专利名称：从一个转角传感器的传感器信号中再现一个角度信号的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的从一个转角传感器的传感器信号中再现一个角度信号的方法以及涉及一种按权利要求6前序部分所述的相应转角传感装置。
转角传感器大多用来测量旋转物体的角度位置。一般都用可进行无接触测量的磁性或光学传感器。在汽车领域的应用例如为测量汽车的方向盘或转向角度。
图1表示从先有技术中已知的一种用来测量一根可在箭头A方向内旋转的旋转轴1的转角的测量装置。所示的测量装置包括一个布置在轴1的一端上的与一个处理单元4连接的传感器2，这个传感器2与一个固定布置的发送器3共同作用。在这种情况中，发送器3包括一个永久磁铁，该永久磁铁在传感器2中例如感应一个电压。作为传感元件例如可用霍耳传感器、磁阻式传感器、磁性晶体管等等。
在汽车中广泛用来探测方向盘角度的一种典型的转角传感器例如具有图2a所示的特性曲线。从该图可以看出，传感器2的传感器信号αs包括整个测量范围(例如-800°和+800°之间的方向盘转角αL)，所以在传感器2或处理单元4的输出端上输出实际的方向盘角度αL。在进行一个如图2b用附图标记6表示的转向运动时，方向盘从零位(αL＝0°)向右转到挡块(例如αL＝800°)并从该处回到零位，所以，这个转向运动被传感器2清楚地模拟。在图2b中示出的传感器信号7之所以呈台阶状，是因为在此例中涉及一个数字化信号7。
传感器信号7可由布置在汽车中的另外的系统4例如由一个行驶动力学调节系统(例如ESP电子稳定化控制程序)继续处理。
在整个大的量程内具有线性特性曲线的传感器2的缺点在于，这种传感器设计起来相当复杂，因而比较昂贵。
所以最好用其他的、结构简单的传感器来进行角度测量，这种传感器不需要整转的计数装置和识别旋转方向。这样的传感器例如可由多个磁阻式传感元件来实现。
这种转角传感器的传感器特性曲线例如示于图3a中。从该图可以看出，转角传感器的量程只包括一个旋转角αL的总量程的一部分范围(从-p至+p)。在角度αL超出该部分测量范围(例如在-120°和+120°之间)时，该传感器的特性曲线5呈周期性重复。在特性曲线5的单个周期(亦可称为区段S)之间，特性曲线5分别有一个特性曲线跃变8。当该转角传感器的该部分测量范围例如包括-120°和+120°之间的角度时，则在这个范围内的角度αL是唯一的。而在旋转角为121°时，该转角传感器提供一个输出信号αS，该输出信号相当于一个-119°的旋转角。
所以，在图3b中用附图标记6表示的一根轴的旋转运动导致传感器信号7，这个传感器信号7不能直接由一个后置的装置4例如一个行驶动力学系统来处理，因为这个传感器信号7不是唯一的。
所以本发明的目的是从一个具有多区段的并在这些区段之间产生特性曲线跃变的转角传感器的传感器信号中再现一个角度信号，该角度信号再现自从该传感器启动以来的一个物体的实际转角。
根据本发明，这个目的是通过权利要求1和6所述的特征来实现的。本发明的其他方案可从各项从属权利要求中得知。
本发明的主要构思在于监控旋转角传感器的传感器信号并确定该传感器信号的正的或负的信号跃变。在确定信号跃变时，产生一个区段值，该区段值给定实际测出的旋转角自从该传感器启动以来位于该传感器特性曲线的哪一个区段内。一个处理单元可从该区段值和该传感器信号中以简单的方式得出(自从该传感器启动以来)的实际总旋转角并重现一个唯一的角度信号。所以可用结构特别简单的和廉价的转角传感器。
根据本发明的一个优选实施方案，传感器信号的正负信号跃变通过该传感器信号的变化速率的阈值监控来确定。也就是说，如果该传感器信号的变化速度超过一个预定的阈值，则假定为一个信号跃变。不论是一个正的(以较小的值到较大的值)还是一个负的(从较大的值到较小的值)信号跃变，都可通过由旋转角传感器提供的角度值的比较这样的简单方式来确定。
最好设置一个区段计数器，在旋转角传感器启动时，该区段计数器具有一个预定的区段值SN(例如SN＝0)，并在存在一个正的或负的信号跃变时，该区段值例如增加或减小。在图3a所示的传感器特性曲线时，在存在一个负的信号跃变的情况下，该区段计数器最好增加1，而在存在一个正的信号跃变的情况下，该区段计数器则减少1。
处理单元可从这个实际的传感器信号中结合相应的区段值以简单的方式再现实际的角度信号。为此，该处理单元最好将一个角度加入传感器信号，这个传感器信号是区段值的函数。例如将一个角度SN*α(S)加入传感器信号中，其中SN为区段值，α(S)为一个相当于该区段值的角度。
本发明的转角传感装置包括一个转角传感器，该转角传感器具有一条多区段的周期性特性曲线，在这些区段之间产生特性曲线跃变，以及包括一个处理单元，该处理单元可从该传感器信号和一个区段值中重现一个角度信号，这个角度信号唯一地再现自从该转角度传感器启动以来一个装置的实际旋转运动，该处理单元按上述方式进行工作。
下面结合附图来示例性地详细说明本发明。附图表示图1测量一根旋转轴的旋转角用的一种测量装置的一个例子；图2a从先有技术已知的一种转角传感器的特性曲线；图2b图2a转角传感器的传感器信号；图3a具有周期性特性曲线的一种已知的转角传感器的传感器特性曲线；图3b图3a传感器的传感器输出信号；图4a具有周期性特性曲线的一种转轴传感器的传感器信号；图4b在存在图4a的信号时，一个区段计数器的计数结果；图4c再现的角度信号；图5在从一个传感器信号中再现一个角度信号时主要过程步骤的流程示意图。
关于图1至3的说明可参考本说明书的前言部分。
图4a表示一个具有图3a所示周期性特性曲线的转角传感器2的传感器信号7。传感器信号7的信号跃变a～d是通过轴1的实际旋转角αL超过转角传感器2的部分量程极限来求出的，这将在下面借助一个例子来详细说明。
为了确定汽车的方向盘角度，例如可用一种图1所示的装置。旋转角传感器2例如可测量从-180°(-p)至+180°(+p)的一个部分量程内的旋转角。该部分量程相当于图3a的传感器特性曲线的区段S0。位于这个区段S0以外的旋转角在相同的量程内表示出来，因而不可能是一个唯一的位置数据。亦即一个+185°的角度产生象一个-175°旋转角相同的传感器输出值。
当轴1的旋转运动在时间点t1超出区段极限+p时，传感器输出信号发生一个返回跃变a而跃到下一个区段S1的传感器输出值上。轴1的实际旋转角αL位于c1至c2时间段内即图3a传感器特性曲线的区段1内。
到时间点t2时，旋转角αL又低于区段S0和S1之间的区段极限。所以传感器信号到时间点t2(图4a)时跃变到区段S0的终端值。这个正的跃变用附图标记b表示。所以，在区段S0内，实际的旋转角位于时间点t2和t3之间。
在该轴继续回转时，旋转角低于区段S0的下区段极限-p，而传感器信号1则以一个正的信号跃变c(见图3a特性曲线)跃变到区段S-1的终端值。所以实际的旋转角αL位于区段S-1内。
当该轴的旋转方向在时间点t3和t4之间反向且到时间点t4的实际旋转角超过区段S-1和区段S0之间的区段极限时，则在传感器信号7中产生一个负的信号跃变d。
实际旋转角(自从传感器2启动以来)所在的区段用一个如图4b所示的区段值SN来表示。此外，图1的旋转角传感装置包括一个区段值计数器，该计数器在转角传感器启动时具有一个预定值(最好为0)，而且该区段值计数器或增加或减少，视图4a传感器信号产生正或负的信号跃变而定。
一个信号跃变是通过信号处理单元4这样进行识别的，即传感器信号的信号变化速率超过一个预定的阈值。信号处理单元4现在可按简单的方式再现图4c所示的角度信号9。此外，该处理单元在实际传感器信号7中加入一个区段宽度的SN倍，例如SN*360°，其中SN为区段值。
在上述例子中，假定在旋转轴传感器2启动时，轴1位于零位置内，即区段S0内。但如果轴1位于区段S0以外的一个角度位置内，则角度信号2还必须校正这个偏移。在旋转角度传感器2启动时存在的偏移例如可这样进行考虑，即在传感器2断开时，把轴位置存储起来(前提是，在断开传感器时，轴1不运动)。
在汽车内有一个方向盘转角传感器的情况中，例如在点火接通时进行传感器2的启动，并在点火断开时进行传感器2的断开。由于在点火断开时方向盘在停车位置内一般是锁住的，所以在点火重新接通时方向盘的角度位置相当于在上次断开时方向盘的位置。
转角传感器2的偏移的其他识别措施例如也可用一个附加的传感器。
图5表示从一个转角传感器2的传感器信号7中再现一个角度信号9的一种方法的主要步骤，该转角传感器2具有一条多区段S的周期性特性曲线3，在这些多区段之间产生特性曲线跃变8。
在第一步骤15中，输入传感器信号7，并在步骤16中，探测传感器信号7的正和负的信号跃变a～d。在确定一个信号跃变时，在步骤17中产生一个区段值SN，该区段值给出实际测出的旋转角αL位于传感器特性曲线3的哪一个区段S内。在步骤18中，处理单元4可从传感器信号7和区段值SN中得出自从传感器2启动以来的总转角。为此，处理单元4例如将一个角度加入传感器信号信号7中，该角度为区段值SN和区段宽度的函数。
附图标记一览表1 轴2 传感器3 发送器4 处理单元5 传感器特性曲线6 运动曲线7 传感器输出信号8 特性曲线跃变9 再现的角度信号15～18方法步骤S 区段SN区段号αL转角αS由传感器显示的转角+p，-p区段极限t1～t4时间a～d 信号跃变
权利要求
1.从一个转角传感器(2)的传感器信号(7)中再现一个角度信号(9)的方法，该转角传感器具有一条多区段(S)的周期性特性曲线(5)，在这些区段之间产生特性曲线跃变(8)，其特征在于，具有如下的步骤-探测传感器信号(7)的正和负的信号跃变(a～d)；-在确定一个信号跃变(a～d)后，产生一个区段值(SN)，该信号跃变给定一个实际测出的转角(αL)位于哪一个区段(S)内；-从传感器信号(7)和区段值(SN)中再现角度信号(9)。
2.按权利要求1的方法，其特征为，通过传感器信号(7)的变化速率的阈值监控来探测传感器信号(7)的正和负的信号跃变(a～d)。
3.按权利要求1或2的方法，其特征为，在探测到一个正的或负的信号跃变时，该区段值(SN)增加或减少。
4.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，在实际的传感器信号(7)中加入一个角度，该角度是区段值和区段宽度的函数。
5.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，进行再现角度信号(9)的偏移校正。
6.具有一个转角传感器(2)和一个处理单元(4)的转角传感装置，该旋转角传感器的量程只包括总量程的一部分范围(-p，+p)且该转角传感器具有一条多区段(S)的周期性特性曲线(5)，在这些特性曲线之间产生特性曲线跃变(8)，其特征为，处理单元(4)设置用来探测传感器信号(7)的正和负的信号跃变(a～d)，在出现一个正的或负的信号跃变(a～d)后分别确定一个新的区段值(SN)，以及从传感器信号(7)和区段值(SN)中再现一个唯一的角度信号(9)。
7.按权利要求6的转角传感装置，其特征为，处理单元(4)监控传感器信号(7)的阈值，以便探测正和负的信号跃变(a～d)。
8.按权利要求6或7的转角传感装置，其特征为，处理单元(4)包括一个区段计数器，在探测一个正或负的信号跃变(a～d)时，该计数器增加或减少。
9.按权利要求6至8任一项的转角传感装置，其特征为，处理单元(4)分别将一个角度加入传感器信号(7)中，该角度为区段值(SN)和区段宽度的函数。
10.按权利要求6至9任一项的转角传感装置，其特征为，设置有转角传感装置启动时的偏移识别装置。
全文摘要
本发明涉及一种从一个转角传感器(2)的传感器信号(7)中再现一个角度信号(9)的方法，该转角传感器具有一条多区段(S)的周期性特性曲线(5)，在这些区段之间产生特性曲线跃变(8)。为了再现角度信号(9)，建议确定传感器信号(7)的正和负的信号跃变(a～d)，并在确定一个正的或负的信号跃变(a～d)时，产生一个区段号(SN)。处理单元(4)可根据区段号(SN)和传感器信号(7)再现角度信号(9)。
文档编号G01D5/16GK1628240SQ03803397
公开日2005年6月15日 申请日期2003年7月8日 优先权日2002年11月28日
发明者H·哈克沃尔特, A·－G·阿宁 申请人:罗伯特-博希股份公司