转向装置位置检测系统和方法

专利名称：转向装置位置检测系统和方法
技术领域：
本发明的实施方式主要涉及检测系统和方法，特别涉及检测系统 控制装置。
背景技术：
在许多马达的应用中，要检测马达的位置。 一旦检测到马达的位 置，可以因此应用动力来操作这些马达。不同的应用场合具有不同的 马达相位检测需求。例如，铁姆肯公司(Timken Company)的MPS160 可以用来确定目标磁体的绝对位置。但是，诸如MPS160的芯片通常地 仅能用来确定仅在每个北(N) /南(S)极对中的目标的绝对位置。这 些极对在一些参数配置中可达6mm宽。此外，要覆盖一转的1/3、 1/4或 1/5，可能需要非常大的单个的绝对位置传感器芯片。大的单个的绝对 位置传感器难于在许多的应用中被应用，例如那些具有空间限制的应 用。
有一些共同地称作马达传感器的专用集成电路(ASICs)，它们能 够用来检测马达的位置。例如，铁姆肯(Timken)的MPS32XF产生来 自于磁极宽度的宽范围的高分辨率信号。该马达传感器可编程并且装 配有霍尔(Hall)传感器阵列。
例如在一些方向盘应用中，为了精确地控制或驱动转向柱，在方向盘或者转向柱的多圈上需要转向柱的绝对位置。要确定转向柱的绝 对位置， 一些控制器将转数计数器的输出与由检测装置提供的方向盘 在一转上的位置信号结合起来。但是，设置转数计数器费用昂贵并且 增加检测装置的复杂性。

发明内容
在一种形式中，本发明提供了一种用于确定马达绝对位置的系统。 该系统包括第一和第二多极磁性环、第一和第二处理单元以及至少一 个外部传感器。所述第一多极磁性环围绕马达同心地定位，并且具有 多个极对。所述第二多极磁性环围绕所述第一多极磁性环同心地定位， 并且具有至少一个极对。所述第一处理单元定位在所述第一多极磁性 环附近，以确定在所述第一多极磁性环的极对的一个上的角位置。所 述至少一个传感器定位在所述处理单元外部，并且位于所述第二多极 磁性环上方以显示所述第二多极磁性环的所述至少一个极对的状态。 所述第二处理单元基于所述的角位置和状态生成所述马达的绝对位 置。
在另一种形式中，本发明提供了一种用于确定转向装置的绝对位 置的检测系统。该检测系统包括第一多极磁性环和第二多极磁性环、 第一和第二处理单元以及第一和第二传感器。所述第一多极磁性环围 绕所述转向装置同心地定位，并且具有多个极对以与所述转向装置一 起转动。所述第二多极磁性环围绕所述第一多极磁性环定位，其具有 至少一个极对并且被构造成与所述第一多极磁性环和转向装置一起转 动。所述第一处理单元定位在所述第一多极磁性环附近，以确定在所 述第一多极磁性环的极对的一个上的所述转向装置的角位置。所述第 一传感器定位在所述第一处理单元外部并且邻近所述第二多极磁性 环，以显示所述第二多极磁性环的所述至少一个极对的第一状态。所 述第二传感器定位在所述第一处理单元外部，邻近所述第二多极磁性 环并且与所述第一传感器间隔开，以显示所述第二多极磁性环的所述
至少一个极对的第二状态。所述第二处理单元基于所述的角位置以及第一和第二状态生成所述转向装置的绝对位置。
仍是在另一种形式中，本发明提供了一种确定转向装置的绝对位 置的方法，其中，第一多极磁性环围绕所述转向装置同心地定位，第
二多极磁性环围绕所述第一多极磁性环同心地定位，处理单元定位在 所述第一多极磁性环上方，至少一个传感器定位在所述处理单元附近 并且位于所述第二多极磁性环上方。该方法包括利用所述处理单元确 定所述第一多极磁性环的局部极位置，根据所述的至少一个传感器确 定所述第二多极磁性环的至少一个状态，根据所述的至少一个状态和 所述的局部极位置确定所述转向装置的绝对位置。
通过思考详细描述和附图，本发明的其它方面会变得明显。


图l示出了第一个示例性的用于马达的绝对位置检测系统。
图2示出了关于图1的磁极对的多个霍尔传感器输出。
图3示出了第二个示例性的用于马达的绝对位置检测系统。
图4示出了关于图3的磁极对的一组霍尔传感器输出。 图5示出了可以结合到图1和图3的检测系统中的霍尔传感器阵列 布置。
图6示出了图5的霍尔传感器阵列的加法霍尔传感器构造(summing Hall sensor configuration)。
图7示出了图5的霍尔传感器阵列的双整周期霍尔传感器构造(dual full period Hall sensor configuration^
图8示出了车辆中的转向系统。
图9示出了图8的转向系统的示意图。
图10示出了多个示例性的基准脉冲型式。
具体实施例方式
在对本发明的任意实施方式进行详细解释之前，应该理解本发明在其应用方面并不局限于下面描述中阐述的或在以下附图中示出的元 件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它的实施方式并且能够以 多种方式实践或执行。并且，应该理解在此使用的措词和术语是为了 描述的目的而不应该被认作限制性。"包含"、"包括"或者"具有" 以及在此的它们的变形的使用意味着包括其后列出的项目和这些项目 的等同物以及补充项目。除非特别特定或限定，否则术语"安装"、 "连接"、"支撑"和"耦合"以及它们的变形被广泛地使用并且包 括直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，"连接"和"耦合" 并不限制在物理上的或者机械上的连接或耦合。
正如对于本领域的普通技术人员也应该清楚的那样，在图中示出 的系统是与实际系统可能相似的模型。正如所注意到的，许多所描述 的模块和逻辑结构能够在通过微机或类似的装置执行的软件中实施或 者在使用各种各样的包括例如专用集成电路(ASICs)的元件的硬件中 实施。象"处理单元"这样的术语可以包括或者指的是硬件和/或软件。 此外，整个说明书使用的是以大写字母书写的术语。这些术语符合惯 例并且用来帮助将描述与编码例子和附图联系起来。但是，并不因大 写字母的使用而暗示或者应该简单地推断出特定的意思。因此，权利 要求不应该限于特定的例子或术语中，或者任何特定的软件或硬件实 施或者软件或硬件的组合中。
正如先前描述过的，诸如MPS160芯片的检测ASICs能够确定仅在 一个北/南极对中的目标磁体的绝对位置；但是，在一定的高性能的构 造中这些极对能够达到6mm宽。
在一种形式中，本发明提供了一种用于马达位置检测控制器的确 定在每个马达相位上的马达绝对位置的方法。该方法包括将对于北/南 极对的精确而特定的绝对位置信息和表示相对于整个霍尔传感器列的 位置的粗略信息相结合。因此，越过霍尔传感器列的绝对位置能够被 精确地确定。在一个实施方式中，该方法包括将一个或多个数字霍尔传感器 连接到马达位置检测系统上，以产生在两个或更多个极对上的绝对位 置信号。该方法还包括通过马达位置检测控制器发送来自于连接的 传感器的信号输出，并且经由数据链路传递所述的信号输出。
在另一种形式中，本发明提供了一种用于确定在每个马达相位上 的马达绝对位置的系统。该系统包括数字霍尔传感器、马达位置检测 控制器和数据链路。所述数字霍尔传感器连接在马达位置检测控制器 上以产生在两个或多个极对上的绝对位置信号。所述连接好的传感器 发送信号输出通过马达位置检测系统，并且经由数据链路传递所述输 出。
铁姆肯(Timken)的MPS32XF或者其它合适的传感器能够被编 程来使霍尔传感器阵列两端的霍尔传感器单元失效以将马达传感器的 有效极的宽度与目标磁体极的宽度适当地匹配。霍尔传感器阵列中使 用的霍尔传感器的数量按照不同的应用而改变。例如，当目标磁体极 的宽度与由霍尔传感器提供的总的极的宽度匹配时，使用全部的霍尔 传感器。但是，有时目标磁体极的宽度与由霍尔传感器提供的总的宽 度不匹配。例如，当仅使用霍尔传感器阵列中的一部分霍尔传感器时， 少量的极匹配。在这些情形中，因为由霍尔传感器阵列产生的信号强 度被降低，所以降低了信噪比(SNR)。
在另一种形式中，本发明提供了一种将霍尔传感器阵列的极的宽 度与目标磁体的极的宽度相匹配的方法和系统。本发明的实施方式操 作检测控制器，该检测控制器带有阵列中所有检测元件，或者仅是阵 列的一部分的检测元件。例如，MPS32XF传感器具有16个霍尔传感 器元件。在一些实施方式中，MPS32XF传感器能使用16个霍尔元件 或者通过使所述阵列的端部的霍尔元件失效将霍尔元件的数量减少到 12个或8个。对于一些小的极，当仅使用所述霍尔阵列的一部分时，因为所述霍尔阵列产生较小的信号，所以存在降低的SNR。
在一个特定的实施方式中，本发明描述了一种方法，该方法包括
将一个、两个或者三个数字霍尔传感器连接到MPS160或者类似的芯 片上以产生在2、 3、 4或5个极对上的绝对位置信号。来自于这些外 部传感器的信号能够被发送通过ASIC并经由一系列数据链路提供到 外部系统。这种传感器和磁体的构造能够满足许多马达应用的需求。
例如，图1示出了第一个示例性的用于马达104的绝对位置检测 系统IOO，所述马达具有电枢、轴或者转子108和定子112。在示出的 实施方式中，所述定子112具有四个磁性段或磁弧116。每个段116包 括磁极对，并占据约90°的弧度，是一转(360° )的1/4。同样地， 所示出的马达104是四极马达。
第一检测系统100包括第一多极磁性环或高分辨率磁道120，其 包括12个磁极对。应该注意的是，仅示出了一个段116的高分辨率磁 道120。同样地，图2仅示出了三个磁极对。高分辨率磁道120关于所 述转子108同心地定位。第二多极磁性环或者低分辨率磁道124同心 地围绕所述高分辨率磁道120。在示出的实施方式中，低分辨率磁道 124包括四个磁极对。应该注意，在其它的实施方式中，所述高分辨率 磁道120可以具有更多或更少的磁极对。类似地，在其它的实施方式 中，所述低分辨率磁道124可以具有更多的磁极对。
此外，第一检测系统IOO包括定位在所述定子112、所述高分辨 率磁道120和所述低分辨率磁道124的上方的处理单元128。示例性的 处理单元是铁姆肯(Timken)传感器MPS160，其能生成表示在所述高 分辨率磁道120的极对的一个上的160角位置中的一个的信号，以及 表示中心位置的基准脉冲信号。在一些实施方式中，所述处理单元128 包括接口 132，用于与在所述处理单元128的外部的元件连接。在其它 的实施方式中，所述接口 132在处理单元128的外部。所述处理单元128还包括内部传感器阵列136以生成表示在所述处理单元128下面的 极对的角位置。应该理解，所述内部传感器阵列136可以包括诸如霍 尔效应传感器的一列检测元件。所述第一检测系统100还包括定位在 所述低分辨率磁道124上方的第一外部传感器140。在示出的实施方式 中，所述第一外部传感器140是霍尔效应传感器。此外，所述第一检 测系统100还包括定位在所述低分辨率磁道124上方的第二外部传感 器144。特别地，所述第二外部传感器144自所述第一外部传感器140 小于或约90°定位。在示出的实施方式中，所述第二外部传感器144 也是霍尔效应传感器。
总之，在特定应用中使用的用在所述高分辨率磁道120中的极对 的数量确定了所需的外部传感器的数量。在示出的实施方式中，因为 有三个极对要被识别，低分辨率极对数量是一，并且因为仅三个极对 中的一个将激活特定的外部传感器，所以仅需要总共两个外部传感器。 两个外部传感器通常将提供总共四个逻辑上唯一的组合。例如，当所 述第一外部传感器140的输出是不可用的并且所述第二外部传感器144 的输出是不可用的，所述第一和第二外部传感器140， 144没有一个是 能起作用的，或者二者均处于断开(OFF)状态。类似地，当所述第一 外部传感器140的输出是不可用的而所述第二外部传感器144的输出 是可用的，所述第一外部传感器140处于断开状态，而所述第二外部 传感器144处于接通(ON)状态。另一个例子，如果用在所述高分辨 率磁道120中的极对的数量是用在所述低分辨率磁道124中的极对的 数量的五倍，那么就会需要总共三个外部传感器。在一些实施方式中， 由于诸如磁体对准的误差问题，附加的传感器也将与确定数量的外部 传感器结合使用。
第二处理单元148通过所述接口 132接收分别来自于所述第一和 第二外部传感器140， 144以及处理单元128的表示状态信号和角度信 号的数据或信息。在一些实施方式中，所述数据或信息被以经由连续 数据接口的连续数据信号的形式接收。所述第二处理单元148然后处理接收到的数据或信息并且生成马达104的绝对位置，下文将详细描 述。
图2示出了多个关于图1的高分辨率极对120的外部传感器输出 200。特别地，由相应极对208中的一个引起的所述第一外部传感器140 的输出以波形204示出，而自所述第一外部传感器140约90°定位的 所述第二外部传感器144的输出以波形210示出。例如，当所述第一 外部传感器140是低的，并且所述第二外部传感器144是低的时，所 述第二处理单元148生成表示目标极对是极对Np SJ勺信号。
在操作中，在所述第二处理单元148处接收来自于所述处理单元 128的数据。所述数据包括在所述马达104的一个北-南极对上的局部 绝对位置信息。所述数据还包括原始基准脉冲(Rp)信号的状态和每 个外部霍尔传感器140， 144的状态。如果读取来自于图2中示出的带 有两个外部霍尔传感器140， 144和每个马达段116上三个高分辨率极 对120的例子中的数据，所述第二处理单元148或者用户能够使用来 自于所述两个外部霍尔传感器140， 144的信息来确定绝对位置读数是 否是来自于相应的段116中的第一、第二或第三、北/南高分辨率极对 120。这是可能的，因为所述的两个外部霍尔传感器140， 144产生四 个状态，用户或者所述第二处理单元148仅需要适当地识别所述三个 高分辨率极对120中的哪一个被报告在绝对位置数据中。例如，铁姆 肯(Timken)的MPS160能够产生1-160之间的数字用来表示所述高分 辨率极对的之一的角位置。同样地，当MPS160与具有12个高分辨率 极对的四极马达一起使用时，MPS160产生80个角位置，其表示在相 应的高分辨率极对上的约45°的范围。因此，如果所述第二处理单元 148确定了所述角位置是源于相应段中的第二高分辨率极对，那么就能 够从约80个角位置和第二极对(每个极对能够产生160个位置)中获 得绝对位置。在这种情形中，所述第二处理单元148将确定绝对位置 是240个，即80与160之和。图3示出了第二个示例性的用于马达304的绝对位置检测系统 300，所述马达304具有电枢、轴或者转子308以及定子312。在示出 的实施方式中，所述定子312具有四个磁性段或磁弧316，因此，该马 达304是四极马达。第二检测系统300包括第一多极磁性环或高分辨 率磁道320，其包括八个磁极对。应该注意，仅示出了所述段316中的 一个的高分辨率磁道320。同样地，图3仅示出了两个磁极对。所述高 分辨率磁道320关于所述马达308同心定位。具有四个极对的第二多 极磁性环或低分辨率磁道324同心地围绕所述高分辨率磁道320。
所述第二检测系统300包括定位在所述定子312、高分辨率磁道 320以及低分辨率磁道324上方的处理单元328。象图1中的处理单元 128—样，处理单元328还包括选择接口 332，用于与在所述处理单元 328的外部的元件连接，和内部传感器阵列336以生成表示在所述处理 单元328下面的极对的角位置的输出。所述第二检测系统300还包括 定位在所述低分辨率磁道324上方的外部传感器340。在示出的实施方 式中，所述外部传感器340是霍尔效应传感器。
正如先前所指出的，在特定应用中使用的用在所述高分辨率磁道 320中的极对的数量通常确定了所需的外部传感器的数量。在示出的实 施方式中，因为存在两个要被识别的极对，并且因为仅这两个极对中 的一个将激活所述外部传感器340，因此仅需要一个外部传感器。特别 地， 一个外部传感器通常将提供总共两个逻辑上的唯一的组合。例如， 当所述外部传感器340的输出是不可用的时候，该外部传感器340处 于断开(OFF)的状态。相反，当所述外部传感器340的输出是可用的 时候，该外部传感器340处于接通(ON)的状态。
第二处理单元348然后通过所述接口 332接收分别来自于所述外 部传感器340表示状态和角度信号的和来自于所述处理单元328的表 示基准脉冲信号的数据或信息。正如先前所讨论的，所述数据或信息 能够经由连续数据接口以连续数据信号的形式被接收。所述第二处理单元348然后对接收到的数据或信息进行处理并生成所述马达104的
绝对位置，下文中将详细描述。
图4示出了由所述外部传感器340生成的关于图3的高分辨率极 对320的输出波形400。由于涉及到磁体精度和对准的误差问题，所述 的来自于处理单元328的基准脉冲信号也被用在第二处理单元348中 以确定所述绝对位置。在这种情形中，也示出基准脉冲波形404。
特别地，在每个马达段316两个高分辨率极对320的情形中，如 果来自于处理单元328的内部基准脉冲信号与所述外部霍尔传感器340 的转换点对准，所述高分辨率极对320的适当识别可以通过仅使用所 述外部霍尔传感器340来完成。在这样的情形中，对于所述高分辨率 磁道320的每个其它的北到南的转换点，所述外部霍尔传感器340会 处于接通(ON)的状态。这样，所述第二处理单元348读取局部绝对 角位置，然后通过读取所述基准脉冲信号和外部霍尔传感器400的信 号来确定是哪个高分辨率极对320正在被处理单元328读取。
图5示出了能够结合到图1和图3的检测系统100， 300中的霍尔 传感器阵列布置500。特别地，这种布置500示出了具有宽度W的总 共16个霍尔传感器504。但是，在一些实施方式中，仅使用了这种布 置500的一部分，例如25%。图6示出了仅使用了这种布置500的一 部分的例子。在这些情形中，由这种布置500生成的信号将具有低的 信噪比(SNR)。例如，因为所述传感器504生成诸如正弦和余弦的正 交信号，因此25%的减小量有效地将这种布置500减小到其原始长度 的大约一半。例如，如图6中所示，使用了一组用于正弦信号的内部 传感器508，而没有使用一组外部传感器512。使用了一组用于余弦信 号的内部传感器516，而没有使用一组外部传感器520。
为增加生成的传感器信号的SNR,因此允许这种布置生成来自于 霍尔传感器阵列的可用信号，所述霍尔传感器504的余下部分的输出被如下复制。图7示出了图5的霍尔传感器阵列布置500的双整周期 霍尔传感器构造(dual full period Hall sensor configuration) 700。特别 地，对于正弦信号，所述内部传感器508的输出在所述外部传感器512 处被镜像，如以704所示。对于余弦信号，所述内部传感器516的信 号在所述外部传感器520处被反向，如以708所示。
在此描述的实施方式具有许多优点。例如，通过使用来自于两倍 于传统设计中的霍尔传感器的数量的信号能够实现增加的信号强度。 这也可以允许较弱磁性的目标或者在标准磁体与传感器之间具有较大 的空气间隙。如果使用相同的空气间隙，所述信号将具有较好的信噪 比，其有益于准确度。使用两倍数量的霍尔传感器能够生成较一致的 信号，因为减小了单个霍尔传感器中的任何偏移或增益误差造成的影 响。使用两倍数量的霍尔传感器还产生较高的SNR。
本发明的实施方式是可应用的，例如，在车辆环境中。图8示出 了马达车辆800的平面示意图，所述车辆800具有方向盘检测系统804 并且在由箭头808表示的方向上转动。所述车辆800具有四个车轮 812A、 812B、 812C和812D。所述方向盘检测系统804确定驾驶员已 经将转向柱816关于固定的位置转过了多少转。例如，在一些实施方 式中，所述方向盘检测系统804能够确定在方向盘或转向柱816的三 圈、四圈或五圈上转向柱的绝对的位置。在示出的实施方式中，通过 以速度Sj转动车轮812A和以速度52转动车轮812B，车辆800在方向 808上行驶。总之，在转动时，速度s,和速度32不相同，因此车轮812A 与812B存在速度差。
代替使用传统的转数计数器，图9示出了根据本发明的实施方式 通过将先前描述的局部绝对位置与所述速度差结合的图8的转向检测 系统804的截面图。特别地，图9示出了转向检测系统804围绕所述 转向柱816。所述转向检测系统804的一些元件被构造成与所述转向柱 816—起转动。例如，所述转向检测系统804包括第一多极磁性环或高分辨率磁道820和同心地围绕所述高分辨率磁道820的多极磁性环或 低分辨率磁道824。
此外，所述转向检测系统804还包括定位在所述高分辨率磁道820 和低分辨率磁道824上方的处理单元828。在一些实施方式中，所述处 理单元828包括接口 832，用于与在处理单元828外部的元件连接。所 述处理单元828还包括内部传感器阵列836以生成表示在所述处理单 元828下面的高分辨率极对的角位置的输出。所述转向检测系统804 还包括定位所述低分辨率磁道824上方的第一外部传感器840和也定 位在所述低分辨率磁道824上方的第二外部传感器844。在示出的实施 方式中，示例性的高分辨率磁道具有12个极对，而示例性的低分辨率 磁道820具有四个极对。在这样的情形中，所述第二外部传感器844 自所述第一外部传感器840小于或约90。定位。
与上面所描述的实施方式类似，例如通过将在一转(用外部传感 器确定的)的每个段内的绝对位置和来自于前车轮812A和S12B的速 度差的速度信号结合，所述转向检测系统804使用第二处理单元848 以确定在所述方向盘816的几转上的全部的绝对位置。特别地，从前 车轮812A、812B确定的速度差被用来将所述方向盘816所处的所有可 能的卯°段或节分离出来。使用诸如三凰行程(3-turn-lock-to-lock) 系统或四圈行程(4-tura-lock-to-lock)系统的通常的转向系统，每凰由 四个卯。节组成，方向盘816因此能够处在12-16个不同的卯°节中。 尽管此处仅对前车轮812A， 812B进行了描述，但是后车轮812C， 812D 的速度和方向也可以用在其它的实施方式中。
在一些实施方式中，车轮812A与812B之间的速度(Sl， s2)比 与方向盘816的位置成比例变化。正如上面关于图1的马达104的描 述，通过使用由处理单元828生成的基准脉冲信号的唯一组合转向检 测系统804识别方向盘816 (或与其相连的转向柱)的绝对位置。例如，正如先前所讨论的，转向检测系统804使用由处理单元828 检测到的局部角位置、由外部传感器840， 844检测或识别到的段信息 以及由多个车轮传感器检测到的速度差信息来生成转向柱816的绝对 位置，所述转向柱816的绝对位置一般在一转内重复多次。特别地， 所述转向检测系统804使用来自于前车轮812A，812B的速度差信息来 识别多圈行程(multiple-turn-lock-to-lock)转向系统中的所述段816中 的一个。通过为段816的每个加入从所述处理单元828生成的唯一的 基准脉冲，无需将转向柱转过多于一个段的一半就能确定一转内的全 部绝对位置。例如，利用四段方向盘816和基准脉冲构造，基准脉冲 表示为一转内的四个段中的每一个产生的特定段。同样地，每转内的 全部绝对位置能够通过将方向盘816转过最大45°来确定。也就是， 一旦方向盘816己经转过45。，方向盘816就己经进入了另一个象限 并生成了基准脉冲。
此外，在将方向盘816转过约30°后，来自于前车轮812A， 812B 的差动信号能够利用在段816的每个的基准脉冲来确定，下文中将详 细描述。例如，如果从所述前车轮812A， 812B检测到的速度分辨率太 粗糙或者不是足够精确，或者如果所述前车轮812A， 812B中一个在沙 地上滑移，当所述方向盘816被转动时，所述处理单元828能够生成 基准脉冲。同样地，如果第二处理单元848由于上面的或者类似的状 况不能确定车轮812A， 812B的位置，来自于每个段816的基准脉冲能 够被用来识别所述段816。
图10示出了在四象限实施方式中的多个示例性的基准脉冲型式 1000。例如，当在极对中存在从北极到南极的变化时，在相应的象限 中会生成C基准脉冲。类似地，当在极对中存在从南极到北极的变化 时，在相应的象限中会生成D基准脉冲。另外，当不存在极的变化时， 会生成0基准脉冲。如图10中所示，在第一象限1004内没有变化。 在第二象限1008中存在北极到南极的变化。类似地，在第三象限1012 内，既存在北极到南极的变化也存在南极到北极的变化，而在第四象限1016内，仅存在南极到北极的变化。
本发明的各个特征和优点会在随附的权利要求中阐明。
权利要求
1. 一种用于确定马达的绝对位置的系统，该系统包括第一多极磁性环，该第一多极磁性环同心地定位在所述马达周围，并具有多个极对；第二多极磁性环，该第二多极磁性环同心地定位在所述第一多极磁性环周围，并具有至少一个极对；第一处理单元，该第一处理单元定位在所述第一多极磁性环附近，并被构造成确定在所述第一多极磁性环的极对中的一个极对上的角位置；至少一个传感器，所述至少一个传感器定位在所述处理单元外部并且在所述第二多极磁性环上方，并且被构造成显示所述第二多极磁性环的至少一个极对的状态；以及第二处理单元，该第二处理单元被构造成接收来自于所述至少一个传感器的状态和来自于所述第一处理单元的角位置，并且基于所述角位置和所述状态确定在所述第一多极磁性环的极对中的一个极对上的马达的绝对位置。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第一处理单元还被构 造成从第一列中生成基准脉冲。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二处理单元还被构 造成基于所述基准脉冲、所述角位置和所述状态生成在所述第一多极 磁性环的极对中的一个极对上的马达的绝对位置。
4. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第二多极磁性环的至 少一个极对具有弧长。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述的至少一个传感器包 括第一传感器和第二传感器，其中，所述第一传感器与所述第二传感器隔开的距离是所述弧长。
6. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述状态包括接通值和断 开值中的一个。
7. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述绝对位置是在一转的一部分上。
8. —种用于确定转向装置的绝对位置的检测系统，该检测系统包括第一多极磁性环，该第一多极磁性环同心地定位在所述转向装置 周围，并具有多个极对，并且被构造成与所述转向装置一起转动；第二多极磁性环，该第二多极磁性环定位在所述第一多极磁性环 周围，并具有至少一个极对，并且被构造成与所述第一多极磁性环和所述转向装置一起转动；第一处理单元，该第一处理单元定位在所述第一多极磁性环附近， 并被构造成确定在所述第一多极磁性环的极对中的一个极对上的所述 转向装置的角位置；第一传感器，该第一传感器定位在所述第一处理单元外部并且邻 近所述第二多极磁性环，并被构造成显示所述第二多极磁性环的至少 一个极对的第一状态；第二传感器，该第二传感器定位在所述第一处理单元外部，并邻 近所述第二多极磁性环，并且与所述第一传感器间隔开，并被构造成 显示所述第二多极磁性环的所述至少一个极对的第二状态；以及第二处理单元，该第二处理单元被构造成接收所述第一状态和第 二状态以及所述角位置，并基于所述的角位置以及所述第一状态和第 二状态生成所述转向装置的绝对位置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一处理单元还被构 造成从所述第一多极磁性环生成基准脉冲。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述第二处理单元还被 构造成基于所述基准脉冲、所述角位置和所述状态生成所述转向装置 的绝对位置。
11. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述第二多极磁性环具 有弧长。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一传感器与所述第二传感器隔开的距离是所述弧长。
13. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一状态和第二状 态中的每个包括接通值和断开值中的一个。
14. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述第二处理单元还被 构造成基于所述角位置与所述第一状态和第二状态的二进制组合生成 所述转向装置的绝对位置。
15. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述转向装置与方向盘 和多个车轮相联，所述多个车轮具有多个对应的旋转速度，其中，所述第二处理单元还被构造成从所述绝对位置和车轮速度比确定所述方 向盘已经转过的转数。
16. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述绝对位置是在一转的 一部分上。
17. —种确定转向装置的绝对位置的方法，第一多极磁性环同心 地定位在所述转向装置周围，第二多极磁性环同心地定位在所述第一 多极磁性环周围，处理单元定位在所述第一多极磁性环上方，并且至 少一个传感器定位在所述处理单元附近并且位于所述第二多极磁性环上方，该方法包括利用所述处理单元确定所述第一多极磁性环的局部极位置； 从所述至少一个传感器确定所述第二多极磁性环的至少一个状态；以及从所述至少一个状态和所述局部极位置确定所述转向装置的绝对 位置。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述转向装置包括方向 盘，其中，从所述至少一个状态和所述局部极位置确定方向盘的绝对 位置包括确定多个车轮速度；以及 确定至少一个车轮速度比。
19. 根据权利要求17所述的方法，还包括从所述第一多极磁性环生成基准脉冲。
20. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个传感器包 括第一传感器和第二传感器，其中，所述第一传感器与所述第二传感 器间隔开。
21. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个状态包括 第一状态和第二状态，所述第一状态和第二状态中的每个具有接通状 态和断开状态。
22. 根据权利要求21所述的方法，还包括 确定所述接通状态和断开状态的二进制组合；以及 基于所述二进制组合识别所述第一多极磁性环的极对中的一个极对。
23. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述绝对位置是在一转 的一部分上。
全文摘要
一种用于确定马达绝对位置的系统。该系统包括第一和第二多极磁性环、第一和第二处理单元以及至少一个外部传感器。所述第一多极磁性环围绕所述马达同心地定位，其具有多个极对。所述第二多极磁性环围绕所述第一多极磁性环同心地定位，其具有至少一个极对。所述第一处理单元定位在所述第一多极磁性环附近以确定在所述第一多极磁性环的极对的一个上的角位置。所述传感器定位在所述处理单元外部并位于所述第二多极磁性环上方以显示所述第二多极磁性环的极对的状态。所述第二处理单元基于所述角位置和状态生成马达的绝对位置。
文档编号G01D5/14GK101421589SQ200780013007
公开日2009年4月29日 申请日期2007年4月10日 优先权日2006年4月10日
发明者艾尔弗雷德·约翰·桑托斯, 韦恩·V·丹尼, 马克·E·拉克鲁瓦 申请人:铁姆肯美国公司