JP2007518092A - 角度を決定する方法 - Google Patents

Abstract

それぞれ、出力信号Ｕ_１＝Ｕ_０ｓｉｎ（２α）、Ｕ_２＝Ｕ_０ｃｏｓ（２α）を供給する２つのフルブリッジを伴う磁気抵抗センサに対する外部磁界の角度を決定する方法を提供するために、角度決定は、単純な電子部品を利用することによって実行され、角度αは、α＝１／２^＊（（Ｕ_１／（｜Ｕ_１｜＋｜Ｕ_２｜））−１）^＊ｓｇｎ（Ｕ_２）という関係を利用したアナログ方法によって決定されることが提案される。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、それぞれ、出力信号Ｕ_１＝Ｕ_０ｓｉｎ（２α）、Ｕ_２＝Ｕ_０ｃｏｓ（２α）を供給する２つのフルブリッジを伴う磁気抵抗角度センサに対する外部磁界の角度αを決定する方法に関する。

磁気抵抗センサは、通常は、自動車技術において角度を検出するため、とりわけ、ペダルの位置又はスロットルの位置を監視及び制御するために利用される。この場合、磁気抵抗角度センサは、通常は、外部磁界にさらされ、互いに４５°離れた２つのフルブリッジから成る。２つのフルブリッジは、センサの基準軸に対する外部磁界の角度の関数として、以下の関係を用いて当業者に知られるように示される電圧出力信号を供給する。
Ｕ_１＝Ｕ_０ｓｉｎ（２α）
Ｕ_２＝Ｕ_０ｃｏｓ（２α）

ここで、Ｕ_１及びＵ_２は、２つのフルブリッジの電圧出力信号であり、Ｕ_０は、とりわけ、周囲の温度に依存する出力信号の電圧振幅であり、αは、センサの基準軸に対する外部磁界の角度である。

センサ又は磁気抵抗ブリッジに対する外部磁界の角度αは、例えば、ＣＤＲＤＩＣアルゴリズムを用いることによって、これらの出力信号から決定される。このアルゴリズムを実行するために、アナログ出力信号は、アナログ／デジタル変換器を用いてデジタル信号へ変換されなければならない。

センサに対する外部磁界の角度αは、次に、同様に知られる以下の関係を利用し、
α＝１／２^＊ａｒｃｔａｎ（Ｕ_１／Ｕ_２）
＝１／２^＊ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎ（２α）／ｃｏｓ（２α））
例えば、この目的に適したデジタル信号処理手段を利用して決定される。出力電圧Ｕ_２の符合を考慮すると、角度αは、１８０°を超える逆正接関数を利用することによって極めて高精度に計算される。

従来知られたセンサ及びデータに対して利用される信号処理方法の欠点は、信号が、アナログ／デジタル変換によって雑音になり、そして、意図せずに発生するオフセット電圧によって改ざんされるという危険があることである。これらのオフセット電圧は、例えば、ホイートストンブリッジのレジスタの不正確なエッチングによって発生する可能性がある。さらに、デジタルパルスへの変換は、かなりの信号処理時間を必要とする。その上、デジタル信号処理手段は、初期費用が高く、故障し易い。多くの応用、特に、自動車技術への応用に関しては、上記ＣＤＲＤＩＣアルゴリズムによって達成される精度は、実際に必要な精度よりかなり高い。同様に、自動車技術では、環境的な理由から、かなり費用効率が高いセンサであって、それほど正確に動作するものではないが、十分な測定精度を持つセンサを利用したいとの要望がある。

本発明の目的は、磁気抵抗センサを利用して角度を決定する方法であって、単純な方法で実行され、かつ、センサに対する外部磁界の角度αを決定する場合に、角度が確実に決定される方法を明確にすることである。この目的は、請求項１に特定される特徴によって達成される。

本発明の核心の概念は、上記ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムの逆正接関数が、請求項１において与えられる数学的関係によって、十分な精度で近似されることである。この場合、２つのフルブリッジの出力信号Ｕ_ｉは、加算、減算、乗算及び除算のような出力信号のアナログ処理のみを必要とする単純な数学的処理に従う。従って、アナログ手段を利用することによって、広範囲の応用に関して、十分な精度で角度αを決定することができる。ここで、関数ｓｇｎ（Ｕ_２）は、それ自体で知られる符号関数である。このことは、関数が、出力信号Ｕ_２＜０に関して「−１」という値を仮定し、出力信号Ｕ_２＞０に関して「＋１」という値を仮定し、そして、値Ｕ_２＝０に関して「０」という値を仮定することを意味する。

本発明の利点は、当業者に知られる単純な電子部品を利用することによって、予め、アナログ／デジタル変換を実行する必要がなく、角度を決定する方法が実行されることにある。角度αの決定は、上記のとおり迅速化されていて、かつ、確実に保証されていて、そして、デジタル信号処理又はデジタル信号計算には、故障し易い高額な電子部品が必要とされないので、費用は、かなり減少する。

本発明の有利な発展は、従属項に特徴付けられている。

請求項２において特定されるＡＭＲブリッジを利用する長所によって、センサ又はブリッジに対する外部磁界の角度αの関数として、正確な出力信号が得られる。対応する電圧出力信号の読みとして、外部磁界におけるブリッジの配置は当業者に知られる。有利には、ブリッジは、特に、発生する負荷を伴う自動車技術における利用に適した、いわゆる、ホイートストンブリッジであっても良い。これらのブリッジの出力信号は、単純な様式で、さらなるアナログ処理に対して供給される。

請求項３において特定されるように、１つの好ましい発展では、ブリッジの出力信号は、アナログ素子又は電子部品のみを用いて処理される。このことは、ブリッジの出力信号が、加算／減算等を実行する、請求項１において与えられる関係によって特定されるような電子部品のみを用いて処理されることを意味する。上記加算素子又は乗算素子は、当業者に知られる。それらは、費用効率が良く、それほど故障しがちではないので、角度αの決定は、特許請求の範囲に記載された方程式を利用することによって、十分な精度で経済的に実行されるという利点を提供する。

磁気抵抗センサに対する外部磁界の角度αの決定は、いかなる技術分野に利用されても良いということがわかる。しかしながら、特に好ましくは、その方法は、請求項４において特定されるような自動車技術、特に、例えば、アクセルペダル及び／又はブレーキペダルのようなペダルの位置を監視することにおいて利用される。エンジンパワーを制御するためのスロットルの位置も、その方法を用いて監視されても良い。

本発明は、さらに、図面において示される具体的な実施例に関して述べられるが、本発明が限定されるものではない。

図１のグラフは、磁気抵抗角度センサにおける基準軸に対する外部磁界の角度αを示しており、上記角度は、例えば、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムに従って決定されたものである。上記グラフでは、計算された角度αは、ｘ軸上の０〜３６０°の角度範囲に対してｙ軸上にプロットされる。

図２のグラフは、本発明による方法を用いた純アナログ方法で得られる角度αを示しており、上記角度は、同様に、０〜３６０°の角度範囲に対してプロットされる。このグラフから、計算された角度αが、図１に示されていて、かつ、デジタル処理で正確に計算されるＣＯＲＤＩＣアルゴリズムの逆正接関数に起因する理想的な傾き直線の近くで変動することがわかる。このことは、この方法によって、実測値からのかすかなゆがみが得られるものの、このゆがみが、特に、自動車技術において必要とされる許容範囲内に位置するので、純アナログ電子部品を利用することによって実行される単純化された方法が要求を満足させることを意味する。

図３は、本発明による方法を用いることによって決定される角度と実際の外部磁界の角度αの間の差を示す。０〜１８０°の範囲にわたって示される角度誤差は、どの点でも＋／−２°という値を超えない。さらに、０°、４５°、９０°等で、角度誤差は０にさえなるので、これらの点は、新しい方法を利用することによって高精度で測定され得ることがわかる。自動車のペダルの場合、例えば、角度センサは、ペダルが押し下げられていない場合には、センサに対する外部磁界の角度が０°で、かつ、正確な測定値が得られるように、そして、ペダルが十分に押し下げられている場合には、例えば、９０°が測定されるように配置されていても良い。

従来技術による角度センサに対して計算された外部磁界の角度αを示す。 本発明により決定された角度αを示す。 本発明により決定された角度αにおける誤差を示す。

符号の説明

α 外部磁界とセンサの間の角度
Ｕ 電圧出力信号
Ｕ_０ 電圧振幅

Claims (4)

1. それぞれ、出力信号Ｕ_１＝Ｕ_０ｓｉｎ（２α）、Ｕ_２＝Ｕ_０ｃｏｓ（２α）を供給する２つのフルブリッジを伴う磁気抵抗角度センサに対する外部磁界の角度αを決定する方法であって、α＝１／２^＊（（Ｕ_１／（｜Ｕ_１｜＋｜Ｕ_２｜））−１）^＊ｓｇｎ（Ｕ_２）という関係を利用したアナログ方法によって角度αが決定されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、ＡＭＲブリッジ、特に、ホイートストンブリッジが利用されることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記ブリッジの出力信号は、アナログ素子を利用することによって処理されることを特徴とする方法。
4. 自動車技術、特に、ペダルモニタリング及び／又はスロットルモニタリングにおける請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法の利用。

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