergehenden Bestimmung der Kombinationen aus positiven und negativen Vorzeichen von S1c und S2c.
Die Wirkung der Korrekturvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung, um den Schätzfehler ε zu verringern, und die Korrekturverarbeitungseinheit 33 führt die Korrekturverarbeitung durch, deren Einzelheiten gemäß der Korrekturinformation x_i bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn der Wertebereich des Anzeigewerts y schmaler ist als der Wertebereich der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 aus einer Periode, kann die Korrekturinformation x_i durch adaptive Signalverarbeitung bestimmt werden. Somit ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Winkelfehler durch Bestimmung der Korrekturinformationen x_i vermittels adaptiver Signalverarbeitung zu verringern, selbst wenn der Winkelsensor 1 in einem System zur Erfassung eines Winkels verwendet wird, dessen Variationsbereich kleiner als 360° ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn die Korrekturinformationen x_i mithilfe der adaptiven Signalverarbeitung bestimmt werden, es nicht erforderlich, Daten vorzuhalten, die den Daten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 aus einer Periode entsprechen. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit die effiziente Bestimmung der Korrekturinformationen x_i.
Es kann eine Vielzahl von Faktoren geben, die für die Verzerrung von jedem der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 gegenüber ihrer idealen sinusförmigen Kurve verantwortlich sind. Die Verzerrung von jedem der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 gegenüber ihrer idealen sinusförmigen Kurve verursacht einen Winkelfehler in dem Erfassungswinkelwert θs. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei den Korrekturinformationen x_i um eine Vielzahl von Korrekturwerten F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃. Diese Vielzahl von Korrekturwerten sollen die Verzerrung der Erfassungssignale S1 und S2, die sich aus der Vielzahl von Faktoren ergibt, korrigieren. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bewirkt das Durchführen der adaptiven Signalverarbeitung, dass jeder aus der Vielzahl der Korrekturwerte auf seinen Optimalwert konvergiert. Somit ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers, selbst wenn es eine Vielzahl von Faktoren gibt, die für die Verzerrung der Erfassungssignale S1 und S2 verantwortlich sind.
Der Winkelfehler kann in Abhängigkeit von zum Beispiel der Temperatur während der Verwendung des Winkelsensors 1 variieren. In der vorliegenden Ausführungsform können die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung selbst während der Verwendung des Winkelsensors 1 bestimmt werden. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit die Verringerung des Winkelfehlers durch Bestimmen der Korrekturinformationen x_i durch angemessenes Durchführen der adaptiven Signalverarbeitung selbst in einer Umgebung, in der der Winkelfehler in Abhängigkeit von zum Beispiel der Temperatur variieren kann.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird untenstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die Ergebnisse einer Simulation beschrieben, welche den Betrieb der Korrekturvorrichtung 3 und der Winkelerfassungseinheit 4 gemäß der vorliegenden Erfindung verifiziert. In der Simulation wurden jeweilige Sollwerte für die Korrekturwerte F₁, F₁, F₂, G₁, G₂, D und G₃ festgelegt, und die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 wurden unter Verwendung einer Funktion erzeugt, die mithilfe jener Sollwerte bestimmt wurde und den zu erfassenden Winkel θ als Variable annahm. Ein auf Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 berechneter Erfassungswinkelwert wird hier als anfänglicher Erfassungswinkelwert bezeichnet und durch das Bezugszeichen θp dargestellt. In der Simulation wurden die vorgenannten Sollwerte festgelegt, um die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 zu erzeugen, so dass eine Bedingung dahingehend erfüllt wird, dass der Erfassungswinkelwert θs, der auf Grundlage der ersten und zweiten Berechnungssignale S1c und S2c berechnet wird, keinen Winkelfehler enthielt, wenn der anfängliche Erfassungswinkelwert θp keinen Winkelfehler enthielt und die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D und G₃ ihre jeweiligen Sollwerte erfüllt hatten. Konkret wurden die Werte der Korrekturwerte F₁, F₂, D und G₃ auf Werte festgelegt, die von 0 verschieden sind, und die Sollwerte der Korrekturwerte G₁ und G₂ wurden auf Werte festgelegt, die von 1 verschieden sind. Die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 wurden unter Verwendung dieser Sollwerte erzeugt. Die Simulation verifizierte, ob die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D und G₃ zu ihren jeweiligen Sollwerten konvergierten, indem die Korrekturinformationen x_i mithilfe der adaptiven Signalverarbeitung, die in 8 dargestellt ist, bestimmt wurden.
Der anfängliche Erfassungswinkelwert θp wird durch Ersetzen von θs, S1c, und S2c in Gleichung (21) durch θp, S1 bzw. S2 berechnet. Der Winkelfehler des anfänglichen Erfassungswinkelwerts θp entspricht dem Winkelfehler, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
Die Einzelheiten der Simulation werden nun konkret erläutert. In der Simulation wurde der folgende vorgegebene Vorgang wiederholt durchgeführt. Die Anzahl der Male, die der vorgegebene Vorgang wiederholt wurde, wird durch das Bezugszeichen n angegeben. Wenn der Wert n variiert, variiert der zu erfassende Winkel θ gemäß einer bestimmten Regel, und die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 variieren ebenfalls entsprechend. Wenn n in einem Bereich zwischen einschließlich 1 und 399 liegt, sind die Einzelheiten des vorgegebenen Vorgangs wie folgt. Zunächst wurde die unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Korrekturverarbeitung unter Verwendung des Anfangswerts der Korrekturinformationen x_i durchgeführt, um die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 und das erste bzw. zweite Berechnungssignal S1c und S2c umzuwandeln. In der Simulation wurde der Anfangswert von jedem der Korrekturwerte F₁, F₂, D und G₃ auf 0 gelegt, und der Anfangswert von jedem der Korrekturwerte G₁ und G₂ wurde auf 1 gelegt. Als nächstes wurde der Erfassungswinkelwert θs durch Gleichung (21) mithilfe der ersten und zweiten Berechnungssignale S1c und S2c berechnet. Dann wurde der Winkelfehler durch Erhalt der Differenz zwischen der Erfassungswinkelwert θs und dem zu erfassenden Winkel θ berechnet.
Wenn n in einem Bereich zwischen einschließlich 400 und 2000 liegt, sind die Einzelheiten des vorgegebenen Vorgangs wie folgt. Zunächst wurde die Verarbeitungsabfolge, die aus den Schritten S101 bis S106 aus 8 gebildet ist, durchgeführt, um die Korrekturinformationen x_i zu bestimmen. Dann wurde die unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Korrekturverarbeitung unter Verwendung des Anfangswerts der Korrekturinformationen x_i durchgeführt, um die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 und das erste bzw. zweite Berechnungssignal S1c und S2c umzuwandeln. Als nächstes wurde der Erfassungswinkelwert θs durch Gleichung (21) mithilfe der ersten und zweiten Berechnungssignale S1c und S2c berechnet. Dann wurde der Winkelfehler durch Erhalt der Differenz zwischen dem Erfassungswinkelwert θs und dem zu erfassenden Winkel θ berechnet.
9 zeigt den zu erfassenden Winkel θ, der in der Simulation variiert wurde. In 9 stellt die horizontale Achse das oben genannte „n“ dar, und die vertikale Achse stellt den zu erfassenden Winkel θ dar. Wie in 9 gezeigt, wurde der zu erfassende Winkel θ in der Simulation variiert, so dass er wiederholt in einem Bereich zwischen einschließlich 0° und 200° anstieg bzw. abfiel.
10 zeigt die Korrekturwerte F₁ und F2, die durch die Simulation erhalten wurden. In 10 stellt die horizontale Achse das oben genannte „n“ dar, und die vertikale Achse stellt die Korrekturwerte F₁und F₂ dar. In 10 stellt die krumme Linie 81 den Korrekturwert F₁ dar, und die krumme Linie 82 stellt den Korrekturwert F₂ dar. Die gestrichelte gerade Linie 91 stellt den Sollwert des Korrekturwerts F₁ dar, und die gestrichelte gerade Linie 92 stellt den Sollwert des Korrekturwerts F₂ dar.
In 10, wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 1 und 399 liegt, stellen die Korrekturwerte F₁ und F₂ Werte in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, nicht durchgeführt wird, mit anderen Worten stellen sie die Anfangswerte der Korrekturwerte F₁ und F₂ dar. Wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 400 und 2000 liegt, stellen die Korrekturwerte F₁ und F₂ Werte in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, durchgeführt wird. Wie in 10 dargestellt konvergiert der Korrekturwert F₁ vermittels Durchführung der oben genannten Verarbeitung zu seinem Sollwert, und der Korrekturwert F₂ konvergiert zu seinem Sollwert. Wenn n 600 oder mehr ist, stimmt der Korrekturwert F₁ im Wesentlichen mit seinem Sollwert überein, und der Korrekturwert F₂ stimmt im Wesentlichen mit seinem Sollwert überein.
11 zeigt die Korrekturwerte G₁ und G₂, die durch Simulation erhalten wurden. In 11 stellt die horizontale Achse das oben genannte „n“ dar, und die vertikale Achse stellt die Korrekturwerte G₁ und G₂ dar. In 11 stellt die krumme Linie 83 den Korrekturwert G₁ dar, und die krumme Linie 84 stellt den Korrekturwert G₂ dar. Die gestrichelte gerade Linie 93 stellt den Sollwert des Korrekturwerts G₁ dar, und die gestrichelte gerade Linie 94 stellt den Sollwert des Korrekturwerts G₂ dar.
In 11, wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 1 und 399 liegt, stellen die Korrekturwerte G₁ und G₂ Werte in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, nicht durchgeführt wird, mit anderen Worten stellen sie die Anfangswerte der Korrekturwerte G₁ und G₂ dar. Wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 400 und 2000 liegt, stellen die Korrekturwerte G₁ und G₂ Werte in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, durchgeführt wird. Wie in 11 dargestellt konvergiert der Korrekturwert G₁ vermittels Durchführung der oben genannten Verarbeitung zu seinem Sollwert, und der Korrekturwert G₂ konvergiert zu seinem Sollwert. Wenn n 600 oder mehr ist, stimmt der Korrekturwert G₁ im Wesentlichen mit seinem Sollwert überein, und der Korrekturwert G₂ stimmt im Wesentlichen mit seinem Sollwert überein.
12 zeigt den Korrekturwert D, der durch Simulation erhalten wurde. In 12 stellt die horizontale Achse das vorgenannte „n“ dar, und die vertikale Achse stellt den Korrekturwert D dar. In 12 stellt die krumme Linie 85 den Korrekturwert D dar, und die gestrichelte gerade Linie 95 stellt den Sollwert des Korrekturwerts D dar.
In 12, wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 1 und 399 liegt, stellt der Korrekturwert D einen Wert in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, nicht durchgeführt wird, mit anderen Worten stellt er den Anfangswert des Korrekturwerts D dar. Wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 400 und 2000 liegt, stellt der Korrekturwert D einen Wert in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, durchgeführt wird. Wie in 12 dargestellt konvergiert der Korrekturwert D vermittels Durchführung der oben genannten Verarbeitung zu seinem Sollwert. Wenn n 600 oder mehr ist, stimmt der Korrekturwert D im Wesentlichen mit seinem Sollwert überein.
13 zeigt den Korrekturwert G₃, der durch Simulation erhalten wurde. In 13 stellt die horizontale Achse das vorgenannte „n“ dar, und die vertikale Achse stellt den Korrekturwert G₃ dar. In 13 stellt die krumme Linie 86 den Korrekturwert G₃ dar, und die gestrichelte gerade Linie 96 stellt den Sollwert des Korrekturwerts G₃ dar.
In 13, wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 1 und 399 liegt, stellt der Korrekturwert G₃ einen Wert in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, nicht durchgeführt wird, mit anderen Worten stellt er den Anfangswert des Korrekturwerts G₃ dar. Wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 400 und 2000 liegt, stellt der Korrekturwert G3 einen Wert in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, durchgeführt wird. Wie in 13 dargestellt konvergiert der Korrekturwert G₃ vermittels Durchführung der oben genannten Verarbeitung zu seinem Sollwert. Wenn n 600 oder mehr ist, stimmt der Korrekturwert G₃ im Wesentlichen mit seinem Sollwert überein.
14 zeigt den Winkelfehler, der durch Simulation erhalten wurde. In 14 stellt die horizontale Achse das vorgenannte „n“ dar, und die vertikale Achse stellt den Winkelfehler dar. In 14, wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 1 und 399 liegt, stellt der Winkelfehler einen Wert in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch die adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, nicht durchgeführt wird. Wenn n in dem Bereich zwischen einschließlich 400 und 2000 liegt, stellt der Winkelfehler einen Wert in dem Fall dar, in dem die Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i durch adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, durchgeführt wird. Wie in 14 dargestellt konvergiert der Winkelfehler vermittels Durchführung der oben genannten Verarbeitung gegen 0. Wenn n 600 oder mehr ist, ist der Winkelfehler im Wesentlichen 0.
Aus den Simulationsergebnissen kann abgelesen werden, dass das Durchführen der Verarbeitung, um die Korrekturinformationen x_i unter Verwendung der adaptiven Signalverarbeitung zu bestimmen, es ermöglicht, dass die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ zu ihren jeweiligen Sollwerten konvergieren, selbst wenn der Variationsbereich des zu erfassenden Winkels θ weniger als 360° beträgt, wodurch eine Verringerung in dem Winkelfehler ermöglicht wird.
[Zweite Ausführungsform]
Nun wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Zunächst wird die Ausgestaltung der Korrekturvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Der Winkelsensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Korrekturvorrichtung 103 gemäß der zweiten Ausführungsform anstelle der Korrekturvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform. 15 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung der Korrekturvorrichtung 104 und der Winkelerfassungseinheit 4 darstellt. Die Korrekturvorrichtung 103 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst A/D-Wandler 131 und 132, eine Korrekturverarbeitungseinheit 133, eine Anzeigewert-Erzeugungseinheit 134, und eine Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135.
Der A/D Wandler 131 wandelt das erste Erfassungssignal S1 in ein Digitalsignal um. Der A/D Wandler 132 wandelt das zweite Erfassungssignal S2 in ein Digitalsignal um. Die Korrekturverarbeitungseinheit 133 wandelt die Digitalsignale, die von den A/D Wandlern 131 und 132 aus den ersten und zweiten Erfassungssignalen S1 und S2 umgewandelt wurden, in ein erstes Berechnungssignal S1c und ein zweites Berechnungssignal S2c um, die bei der Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts θs an der Winkelerfassungseinheit 4 verwendet werden sollen. Die Korrekturverarbeitungseinheit 133 ist auf die gleiche Weise wie die Korrekturverarbeitungseinheit 33 der ersten Ausführungsform eingerichtet und arbeitet auf die gleiche Weise wie diese.
Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 134 erzeugt einen Anzeigewert y vermittels Durchführen von Operationen, die eine Operation zum Erhalt der Quadratwurzel aus der Summe aus dem Quadrat des ersten Berechnungssignals S1c und dem Quadrat des zweiten Berechnungssignals S2c beinhalten. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 134 den Anzeigewert y vermittels der folgenden Gleichung (22). $y = \sqrt ({S1c}^{2} + {S2c}^{2})$
Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 erzeugt einen geschätzten Anzeigewert, bei dem es sich um einen Schätzwert des Anzeigewerts y handelt, unter Verwendung einer Funktion, welche einen oder mehr Werte, die jeweils eine Entsprechung zu der Korrekturinformation haben, als eine oder mehr Variablen annimmt. Die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 bestimmt ebenfalls die Korrekturinformationen durch adaptive Signalverarbeitung, so dass die Differenz zwischen dem Anzeigewert y und dem geschätzten Anzeigewert verringert wird, und führt die Korrekturinformationen der Korrekturverarbeitungseinheit 133 zu. Der Vorgang des Bestimmens der Korrekturinformationen durch adaptive Signalverarbeitung wird in dem Zustand durchgeführt, in dem der zu erfassende Winkel θ variiert.
Die Ausgestaltung und der Betrieb der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 wird nun ausführlich beschrieben. Die Ausgestaltung der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 ist die gleiche wie jene der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 der in 5 dargestellten ersten Ausführungsform. Genauer gesagt umfasst die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 eine Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 und eine Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352. Die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 erzeugt einen Schätzfehler ε, bei dem es sich um die Differenz zwischen dem Anzeigewert y und dem geschätzten Anzeigewert handelt. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt den geschätzten Anzeigewert und bestimmt die Korrekturinformationen durch adaptive Signalverarbeitung, so dass der geschätzte Fehler ε verringert ist. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 führt zu einer vorgegebenen Zeit der Korrekturverarbeitungseinheit 113 die Korrekturinformationen zu jenem Zeitpunkt zu. Wie in der ersten Ausführungsform handelt es sich bei den Korrekturinformationen in der vorliegenden Ausführungsform um die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃. Wie in der ersten Ausführungsform wird eine Gruppe von Korrekturwerten F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ als Korrekturinformationen x_i bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform definieren wir einen korrekturbezogenen Informationsvektor X wie folgt. Der korrekturbezogene Informationsvektor X enthält sechs Einträge x₁, x₂, x₃, x₄, x₅, und x₆, wie durch Gleichung (4) der ersten Ausführungsform dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Einträge x₁, x₂, x₃, x₄, x₅, und x₆, gleich den Aktualisierungsparametern ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD, und ΔG₃ zur Aktualisierung der Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, bzw. G₃. Somit haben die sechs Einträge x₁ bis x₆ jeweils eine Entsprechung zu den Korrekturinformationen. Die sechs Einträge x₁ bis x₆ entsprechen dem „einen oder mehr Werten, die jeweils eine Entsprechung zu der Korrekturinformation haben“, also der einen oder mehr Variablen der Funktion, die von der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 verwendet wird, um den geschätzten Anzeigewert zu erzeugen.
In der vorliegenden Ausführungsform stellt z^TX die Funktion dar, die von der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 135 verwendet wird, um den geschätzten Anzeigewert zu bestimmen, wie in der ersten Ausführungsform. Wie in Gleichung (5) der ersten Ausführungsform dargestellt, stellt z einen Vektor dar, der sechs Einträge z₁ bis z₆ enthält. Die sechs Einträge z₁ bis z₆ werden durch die Gleichungen (6A) bis (6F) der ersten Ausführungsform ausgedrückt. Die Funktion z^TX ist eine Funktion, die sechs Einträge x₁ bis x₆ als Variablen annimmt, und die den Erfassungswinkelwert θs als weitere Variable annimmt.
Die Schätzanzeigewert-Bestimmungseinheit 253 berechnet die Funktion z^TX unter Verwendung der sechs Einträge x₁ bis x₆, also den Aktualisierungsparametern ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD und ΔG₃, und des Erfassungswinkelwerts θs, und erhält dadurch den geschätzten Anzeigewert. Der Erfassungswinkelwert θs wird auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform erzeugt.
Die Schätzfehler-Erzeugungseinheit 351 nutzt den Anzeigewert y, der durch die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 134 erzeugt wurde, und den geschätzten Anzeigewert, der durch die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 erzeugt wurde, um den geschätzten Fehler ε zu erzeugen, wie durch Gleichung (7) der ersten Ausführungsform ausgedrückt.
Die Einzelheiten der adaptiven Signalverarbeitung zur Verringerung des geschätzten Fehlers ε sind grundsätzlich die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wurden. In der adaptiven Signalverarbeitung wird die Verarbeitungsabfolge, die durch die Schritte S101 bis S106 aus 8 gebildet wird, wiederholt unter der Bedingung durchgeführt, bei der der zu erfassende Winkel θ variiert. In der nachfolgenden Beschreibung stellt „N“ die Anzahl von Malen dar, die die Verarbeitungsabfolge durchgeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird Schritt S101 von der Anzeigewert-Erzeugungseinheit 134 durchgeführt. Die Anzeigewert-Erzeugungseinheit 134 erzeugt den Anzeigewert y_N durch die oben angegebene Gleichung (22) unter Verwendung der ersten und zweiten Berechnungssignale S1c und S2c, die sich aus der Korrekturverarbeitung durch die Korrekturverarbeitungseinheit 133 ergeben.
Wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform, in Schritt S105, beschrieben wurde, wird der Schätzwert X_N des korrekturbezogenen Informationsvektors C aktualisiert. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 die Aktualisierungsparameter ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD, und ΔG₃ auf Grundlage des Schätzwerts X_N. In der vorliegenden Ausführungsform dienen die sechs Einträge x₁ bis x₆ von X_N als Aktualisierungsparameter ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD, und ΔG₃. Die Schätzanzeigewert-Bestimmungseinheit 352 bestimmt die Korrekturinformationen x_i, also die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃, auf Grundlage der Aktualisierungsparameter ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD, und ΔG₃.
Die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ werden zum Beispiel immer dann aktualisiert, wenn der Schätzwert X_N aktualisiert wird. In diesem Fall berechnet die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 die Korrekturwerte F₁, F₂, G, G₂, D, und G₃ vermittels der folgenden Gleichungen (23A) bis (23F). $F_{1 (N)} = F_{1 (N - 1)} + Δ F_{1}$
$F_{2 (N)} = F_{2 (N - 1)} + Δ F_{2}$
$G_{1 (N)} = G_{1 (N - 1)} \cdot Δ G_{1}$
$G_{2 (N)} = G_{2 (N - 1)} \cdot Δ G_{2}$
$D_{(N)} = D_{(N - 1)} + Δ D$
$G_{3 (N)} = G_{3 (N - 1)} + Δ G_{3}$
In den Gleichungen (23A) bis (23F) stellen F_1(N), F_2(N), G_1(N), G_2(N), D_(N), und G_3(N) die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ dar, die zum N-ten Mal aktualisiert wurden. F_1(N-1), F_2(N-1), G_1(N-1), G_2(N-1), D_(N-1), und G_3(N-1) stellen die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ dar, die beim (N-1)-ten Zeitpunkt aktualisiert wurden. Die Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 hält die aktualisierten Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃. Bei der ersten Aktualisierung werden die anfänglichen Werte der Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ anstelle von F_1(N-1), F_2(N-1), G_1(N-1), G_2(N-1), D_(N-1), und G_3(N-1) aus den Gleichungen (23A) bis (23F) verwendet. Konkret ist der Anfangswert der Korrekturwerte F₁, F₂, D, und G₃ gleich 0, und der Anfangswert von jedem der Korrekturwerte G₁ und G₂ ist 1.
Der Zeitpunkt des Zuführens der Korrekturinformationen x₁ von der Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 an die Korrekturverarbeitungseinheit 133 ist der gleiche wie der Zeitpunkt des Zuführens der Korrekturinformationen x_i von der Schätzanzeigewert-Erzeugungseinheit 352 an die Korrekturverarbeitungseinheit 33, wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben.
Nun wird eine kurze Beschreibung der Ergebnisse der ersten und zweiten Simulationen angegeben, die den Betrieb der Korrekturvorrichtung 103 und der Winkelerfassungseinheit 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verifizieren. Die Einzelheiten der ersten Simulation sind die gleichen wie jene der Simulation, die in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. In der ersten Simulation wurden entsprechende Sollwerte für die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D und G₃ festgelegt, und die Korrekturinformationen x_i wurden unter Verwendung der adaptiven Signalverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform bestimmt, um zu überprüfen, ob die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ zu ihren jeweiligen Sollwerten konvergierten oder nicht. Es wurde verifiziert, dass die Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D, und G₃ in der vorliegenden Ausführungsform zu ihren jeweiligen Sollwerten konvergierten. Ferner wurde in der ersten Simulation ein Winkelfehler des Erfassungswinkelwerts θs berechnet. Es wurde ebenfalls verifiziert, dass der Winkelfehler in der vorliegenden Ausführungsform gegen 0 konvergierte.
Angenommen die Berechnungssignale S1c und S2c werden anstelle der Erfassungssignale S1 und S2 in eine virtuelle Korrekturverarbeitungseinheit mit der gleichen Ausgestaltung wie die Korrekturverarbeitungseinheit 33 der ersten Ausführungsform eingegeben, können die Aktualisierungsparameter ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD und ΔG₃, die in der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden, als Korrekturinformationen betrachtet werden, um die Einzelheiten einer virtuellen Korrekturverarbeitung zu bestimmen, die von der virtuellen Korrekturverarbeitungseinheit durchgeführt werden soll. In der zweiten Simulation wurden die Erfassungswinkelwerte θs zwischen dem Fall der Erzeugung von zwei neuen Berechnungssignalen durch eine solche virtuelle Korrekturverarbeitung und dem Fall der Erzeugung der Berechnungssignale S1c und S2c durch die Korrekturverarbeitung durch die Korrekturverarbeitungseinheit 133 unter Verwendung der Korrekturwerte F₁, F₂, G₁, G₂, D und G₃, die unter Verwendung der Aktualisierungsparameter ΔF₁, ΔF₂, ΔG₁, ΔG₂, ΔD und ΔG₃ wie in der vorliegenden Ausführungsform aktualisiert werden, verglichen. Im Ergebnis gab es kaum einen Unterschied in dem Erfassungswinkelwert θs zwischen den beiden Fällen.
Es wurde somit verifiziert, dass die Korrekturverarbeitung durch die Korrekturverarbeitungseinheit 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angemessen war.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion, und Wirkungen der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden. Wenn beispielsweise eine nicht dargestellte Steuereinheit, die außerhalb des Winkelsensors 1 vorgesehen ist, den zu erfassenden Winkel θ erkennen kann, kann die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit 35 bzw. 135 einen geschätzten Anzeigewert erzeugen, indem als „weitere Variable“ der Funktion z^TC der durch die Steuereinheit erkannte zu erfassende Winkel θ anstelle des Erfassungswinkelwerts θs verwendet wird. Zu einer solchen Situation kommt es, wenn die Steuereinheit anweist, den Winkel θ zu ändern, oder wenn die Steuereinheit in der Lage ist, Informationen zu dem Winkel θ zu erhalten.
Ferner kann in der vorliegenden Erfindung die adaptive Signalverarbeitung einen Algorithmus verwenden, bei dem es sich nicht um den RLS Algorithmus handelt, wie beispielsweise einen LMS (Least Mean Squares) Algorithmus.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf Magnetsensoren angewendet werden, sondern auf alle Arten von Winkelsensoren, einschließlich optischer Winkelsensoren.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehre möglich. Es wird deshalb angemerkt, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen in anderen Ausführungsformen als den oben angeführten, am meisten bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006090738 A [0005, 0008]
JP 2005331496 A [0006, 0010]
JP 2006098068 A [0006, 0010]
JP 2005 [0010]
JP 331496 A [0010]

Claims

Korrekturvorrichtung (3) zur Verwendung in einem Winkelsensor (1), wobei der Winkelsensor (1) umfasst: eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2) zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel haben; und eine Winkelerfassungseinheit (4) zur Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts auf der Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen, wobei der Erfassungswinkelwert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel hat, wobei die Korrekturvorrichtung (3) aufweist: eine Korrekturverarbeitungseinheit (33) zur Durchführung einer Korrekturverarbeitung an der Vielzahl von Erfassungssignalen, um einen Fehler des Erfassungswinkelwerts gegenüber dem Fall zu verringern, in dem die Korrekturverarbeitung nicht durchgeführt wird, wobei Einzelheiten der Korrekturverarbeitung gemäß Korrekturinformationen bestimmt werden; eine Anzeigewert-Erzeugungseinheit (34) zur Erzeugung eines Anzeigewerts auf Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen, wobei der Anzeigewert eine Entsprechung zu dem Fehler des Erfassungswinkelwerts hat; und eine Korrekturinformation-Bestimmungseinheit (35), wobei die Korrekturinformation-Bestimmungseinheit (35) eingerichtet ist, einen geschätzten Anzeigewert, bei dem es sich um einen Schätzwert des Anzeigewerts handelt, mithilfe einer Funktion zu erzeugen, die einen oder mehr Werte, die jeweils eine Entsprechung zu den Korrekturinformationen haben, als eine oder mehr Variablen annimmt, und die Korrekturinformationen durch adaptive Signalverarbeitung zu bestimmen, um eine Differenz zwischen dem Anzeigewert und dem geschätzten Anzeigewert zu verringern.
Korrekturvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Funktion, die von der Korrekturinformation-Bestimmungseinheit (35) verwendet wird, um den geschätzten Anzeigewert zu erzeugen, eine Funktion ist, die den Erfassungswinkelwert als weitere Variable annimmt.
Korrekturvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Erfassungssignalen ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal sind, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, das erste Erfassungssignal eine erste Idealkomponente enthält und das zweite Erfassungssignal eine zweite Idealkomponente enthält, und die erste Idealkomponente und die zweite Idealkomponente periodisch derart variieren, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve mit einer Phasendifferenz von 90° zwischen den ersten und zweiten Idealkomponenten abbilden.
Korrekturvorrichtung (3) gemäß Anspruch 3, wobei die Anzeigewert-Erzeugungseinheit (34) den Anzeigewert vermittels Durchführung von Operationen erzeugt, die eine Operation zum Erhalt einer Quadratwurzel aus einer Summe aus einem Quadrat des ersten Erfassungssignals und einem Quadrat des zweiten Erfassungssignals beinhaltet.
Korrekturvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Korrekturverarbeitungseinheit (33) die Vielzahl von Erfassungssignalen in ein erstes Berechnungssignal und ein zweites Berechnungssignal umwandelt, die bei der Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts an der Winkelerfassungseinheit verwendet werden sollen, und die Anzeigewert-Erzeugungseinheit (34) den Anzeigewert vermittels Durchführung von Operationen erzeugt, die eine Operation zum Erhalt einer Quadratwurzel aus einer Summe aus einem Quadrat des ersten Berechnungssignals und einem Quadrat des zweiten Berechnungssignals beinhalten.
Korrekturvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die adaptive Signalverarbeitung einen rekursiven Algorithmus der kleinsten Quadrate verwendet.
Korrekturvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zu erfassende Winkel ein Winkel ist, den die Richtung eines Magnetfelds an einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Korrekturvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Variationsbereich des zu erfassenden Winkels kleiner als 360° ist.
Winkelsensor (1), aufweisend: eine Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (2) zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel haben; eine Winkelerfassungseinheit (4) zur Erzeugung eines Erfassungswinkelwerts auf der Grundlage der Vielzahl von Erfassungssignalen, wobei der Erfassungswinkelwert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel hat; und die Korrekturvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.