旋转编码器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及编码器尤其是旋转编码器的改进，涉及使用旋转编码器确定对象的位 置的方法，以及涉及包含旋转编码器的车辆转向系统。
【背景技术】
[0002] 以下是已知的：提供包括检测器和以北极和南极的交替序列布置的磁性元件的轨 道的编码器，该检测器产生在靠近北极之一时具有第一状态并且在与南极之一对立时具有 第二状态的输出信号。这样，随着轨道通过检测器，检测器的输出将是在第一状态和第二状 态之间交替的调制信号。
[0003] 具有一个检测器的编码器在使用上是受限的，原因在于其不可能辨别轨道移动的 方向。这可以通过使用两个检测器来克服，其中这两个检测器彼此偏移的量小于北极的中 心与相邻南极的中心之间的间隔。这在附图的图2和图3中被示出。这两个检测器通常是相 同的但是具有彼此偏移的两个模式，随着轨道移动每一个检测器都产生第一状态和第二状 态的交替序列。
[0004]来自这些检测器的两个输出的组合值将经历四种状态，如附图的图7中的状态机 所示的，并且通过识别最新的状态改变前后的状态，识别轨道旋转方向是可能的。每个状态 改变将发生在检测器穿过两个相邻极相交的边缘时。如果磁极都是相等的长度，那么这些 边缘将围绕轨道均匀地间隔开，并且如果检测器被间隔开等于极中心之间的间隔的一半的 角度，那么当轨道以恒定速度旋转时，状态将以定期的等距的时间间隔发生改变。因此，可 以根据每个状态改变之间的经历时间来确定速度。
[0005] 如果编码器轨道具有许多极(在实际编码器中总是这样），那么状态改变本身将不 会唯一标识轨道的位置。在一个完整的旋转期间，给定的状态改变将出现多次，并且这将在 编码器的进一步绕转中被重复。然而，通过对状态改变进行计数，产生相对于已知基准位置 的位置信号也是可能的。
[0006] 以下是已知的：如果磁体之间的间隔不理想，或者如果外部影响（例如其它磁体） 引起被检测器观察到的由磁体发出的磁场的失真，那么这种形式的编码器将遭受不精确 性。检测器的转换阈值的变更也可能导致不精确性。这可能导致组合输出信号发生状态改 变的位置与预期位置有小的偏移。例如，在当轨道以恒定的速度旋转时改变应当以相等的 时间间隔出现的情况中（如上面所描述的），随着改变出现在与理想的预期位置偏移的位 置，这种误差可能会导致这些状态改变之间的不同时序。
[0007] 申请人已经发现旋转编码器轨道的状态改变的这种位置偏移可能会导致在从编 码器输出的位置信号中存在不想要的谐波频率。例如，在编码器轨道包括以恒定的角速度 旋转的具有36个磁体的环形盘片的情况下，可能观测到36阶的噪声分量。当位置信号正用 于敏感应用(例如在电力辅助转向系统的发动机的发动机控制电路的控制环中）时，在谐波 频率与发动机部件或转向系统的其它部件的共振频率相互作用的情况下，这种噪声可能会 导致声学噪声。
【发明内容】
[0008] 根据第一方面，本发明提供了一种旋转编码器组件，包括：
[0009] 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；
[0010] 处于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴 旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码 区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0011]处于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并被布置为 随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，该输出信 号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；
[0012] 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，其中，随着所述编码器 旋转，所述状态从一个变化到另一个，
[0013] 其特征在于还包括：
[0014] 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关 联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之 时可能出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差，以及
[0015] 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信 号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿 值所指示的量。
[0016] 本发明因此提供了 一种编码器，其包括存储器，存储器存储与状态改变或转换相 关联的补偿值。在出现组合输出信号的状态改变或转换中的相应一个时对位置信号进行更 新之时，使用这些存储的值来校正位置信号。使用表示改变的位置的平均误差的补偿值，已 经发现能够产生谐波水平被大大降低或甚至完全被消除的位置信号。
[0017] 每个所存储的补偿值可以从对来自两个检测器的组合输出信号的对应状态改变 的多个实例进行观测中推导出来，将多个观测进行组合以提供被存储作为该补偿值的算数 平均值。
[0018] 每个所存储的补偿值可以指示状态改变（即状态之间的转换）相对于被选择作为 参考状态改变的一个状态改变的位置的相对位置。因此可以根据机械角度值或电角度误差 值来表示误差。可以选择任意一个状态改变来作为参考状态改变。
[0019] 处理单元可以包括适合于通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单元：
[0020] 在所述存储器(或不同存储器）中记录在状态改变的完整周期中每个状态改变出 现的相对时刻，周期与每个状态改变至少一次相对应，
[0021] 确定全部改变都出现所花费的总时间，以第一状态改变开始并且结束于所述第一 状态改变再次出现之时，
[0022] 确定所述总时间在每个状态改变之间的部分，
[0023] 基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变之外的每个状态 改变的补偿值;以及
[0024]随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，其导致全部补偿值的和等于零。
[0025]所述编码器可以被布置为通过将所存储的补偿值与所述中间补偿值组合来更新 所存储的补偿值。例如，更新可以包括形成所存储的值和所述中间值的加权和。
[0026] 因此，平均可以是状态机的若干周期（即，转换的一个重复)的平均。
[0027] 所述编码器可以被布置为在所述编码器以超过最小阈值角速度旋转时执行所述 更新。为了正确地运行，所述编码器在捕获时间期间必须以恒定速度旋转。
[0028] 处理器可以在与编码器在第一方向上的旋转相关联的状态改变出现的情况下对 所述位置信号进行递增，并且可以在与相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时 对所述位置信号进行递减。
[0029] 所述编码器可以包括Nep个编码区域，并且它们可以与相邻编码区域等距地间隔 开。可以存在以交替模式布置的两种类型的编码区域，每个检测器根据其观察到哪个类型 来产生不同的响应。例如，一种类型可以是北极，而另一种是南极，检测器可能是霍尔效应 传感器。
[0030] 每个区域的中心可以与靠近的区域间隔开360/Nep度。在Nep大于2的情况下，那么 在每个完整的旋转中，检测器的组合输出信号的每个状态改变将出现至少两次，从而允许 计算均值并将其存储在存储器中。
[0031] 这两个检测器可以在角度上偏移l/4*360/Nep度。
[0032] 所述编码器可以与发动机相关联，并且用于产生指示所述发动机的机械位置或电 气位置的发动机位置信号。那么，所述处理单元可以通过以下公式根据计数信号生成所述 位置信号：
[0033] 位置=M0D360(计数信号值X 360°x Np/(4x Nep))+所存储的补偿值；
[0034] 在位置是电气位置的情况下，所存储的补偿值是存储器中的与最新的状态改变相 关联的值，Nep是编码器的极的数量，并且Np是转子磁极对的数量，其定义了发动机的每个 机械绕转的电气周期的数量。
[0035] 在存在两个检测器的情况下，这两个输出信号的值将采用