DE102018219581A1

DE102018219581A1 - Ermittlung einer relativen bewegungsrichtung

Info

Publication number: DE102018219581A1
Application number: DE102018219581.1A
Authority: DE
Inventors: Simone Fontanesi; Tobias Werth
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: DE102018219581B4; US20200158535A1; US11578993B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds umfasst einen Magnetfeldsensor und eine Verarbeitungsschaltung. Der Magnetfeldsensor erzeugt basierend auf dem Magnetfeld zwei Sensorsignale, die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind. Die Verarbeitungsschaltung berechnet basierend auf den zwei Sensorsignalen einen Winkel, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert, und ermittelt basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung einer relativen Bewegungsrichtung und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds.
Hintergrund
Magnetfeldsensoren werden verwendet, um magnetische Felder zu messen. Beispiele von Magnetfeldsensoren weisen AMR-Sensoren (AMR = anisotropic magnetoresistance = anisotroper Magnetwiderstand), GMR-Sensoren (GMR = giant magnetoresistance = Riesenmagnetwiderstand), TMR-Sensoren (TMR = tunnel magnetoresistance = Tunnelmagnetwiderstand) oder Hall-Sensoren auf. Diese Sensoren liefern ein Ausgangssignal, das proportional zu einem anliegenden Magnetfeld ist. Magnetfeldsensoren finden auf vielen Gebieten Anwendung, um Relativbewegungen zwischen dem Magnetfeldsensor und einem Magnetelement zu erfassen. Das Magnetelement kann beispielsweise ein oder mehrere Polpaare aufweisen, so dass der Magnetfeldsensor bei einer Relativbewegung zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Magnetelement ein Schwingungssignal erzeugt, das um einen Mittelwert schwankt.
Ein Beispiel solcher Magnetfeldsensoren sind Radgeschwindigkeitssensoren, die eine Radgeschwindigkeit erfassen. Bei solchen Radgeschwindigkeitsensoren kann ein Polrad mit einem oder einer Mehrzahl von Polpaaren auf einer Achse, um die sich das Rad dreht, angeordnet sein, so dass das Polrad, wenn sich das Rad dreht, ein variierendes Magnetfeld erzeugt, das durch den Magnetfeldsensor erfasst wird. Magnetfeldsensoren können beispielsweise auf der Grundlage des durch das Polrad erzeugten Magnetfelds um 90° zueinander phasenverschobene Ausgangssignale erzeugen, auf deren Basis wiederum ein Winkel berechnet werden kann, auf dessen Grundlage sowohl Drehgeschwindigkeit als auch Drehrichtung des Polrades bestimmt werden können.
Generell können Magnetfeldsensoren basierend auf dem erfassten Signal ein Ausgangssignal gemäß einem Signalprotokoll ausgeben. Bei einem sogenannten AK-Protokoll (AK = Arbeitskreis) wird bei jedem Nulldurchgang des Schwingungssignals eine Pulsfolge erzeugt, wobei ein erster Puls mit einer ersten Pulshöhe den Nulldurchgang anzeigt und darauffolgende Pulse mit einer zweiten geringeren Höhe Informationsbits darstellen, die weitere Informationen anzeigen können. Bei einem anderen sogenannten PWM-Protokoll (PWM = Pulsbreitenmodulation) wird bei jedem Nulldurchgang des Schwingungssignals ein einzelner Puls erzeugt. Die Breite des Pulses kann moduliert sein, um Informationen zu enthalten, beispielsweise können die Pulse eine erste Breite aufweisen, wenn sich das Rad in einer ersten Richtung dreht und die Pulse können eine zweite Breite aufweisen, wenn sich das Rad in einer zweiten Richtung dreht.
Autonome Fahranwendungen können neue Anforderungen für Radgeschwindigkeitssensoren hervorbringen. Beispielsweise kann eine höhere Auflösung erforderlich sein, um autonome Parkanwendungen zu ermöglichen.
Überblick
Wünschenswert wären Vorrichtungen und Verfahren, die es ermöglichen, eine relative Bewegungsrichtung eines Geberobjekts möglichst bald nach einem Einschaltzeitpunkt ausgeben zu können.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds, die einen Magnetfeldsensor und eine Verarbeitungsschaltung aufweist. Der Magnetfeldsensor ist ausgelegt, um basierend auf dem Magnetfeld zwei Sensorsignale zu erzeugen, die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind. Die Verarbeitungsschaltung ist ausgelegt, um basierend auf den zwei Sensorsignalen einen Winkel zu berechnen, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert, und um basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts zu ermitteln.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung basieren auf der Erkenntnis, dass die relative Bewegungsrichtung des Geberobjekts unmittelbar ermittelt und somit ausgegeben werden kann, wenn die Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel verwendet wird. Alternativ kann die Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel, beispielsweise des ersten und zweiten nach dem Einschaltzeitpunkt erreichten Schwellenwertwinkels, verwendet werden. Somit ermöglichen Beispiele der vorliegenden Offenbarung, dass die Bewegungsrichtung so schnell wie möglich, beispielsweise mit einem ersten Puls eines gemäß einem entsprechenden Protokoll ausgegebenen Ausgangssignals, ausgegeben wird.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zum Ermitteln einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds, bei dem zwei Sensorsignale, die auf dem Magnetfeld basieren und die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind, erzeugt werden. Ein Winkel, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert, wird berechnet. Die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts wird basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel ermittelt.
Figurenliste
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Bewegungsrichtung;
2 schematische eine Anordnung einer Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Bewegungsrichtung und eines Polrades;
3 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Magnetfeldsensors;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels eines Magnetfeldsensors;
5 ein Diagramm, das einen Magnetfeldvektor zeigt;
6A und 6B Beispiele von jeweils zwei um 90° phasenverschobenen Sensorsignalen;
7A ein Beispiel eines Sensorsignals;
7B ein Beispiel eines basierend auf zwei Sensorsignalen berechneten Winkels;
8A und 8B schematisch entsprechende Sensorsignale und einen entsprechenden Winkel für eine Bewegung in Vorwärtsrichtung, 8A, und entsprechende Sensorsignale und einen entsprechenden Winkel für eine Bewegung in Rückwärtsrichtung, 8B;
9A und 9B schematische Diagramme, die Beispiele eines Sensorsignals, eines Einschaltzeitpunkts und eines ersten Ausgangspulses zeigen;
10 schematische Signalverläufe von Sensorsignalen und daraus abgeleiteten Signalen; und
11 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zur Ermittlung einer relativen Bewegungsrichtung.

Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente, die die gleiche Funktionalität aufweisen, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein können, wobei eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit dem gleichen oder einem ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, typischerweise weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen, sind gegeneinander austauschbar. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn, Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Ermittlung einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts 12 in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekts 12 erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds. Das Geberobjekt 12 ist dabei in 1 in gestrichelten Linien dargestellt, da es bei Beispielen kein Teil der Vorrichtung ist. Die Vorrichtung 10 weist einen Magnetfeldsensor 14 und eine Verarbeitungsschaltung 16 auf. Der Magnetfeldsensor 14 ist ausgelegt, um basierend auf dem von dem Geberobjekt 12 erzeugten oder beeinflussten Magnetfeld zwei Sensorsignale zu erzeugen, die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt 12 und dem Magnetfeldsensor 14 anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind. Die Verarbeitungsschaltung 16 ist mit dem Magnetfeldsensor kommunikativ gekoppelt, beispielsweise drahtgebunden oder drahtlos, wie durch eine Pfeil 18 in 1 gezeigt ist, und empfängt die beiden Sensorsignale. Die Verarbeitungsschaltung 16 berechnet basierend auf den zwei Sensorsignalen einen Winkel, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert. Die Verarbeitungsschaltung 16 ermittelt ferner basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts. Die Vorrichtung 10 kann ausgelegt sein, um ein Ausgangssignal 20 auszugeben, das die relative Richtung anzeigt.
Bei Beispielen kann der Magnetfeldsensor 14 ausgelegt sein, um das Schwingungssignal basierend auf einer Drehung eines Polrades 22 zu erzeugen, wie schematisch in 2 dargestellt ist. Das Polrad 22 kann auf einer Welle 24 drehbar gelagert sein. Das Polrad kann ein Polpaar, oder wie in 2 schematisch gezeigt ist, eine Mehrzahl von Polpaaren magnetischer Nordpole N und magnetischer Südpole S aufweisen. Der Magnetfeldsensor 14 ist relativ zu dem Polrad 22 derart positioniert, dass er basierend auf dem Magnetfeld, das aufgrund einer Drehung des Polrades 22 variiert, die beiden Sensorsignale erzeugt, die um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind. Bei Beispielen kann somit die Frequenz des Schwingungssignals von einer Rotationsfrequenz abhängen, beispielsweise von der Rotationsfrequenz eines Rades, das sich mit der Welle 24 dreht.
Bei anderen Beispielen kann das Geberobjekt durch einen länglichen magnetisierten Streifen gebildet sein, der eine Reihe von Polpaaren aufweist. Bei anderen Beispielen kann das Geberobjekt ein Zahnrad oder eine Zahnstange aus einem ferromagnetischen Material aufweisen, jeweils zusammen mit einem Back-Bias-Magneten, dessen Magnetfeld durch eine Bewegung der Zahnstange bzw. des Zahnrades beeinflusst wird.
Bei Beispielen weist der Magnetfeldsensor jeweils ein oder mehrere AMR-Sensorelemente (AMR = anisotropic magnetoresistance = anisotroper Magnetwiderstand), GMR-Sensorelemente (GMR = giant magnetoresistance = Riesenmagnetwiderstand), TMR-Sensorelemente (TMR = tunnel magnetoresistance = Tunnelmagnetwiderstand) oder Hall-Sensorelemente auf.
Bei Beispielen weist der Magnetfeldsensor zumindest ein erstes Sensorelement mit einem ersten Erfassungssignal, ein zweites Sensorelement mit einem zweiten Erfassungssignal und ein drittes Sensorelement mit einem dritten Erfassungssignal auf, wobei das dritte Sensorelement mittig zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement angeordnet ist, wobei der Magnetfeldsensor ausgelegt ist, um eines der zwei Sensorsignale basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal zu erzeugen, und das andere der zwei Sensorsignale basierend auf einer Differenz zwischen der Summe des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals und dem dritten Erfassungssignal zu erzeugen. Beispiele solcher Magnetfeldsensoren sind in den 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt ein Beispiel des Magnetfeldsensors 14 mit Sensorelementen 30, 32 und 34, wobei das Sensorelement 34 mittig zwischen den Sensorelementen 30 und 32 angeordnet ist. Ein erstes Sensorsignal wird basierend auf einer Differenz der Erfassungssignale der Sensorelemente 30 und 32 erzeugt. Ein zweites Sensorsignal wird basierend auf einer Differenz zwischen der Summe der Erfassungssignale der Sensorelemente 30 und 32 und dem Erfassungssignal des Sensorelements 34 erzeugt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Sensorelement 34 mit einem Strom gespeist werden, der aus einer Brückenschaltung, die die Sensorelemente 30 und 32 aufweist, stammt, wie durch eine Stromquelle 36 in 3 angedeutet ist. Die Sensorelemente 30, 32 und 34 können in Bewegungsrichtung hintereinander relativ zu dem Geberobjekt angeordnet sein, so dass eine Phasenverschiebung zwischen den beiden erzeugten Sensorsignalen 90° beträgt.
Ein alternatives Beispiel eines Magnetfeldsensors ist in 4 schematisch dargestellt. Das gezeigte Beispiel weist zwei linke Sensorelemente R1, R4 und zwei rechte Sensorelemente R2, R3 auf, die in einer Wheatstone-Brückenkonfiguration verschaltet sind. Die Sensorelemente können beispielsweise durch AMR-Sensorelemente, TMR-Sensorelemente oder und GMR-Sensorelemente gebildet sein. Ein erstes Sensorsignal wird als die Differenz der Signale Vp-Vn der Brückenschaltung erhalten. Dieses erste Sensorsignal wird manchmal als Geschwindigkeitssignal bezeichnet. Ein weiteres Sensorelement, das ebenfalls durch ein xMR-Element gebildet sein kann, ist mittig zwischen den linken und rechten Sensorelementen angeordnet. Dieses mittlere Sensorelement R5 wird durch einen Strom I_center gespeist, der auf der Summe der Brückenströme basiert, wie wiederum durch eine Stromquelle 36 angedeutet ist. Da das mittlere Sensorelement R5 durch den Strom, der aus der Brückenschaltung der äußeren Sensorelemente stammt, gespeist wird, wird für das Sensorsignal V_center des mittleren Sensorelements R5 ebenfalls ein differenzielles Verhalten erreicht. Dieses Sensorsignal wird als die Spannung über dem mittleren Sensorelement R5 erhalten und wird manchmal als Richtungssignal bezeichnet. Da das mittlere Sensorelement R5 in Bewegungsrichtung mittig zwischen den linken und rechten Sensorelementen liegt, beträgt die Phasenverschiebung zwischen den beiden Sensorsignalen systematisch 90°.
Bei den Bezug nehmend auf die 3 und 4 beschriebenen Magnetfeldsensoren sind die jeweiligen Sensorelemente ausgelegt, um eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung, beispielsweise die Komponente Bx in 4, zu erfassen. Bei anderen Beispielen können die um 90° phasenverschobenen Sensorsignale auf andere Weise erzeugt werden. Bei Beispielen kann der Magnetfeldsensor ein erstes Sensorelement aufweisen, das ausgelegt ist, um eine Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung zu erfassen und eines der beiden Sensorsignale zu erzeugen, und ein zweites Sensorelement, das ausgelegt ist, um eine Magnetfeldkomponente in einer zweiten zu der ersten Richtung senkrechten Richtung zu erfassen und das andere der beiden Sensorsignale zu erzeugen.
Bei Beispielen kann der Magnetfeldsensor auf beliebige geeignete Weise ausgebildet sein, um die um 90° zueinander phasenverschobenen Sensorsignale zu erzeugen.
Bei Beispielen sind die beiden Sensorsignale sinusförmige Signale, die um ±90° zueinander phasenverschoben sind und als Cosinus- und Sinuskomponenten eines rotierenden Vektors betrachtet werden können. 5 zeigt schematisch ein Koordinatensystem, bei dem auf der y-Achse ein erstes Sensorsignal S1 und auf der x-Achse ein zweites Sensorsignal S2 aufgetragen sind. Der sich durch jeweilige Sensorsignale S1 und S2 ergebende Vektor 40 ist dabei in einem Winkel φ bezüglich einer Referenzachse, die beispielsweise die x-Achse sein kann, angeordnet. Der Winkel φ berechnet sich dabei basierend auf dem Arkustangens des Quotienten der beiden Sensorsignale wie folgt: φ = arctan(S1/S2). Bei Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann der Winkel unter Verwendung der arctan-Funktion, der atan2-Funktion oder des Cordic-Algorithmus aus den beiden Sensorsignalen erzeugt werden. Durch alle diese Funktionen wird ein Winkel berechnet, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert.
Somit wird die momentane Phase des sich drehenden Vektors, dessen Komponenten die beiden Sensorsignale S1 und S2 sind, berechnet. Die beiden Sensorsignale werden, wie bereits oben ausgeführt wurde, manchmal als „Geschwindigkeits“-Signal und „Richtungs-„-Signal bezeichnet. Die 6A und 6B zeigen das erste Sensorsignal S1 und das zweite Sensorsignal S2, die bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor erhalten werden, für zeitlich aufeinanderfolgende Abtastwerte 0 bis 500, also über der Zeit. Zwischen den Signalen S1 und S2 existiert jeweils eine Phasenverschiebung von 90°. Abhängig von der Bewegungsrichtung eilt das Signal S2 dem Signal S1 voraus, 6A, oder das Signal S1 eilt dem Signal S2 voraus, 6B. Die durch die Sensorsignale S1 und S2 erhaltene Winkelinformation kann somit verwendet werden, um eine Bewegungsrichtung eines Geberobjekts, beispielsweise eine Drehrichtung eines Geberrades, zu ermitteln. Es wurde erkannt, dass diese Winkelinformation auch verwendet werden kann, um die Drehrichtung bei einem Hochfahren bzw. Einschalten zu berechnen und somit unmittelbar eine richtige und gültige Richtungsinformation ausgeben zu können.
Bei Beispielen wird bei einem Hochfahren bzw. Einschalten der momentane Winkel berechnet und gespeichert. Der momentane Winkel wird dabei auf der Grundlage der Sensorsignale S1 und S2 zum Zeitpunkt des Einschaltens berechnet, beispielsweise unter Verwendung einer der oben angegebenen Funktionen. Abhängig vom Vorzeichen der Steigung des Winkels, d.h. abhängig davon, ob die Steigung positiv oder negativ ist, ist es möglich, ausgehend von diesem momentanen Winkel die Bewegungsrichtung, beispielsweise die Drehrichtung zu bestimmen. Bei einer positiven Steigung, Anstieg, wird der Winkel größer und bei einer negativen Steigung, Abfall, wird der Winkel kleiner.
Die 7A und 7B veranschaulichen dies anhand des Sensorsignals S1, 7A und des entsprechenden Winkels φ, 7B. 7A zeigt sechs Zeitpunkte t₁ bis t₆ , zu denen der Winkel φ jeweils einen Grenzwert erreicht, nämlich einen Grenzwert von -180° zu einem Zeitpunkt t₁ , einen Grenzwert von 120° zu einem Zeitpunkt t₂ , einen Grenzwert von 60° zu einem Zeitpunkt t₃ , einen Grenzwert von 0° zu einem Zeitpunkt t₄ , einen Grenzwert von -60° zu einem Zeitpunkt t₅ und einen Grenzwert von -120° zu einem Zeitpunkt t₆ . Zu einem Zeitpunkt t₇ erreicht der Winkel φ wiederum den Grenzwert -180°. Bei Beispielen ändert sich der Winkel φ somit über eine Periode der Sensorsignale monoton über einen Winkelbereich und ist durch eine Mehrzahl von Schwellenwertwinkeln unterteilt. Bei dem in 7B gezeigten Beispiel sind die Schwellenwertwinkel um 60° voneinander beabstandet, so dass der Winkel φ alle 60° einen Schwellenwertwinkel erreicht. Bei anderen Beispielen können die Schwellenwertwinkel einen anderen Abstand voneinander aufweisen, beispielsweise 45° oder 90°.
Bei Beispielen kann die Vorrichtung ausgelegt sein, um in dem Ausgangssignal, beispielsweise dem Ausgangssignal 20 der Vorrichtung 10 in 1, jeweils einen Puls zu erzeugen, wenn der Winkel einen der Mehrzahl von Schwellenwertwinkeln erreicht. So würde bei dem in den 7A und 7B gezeigten Beispiel jeweils zu den Zeitpunkten t₁ , t₂ , t₃ , t₄ , t₅ , t₆ und t₇ ein Puls in dem Ausgangssignal erzeugt werden.
Bei Beispielen der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungsschaltung ausgelegt, um nach einem Einschalten einen ersten der Pulse in dem Ausgangssignal erst zu erzeugen, nachdem die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts ermittelt ist, wobei das Ausgangssignal zusammen mit dem zumindest einen Puls jeweils Informationen bezüglich der relativen Richtung der Bewegung des Geberobjekts aufweist. Somit ermöglichen Beispiele der vorliegenden Offenbarung, dass nach einem Einschalten direkt mit dem ersten Puls Informationen bezüglich der Bewegungsrichtung an eine externe Einheit, beispielsweise eine elektronische Steuereinheit, ausgegeben werden. Bei Beispielen der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungsschaltung ausgelegt, um das Ausgangssignal nach einem Signalprotokoll auszugeben. Bei Ausführungsbeispielen ist das Signalprotokoll ein sogenanntes AK-Protokoll, bei dem immer dann, wenn der Winkel den Schwellenwertwinkel erreicht, mehrere Pulse ausgegeben werden, von denen ein erster mit einer ersten Pulshöhe das Erreichen des Schwellenwertwinkels anzeigt und darauffolgende Pulse mit einer zweiten geringeren Pulshöhe Informationsbits darstellen, die weitere Informationen anzeigen können, beispielsweise die Bewegungsrichtung. Bei Ausführungsbeispielen ist die Verarbeitungsschaltung ausgelegt, um das Ausgangssignal nach einem PWM-Protokoll auszugeben, bei dem jeweils ein einzelner Puls in dem Ausgangssignal erzeugt wird, wenn der Winkel einen Schwellenwertwinkel erreicht. Die Verarbeitungsschaltung kann ausgelegt sein, um die Breite des Pulses zu modulieren, um Informationen bezüglich der Bewegungsrichtung zu beinhalten. Beispielsweise können die Pulse eine erste Breite aufweisen, wenn eine Bewegung in einer ersten Richtung stattfindet, und die Pulse können eine zweite Breite aufweisen, wenn eine Bewegung in einer zweiten Richtung stattfindet.
8A zeigt schematisch die Sensorsignale S1 und S2 und den Winkel φ=atan(S1/S2) für eine Bewegung in Vorwärtsrichtung, und 8B zeigt die Sensorsignale S1 und S2 sowie den Winkel φ für eine Bewegung in Rückwärtsrichtung. Wie 8A zu entnehmen ist, ist die Steigung des Winkels für eine Bewegung in einer ersten Richtung (Vorwärtsrichtung) negativ, während die Steigung für eine Bewegung in einer zweiten Richtung (Rückwärtsrichtung) positiv ist. Somit kann durch Bestimmen dieser Steigung die Bewegungsrichtung ermittelt werden.
Bei Beispielen wird die Bewegungsrichtung basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt und einem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel ermittelt. Um eine zuverlässige Bestimmung der Steigung und somit Ermittlung der Bewegungsrichtung zu ermöglichen, kann bei Beispielen der Offenbarung zwischen zwei Fällen unterschieden werden. 9A zeigt einen Fall, bei dem die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel ermittelt wird. 9A zeigt eine Periode des Sensorsignals S1. Ein Zeitpunkt T1 stellt einen Startzeitpunkt dar, zu dem beispielsweise die Vorrichtung eingeschaltet oder hochgefahren wird. Ein Zeitpunkt T2 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem der Winkel φ den ersten Schwellenwertwinkel nach dem Einschaltzeitpunkt T1 erreicht. In diesem Fall ist der Abstand zwischen dem Einschaltzeitpunkt T1 und dem Erreichen des ersten Schwellenwertwinkels zum Zeitpunkt T2 ausreichend groß, so dass eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel größer oder gleich einer vorbestimmten Differenz ist, so dass eine richtige Berechnung der Richtung mit ausreichender Zuverlässigkeit erreicht werden kann. Somit wird ein erster Ausgangspuls beim Erreichen des ersten Schwellenwertwinkels zum Zeitpunkt T2 in dem Ausgangssignal erzeugt, wie durch eine entsprechende Pulsfolge 50 in 9A gezeigt ist. Bei Beispielen ist die Verarbeitungsschaltung somit ausgelegt, um die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel zu ermitteln und einen Puls in einem Ausgangssignal zu erzeugen, wenn eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel größer oder gleich einer vorbestimmten Differenz ist.
9B zeigt einen zweiten Fall, bei dem eine Differenz zwischen dem Startzeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt T2, zu dem der Winkel φ eine zweite Schwelle erreicht, nicht ausreichend groß ist, so dass die Differenz zwischen dem berechneten Winkel zu dem Startzeitpunkt T1 und dem ersten Schwellenwertwinkel T2 kleiner als die vorbestimmte Differenz ist. Somit ist die Differenz zu klein, um zuverlässig die Richtung richtig zu berechnen. Die Vorrichtung ist in diesem Fall ausgelegt, um die Bewegungsrichtung basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Startzeitpunkt T1 und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel zu dem Zeitpunkt T3 zu ermitteln. Die Verarbeitungsschaltung ist ausgelegt, um erst zu diesem Zeitpunkt den ersten Puls in dem Ausgangssignal zu erzeugen, wie durch die Pulsfolge 50 in 9B gezeigt ist. Somit wird der erste Puls erst erzeugt, wenn der Winkel den zweiten Schwellenwertwinkel nach dem Startzeitpunkt erreicht. Bei Beispielen könnte die Verarbeitungsschaltung ausgelegt sein, um in dem Fall von 9B die Steigung des Winkels zwischen dem ersten nach dem Startzeitpunkt erreichten Schwellenwertwinkel und dem zweiten nach dem Startzeitpunkt erreichten Schwellenwertwinkel zu ermitteln.
Bei Beispielen ist die Verarbeitungsschaltung somit ausgelegt, um die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel zu ermitteln und einen ersten Puls in dem Ausgangssignal erst beim Erreichen des zweiten Schwellenwertwinkels auszugeben, wenn eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel kleiner als die vorbestimmte Differenz ist.
Ausführungsbeispiele ermöglichen somit eine Richtungserfassung, die robust ist gegen Rauschen und Schwingungen und selbst bei Vorliegen von Rauschen und Schwingungen eine korrekte und gültige Richtungserfassung ermöglicht.
Bei Ausführungsbeispielen kann die vorbestimmte Differenz in der Mitte zwischen den Schwellenwertwinkeln liegen. Dies ermöglicht eine sichere Erfassung auch bei geringen Signal/Rausch-Verhältnissen. Dieser „Sicherheitsspielraum“ kann jedoch auch reduziert werden, wenn das Signal/Rausch-Verhältnis es ermöglicht. Beispielsweise kann die vorbestimmte Differenz auf einen Wert von weniger als 50 % des Abstands zwischen zwei Schwellenwertwinkeln eingestellt werden, beispielsweise auf 25 %. Dies ergibt einen minimalen Wert und einen maximalen Wert bezüglich des magnetischen Signals, abhängig von dem die Steigung ermittelt und somit der erste Puls in dem Ausgangssignal erzeugt wird. In beiden Fällen kann bei dem ersten Puls in dem Ausgangssignal die Richtung als gültig und korrekt gekennzeichnet werden.
10 zeigt schematisch die Sensorsignale S1 und S2 sowie von denselben abgeleitete Signale bzw. Größen. So zeigt 10 den daraus berechneten Winkel φ sowie ein Signal 60, das jeweils einen Puls aufweist, wenn der Winkel einen der Schwellenwertwinkel erreicht. Bei 62 zeigt 10 eine codierte Version des Winkels φ und bei 64 das gemäß dem Signalprotokoll ausgegebene Ausgangssignal. Ein erster Puls 68 in dem Ausgangssignal 64 wird erzeugt, wenn die Bewegungsrichtung richtig und zuverlässig erkannt wurde. Bei dem gezeigten Beispiel weist das Ausgangsprotokoll einen ersten Puls 68 mit einer ersten Pulshöhe und weitere Pulse mit einer zweiten Pulshöhe, die Informationsbits darstellen und die in 10 der Einfachheit halber als Block dargestellt sind, auf. Ein Signal 70 in 10 zeigt die Drehrichtung an, wobei dieses Signal beispielsweise einen Wert von 0 oder 1 abhängig von der Drehrichtung annehmen kann. Ein Signal 72 zeigt an, ob die Drehrichtung gültig ist, wobei dieses Signal 72 beispielsweise einen Wert von 1 aufweisen kann, wenn die Drehrichtungserfassung gültig ist.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird somit nach einem Einschalten der Vorrichtung ein erster Puls in dem Ausgangssignal verworfen, d. h. nicht erzeugt, wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem der Puls erzeugt werden würde, die Bewegungsrichtung nicht gültig erfasst wurde, da beispielsweise die Differenz zwischen dem Winkel zum Einschaltzeitpunkt und dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel zu gering ist.
Falls der Startzeitpunkt zu nahe an dem Zeitpunkt liegt, zu dem der Winkel den Schwellenwertwinkel erreicht, bei dem ein Sprung in dem Winkel auftritt, kann das Erreichen des folgenden Schwellenwertwinkels abgewartet werden, bei dem gezeigten Beispiel -120° oder +120° für den Fall, dass der Winkel in einem Bereich von -180° und +180° liegt. Die Verarbeitungsschaltung kann dabei ausgelegt sein, um zu erkennen, dass die -180°- oder +180°-Schwelle passiert wurde, und dies bei der Bestimmung der Steigung des Winkels zu berücksichtigen.
Es sei beispielsweise davon ausgegangen, dass bei dem in 7B gezeigten Beispiel der Startzeitpunkt bei -160° liege. Somit beträgt die Differenz zu dem nächsten Schwellenwertwinkel lediglich -20°, was kleiner als die vorbestimmte Differenz sei, so dass der übernächste Schwellenwertwinkel für die Ermittlung der Steigung berücksichtigt wird. Die Differenz zwischen dem übernächsten Schwellenwertwinkel, der 120° beträgt, und dem Startzeitpunkt beträgt dann 280°. Die Verarbeitungsschaltung kann erkennen, dass dieser Winkel größer als 180° ist, was bedeutet, dass zwischen dem Startzeitpunkt und dem Erreichen des übernächsten Schwellenwertwinkels ein Sprung von -180" auf 180° stattgefunden hat, und in diesem Fall 360° von dem Ergebnis abziehen. Somit ergibt sich eine Differenz von -80°, die eine abfallende Steigung anzeigt.
In gleicher Weise kann ein Sprung von +180° auf -180° im Falle einer positiven Steigung berücksichtigt werden. Es sei beispielsweise in 8A angenommen, dass der Startzeitpunkt bei 160° liegt, so dass die Differenz zu dem nächsten erreichten Schwellenwertwinkel kleiner als die vorbestimmte Differenz ist. Somit wird der übernächste Schwellenwertwinkel zur Steigungsermittlung verwendet. Dieser liegt nach dem Sprung, und beträgt - 120°. Die Differenz zwischen dem übernächsten Schwellenwertwinkel und dem Winkel zum Startzeitpunkt beträgt somit -280°. Die Verarbeitungsschaltung kann wiederum erkennen, dass dieser Winkel kleiner als -180° ist und zu dem Ergebnis in diesem Fall 360° hinzuaddieren. Dadurch ergibt sich eine Differenz von +80°, was einer positiven Steigung entspricht.
Somit kann auch dann, wenn zwischen den zur Ermittlung der Steigung verwendeten Winkeln ein Sprung auftritt, die Bewegungsrichtung zuverlässig erkannt werden.
11 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bei 100 werden zwei Sensorsignale, die auf einem von einem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfeld basieren und die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind, erzeugt. Bei Beispielen der Offenbarung sind die beiden Sensorsignale ein Cosinussignal und ein Sinussignal. Bei 120 wird ein Winkel, der auf dem Arkustangens des Quotienten der beiden Sensorsignale basiert, berechnet. Bei 140 wird die relative Richtung einer Bewegung des Geberobjekts basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel ermittelt.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen einen Raddrehzahlsensor, der eine Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts, wie sie hierin beschrieben ist, aufweist. Der Raddrehzahlsensor kann ausgelegt sein, um ein Ausgangssignal nach einem Signalprotokoll auszugeben, bei dem jeweils ein Puls ausgegeben wird, wenn der Winkel einen Schwellenwertwinkel erreicht. Der Raddrehzahlsensor kann mit einer externen Steuereinheit (ECU) kommunikativ gekoppelt sein, beispielsweise drahtgebunden oder drahtlos, wobei die elektronische Steuereinheit die Drehzahl und die Drehrichtung auf der Basis des Ausgangssignals ermitteln kann. Ausführungsbeispiele der Offenbarung ermöglichen, dass die elektronische Steuereinheit die Drehrichtung unmittelbar bei Erhalt des ersten Pulses in dem Ausgangssignal ermitteln kann, was insbesondere für autonome Parkanwendungen und Anfahr-Anhalt-Szenarien in autonomen Fahranwendungen hilfreich ist. Somit wird bei Beispielen der Offenbarung eine Information bezüglich der Änderung des berechneten Winkels zwischen dem Inbetriebnahmemoment und dem Moment, zu dem der Winkel einen der definierten Schwellenwertwinkel kreuzt, bestimmt. Diese Information kann verwendet werden, um die Drehrichtung zu extrahieren und sie unmittelbar mit dem ersten Ausgangspuls nach extern zu kommunizieren.
Bei Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Verarbeitungsschaltung durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, Asic-Schaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann die Verarbeitungsschaltung als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung einen Prozessor und Speichereinrichtungen aufweisen, die maschinenlesbare Befehle speichern, die zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden.
Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden kann.
Die vorhergehende Offenbarung stellt Veranschaulichungen und Beschreibungen bereit, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass dieselbe erschöpfend ist oder die Implementierungen auf die offenbarte präzise Form eingeschränkt sind. Modifikationen und Variationen sind im Hinblick auf die obige Offenbarung möglich oder können aus der Praxis der Implementierungen erhalten werden. Obwohl bestimmte Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen angeführt und/oder in der Beschreibung offenbart sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Merkmale die Offenbarung möglicher Implementierungen einschränken. Tatsächlich können zahlreiche dieser Merkmale auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch in den Patentansprüchen angeführt und/oder in der Beschreibung offenbart sind. Obwohl jeder der unten angeführten abhängigen Patentansprüche möglicherweise nur von einem oder einigen Patentansprüchen direkt abhängt, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Patentanspruch in Kombination mit allen anderen Patentansprüchen in dem Satz von Patentansprüchen.
Die oben beschriebenen Beispiele sind nur darstellend für die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der Einzelheiten, die beschrieben sind, für Fachleute offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nur durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die zum Zweck der Beschreibung und Erklärung der Beispiele dargelegt sind, begrenzt ist.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zur Bewegungsrichtungsermittlung
12: Geberobjekt
14: Magnetfeldsensor
16: Verarbeitungsschaltung
18: Kommunikationsverbindung
20: Ausgangssignal
22: Polrad
24: Nabe
30,32,34: Sensorelemente
36: Stromquelle
R1-R5: Sensorelemente
S1: erstes Sensorsignal
S2: zweites Sensorsignal
40: Drehvektor
T1: Anfangszeitpunkt
T2: Zeitpunkt des Erreichens eines ersten Schwellenwertwinkels
T3: Zeitpunkt des Erreichens eines zweiten Schwellenwertwinkels
50: Pulsfolge
60: Pulssignal
62: codiertes Winkelsignal
64: Ausgangssignal
66: gültige Richtungserfassung
68: erster Puls im Ausgangssignal
70: Richtungsanzeigesignal
72: Richtungsanzeigegültigkeitssignal

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds, mit folgenden Merkmalen: einem Magnetfeldsensor, der ausgelegt ist, um basierend auf dem Magnetfeld zwei Sensorsignale zu erzeugen, die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind; einer Verarbeitungsschaltung, die ausgelegt ist, um basierend auf den zwei Sensorsignalen einen Winkel zu berechnen, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert, und um basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verarbeitungsschaltung ausgelegt ist, um die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel zu ermitteln, wenn eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel größer oder gleich einer vorbestimmten Differenz ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verarbeitungsschaltung ausgelegt ist, um die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel zu ermitteln, wenn eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel kleiner als die vorbestimmte Differenz ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Verarbeitungsschaltung ausgelegt ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das jeweils zumindest einen Puls aufweist, wenn der Winkel einen der Mehrzahl von Schwellenwerten erreicht, wobei nach einem Einschalten ein erster der Pulse in dem Ausgangssignal erzeugt wird, nachdem die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts ermittelt ist, wobei das Ausgangssignal zusammen mit dem zumindest einen Puls jeweils Informationen bezüglich der relativen Richtung der Bewegung des Geberobjekts aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Ausgangssignal zusammen mit dem zumindest einen Puls ein Informationsbit aufweist, das die relative Richtung anzeigt, oder bei der eine Breite des zumindest einen Pulses moduliert ist, um die relative Richtung anzuzeigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Magnetfeldsensor zumindest ein erstes Sensorelement mit einem ersten Erfassungssignal, ein zweites Sensorelement mit einem zweiten Erfassungssignal und ein drittes Sensorelement mit einem dritten Erfassungssignal aufweist, wobei das dritte Sensorelement mittig zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement angeordnet ist, wobei der Magnetfeldsensor ausgelegt ist, um eines der zwei Sensorsignale basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal zu erzeugen, und das andere der zwei Sensorsignale basierend auf einer Differenz zwischen der Summe des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals und dem dritten Erfassungssignal zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Magnetfeldsensor ein erstes Sensorelement, das ausgelegt ist, um eine Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung zu erfassen und eines der beiden Sensorsignale zu erzeugen, und ein zweites Sensorelement, das ausgelegt, ist, um eine Magnetfeldkomponente in einer zweiten zu der ersten Richtung senkrechten Richtung zu erfassen und das andere der beiden Sensorsignale zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich der Winkel über eine Periode der Sensorsignale monoton über einen Winkelbereich ändert und durch eine Mehrzahl der Schwellenwertwinkel unterteilt ist.
Raddrehzahlsensor mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Geberelement, wobei das Geberelement ein Polrad oder ein Zahnrad aus einem ferromagnetischen Material aufweist.
Verfahren zum Ermitteln einer relativen Richtung einer Bewegung eines Geberobjekts in Abhängigkeit eines von dem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten Magnetfelds, mit folgenden Merkmalen: Erzeugen zweier Sensorsignale, die auf dem Magnetfeld basieren und die einen Verlauf des Magnetfelds bei einer Relativbewegung zwischen dem Geberobjekt und dem Magnetfeldsensor anzeigen, um einen Mittelwert schwanken und zueinander um 90° phasenverschoben sind; Berechnen eines Winkels, der auf dem Arkustangens des Quotienten der zwei Sensorsignale basiert; und Ermitteln der relativen Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen einem Einschaltzeitpunkt und einem ersten oder zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf einer Steigung des Winkels zwischen dem Erreichen zweier aufeinanderfolgender Schwellenwertwinkel.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel ermittelt wird, wenn eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel größer oder gleich einer vorbestimmten Differenz ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel oder basierend auf der Steigung des Winkels zwischen dem ersten danach erreichten Schwellenwertwinkel und dem zweiten danach erreichten Schwellenwertwinkel ermittelt wird, wenn eine Differenz zwischen dem Winkel zu dem Einschaltzeitpunkt und dem ersten Schwellenwertwinkel kleiner als die vorbestimmte Differenz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem sich der Winkel über eine Periode der Sensorsignale monoton über einen Winkelbereich ändert, wobei der Winkelbereich durch eine Mehrzahl der Schwellenwertwinkel unterteilt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, das ferner ein Erzeugen eines Ausgangssignals aufweist, das jeweils zumindest einen Puls aufweist, wenn der Winkel einen der Mehrzahl von Schwellenwertwinkeln erreicht, wobei nach einem Einschalten ein erster der Pulse in dem Ausgangssignal erzeugt wird, nachdem die relative Richtung der Bewegung des Geberobjekts ermittelt ist, wobei das Ausgangssignal zusammen mit dem zumindest einen jeweils Informationen bezüglich der relativen Richtung der Bewegung des Geberobjekts aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei der das Ausgangssignal zusammen mit dem zumindest einen Puls ein Informationsbit aufweist, das die relative Richtung anzeigt, oder bei der eine Breite des zumindest einen Pulses moduliert ist, um die relative Richtung anzuzeigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem die zwei Sensorsignale mittels zumindest eines ersten Sensorelements mit einem ersten Erfassungssignal, einem zweiten Sensorelement mit einem zweiten Erfassungssignal und einem dritten Sensorelement mit einem dritten Erfassungssignal erzeugt werden, wobei das dritte Sensorelement mittig zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement angeordnet ist, wobei eines der zwei Sensorsignale basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal erzeugt wird, und das andere der zwei Sensorsignale basierend auf einer Differenz zwischen der Summe des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals und dem dritten Erfassungssignal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem eines der beiden Sensorsignale mittels eines ersten Sensorelements, das ausgelegt ist, um eine Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung zu erfassen, erzeugt wird, und das andere der beiden Sensorelemente mittels eines zweiten Sensorelements erzeugt wird, das ausgelegt, ist, um eine Magnetfeldkomponente in einer zweiten zu der ersten Richtung senkrechten Richtung zu erfassen.