处理传感器信号用于确定马达轴的运动的方法
【技术领域】
[0001]本公开总地涉及对来自车辆中的传感器的信号进行处理，并且更具体地涉及对来自传感器的脉冲序列进行处理用于计算马达轴的运动。
【背景技术】
[0002]诸如霍尔效应传感器和编码器的检测装置可用于生成正交相位信号。附接到马达的旋转轴频繁地连接到这样的检测装置。
[0003]霍尔效应传感器是响应于磁场改变其输出电压的固态检测装置。霍尔效应传感器作为返回与磁体的位置相对应的信号的模拟传感器(analog transducer)来操作。利用已知的磁场，可以确定磁体与霍尔板相距的距离，或者使用传感器组，可以推断出磁体的相对位置。
[0004]编码器通常用于在广泛应用范围中诸如在缆车塔顶部上的滑轮中或在计算机鼠标中感测轴的运动。对于编码器而言常见的是并入感测旋转轮的旋转的电子电路，所述旋转轮包括一系列均匀间隔开的开口。每次刻度盘许可光通过开口之一并随后由不透明表面阻挡，电子电路进行计数。电路确定轴的位置并对轴的转数进行计数。
[0005]诸如霍尔效应传感器和编码器的检测装置典型地响应于轴的旋转位移量而输出脉冲串。光学编码器可直接或在波形整形之后产生代表线性或旋转位移或一些其它可变参数的正交相位信号。正交相位信号可被处理以便与诸如微处理器的计算机接合。在这种类型的装置预期用于检测旋转的某些应用中，有必要检测目标的旋转速率和旋转方向。如果轴突然逆转方向，则传感器必须能够检测到该逆转。这种类型的传感器可以在自动制动系统和必须确定目标的旋转方向和速度的其它系统中发现。
[0006]正交感测涉及使用彼此偏移90度的两个信号。信号的比较将提供关于目标的位置和行进方向的有意义的信息。使用正交的两个数字输出有利于确定马达轴的角度的改变和方向。
[0007]为了确定旋转方向，确定正交输出之间的相对相位。要做到这一点的一种方式是在第二正交输出的每一边沿处检查第一正交输出的值。如果当检测到上升沿时第一信号为高，则第一信号超前四分之一周期。当在第二输出上检测到上升沿时当第一信号为低时，检测在相反方向上的运动。
[0008]2010/0158180号美国专利申请公开示出了用于提高抖动容限的方法和设备。8，001，848号美国专利示出了用于利用可旋转轴使用传感器信号来测量转矩的方法和装置。5，315，620号美国专利示出了用于检测和校正相位误差的方法。5，365，184号美国专利示出了用于正交相位处理以便在降低的采样速率下提供高动态范围和相位恢复的方法和设备。6，470，291号美国专利示出了提供旋转速度的精确测量以及适于在宽范围的速度内作为测量的函数进行伺服控制的足够带宽的方法。
[0009]然而，当微处理器由于微处理器的有限带宽或马达的速度这两者或之一而不能以高到足以捕获所有输出的相位改变来确定方向的速率采样时，在这些类型的系统中可能出现误差。此外，当输出的相位间隔小于90电度(electrical degree)时更易于出现误差。因此，对改进现有技术存在需求。
【发明内容】
[0010]在一种形式中，本公开提供处理传感器信号以便确定马达轴的运动的方法，所述方法包括以下步骤:经由控制器对第一信号和第二信号进行采样，其中第一信号从第二信号偏移；当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数高于预定阈值时根据第一信号和第二信号计算马达轴的旋转方向和位移；以及当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数低于预定阈值并且假定先前方向时根据第一信号和第二信号计算位移。
[0011]在另一实施例中，当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数高于预定阈值时根据第一信号和第二信号计算马达轴的旋转方向和位移进一步包括检测第一信号和第二信号之间的相位偏移。在又一个实施例中，当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数低于预定阈值并且假定先前方向时根据第一信号和第二信号计算位移进一步包括检测第一信号和第二信号为同相。
[0012]在另一个实施例中，在当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数低于预定阈值并且假定先前方向时根据第一信号和第二信号计算位移的步骤中的第一信号和第二信号彼此偏移5或小于5电度。
[0013]在一些实施例中，状态改变基于第一信号的已经过电度数。在另一个实施例中，状态改变基于已经过的时间。在另一个实施例中，第一信号是来自检测装置的输入，所述检测装置选自于包括增量式编码器、串行编码器、旋转编码器、绝对式编码器、旋转变压器(resolver)、转速计和霍尔效应检测装置的组。
[0014]在另一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤:基于在第一信号和第二信号中没有发生状态改变的情况下由控制器所获取的样本计数高于预定阈值，根据第一信号和第二信号确定马达轴的第一速度；以及基于在第一信号或第二信号中没有发生状态改变的情况下由控制器所获取的样本计数低于预定阈值，根据第一信号和第二信号确定马达轴的第二速度。
[0015]在另一个实施例中，马达轴的速度根据传感器确定。在又一个实施例中，该方法在车辆的停车棘爪系统中使用。在另一个实施例中，控制器具有有限的采样能力。在又一个实施例中，第一信号是来自霍尔效应传感器的输入。
[0016]在一种形式中，本公开提供处理传感器信号以便确定马达轴的运动的方法，所述方法包括以下步骤:经由控制器对第一信号和第二信号进行采样，其中第一信号从第二信号偏移；基于在第一信号和第二信号中没有发生状态改变的情况下由控制器所获取的样本计数高于预定阈值，根据第一信号和第二信号确定马达轴的第一速度；以及基于在第一信号或第二信号中没有发生状态改变的情况下由控制器所获取的样本计数低于预定阈值，根据第一信号和第二信号确定马达轴的第二速度。
[0017]在另一个实施例中，该方法进一步包括根据第一信号和第二信号计算马达轴的旋转方向的步骤。在又一个实施例中，该方法进一步包括当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数高于预定阈值时根据信号计算马达轴的位移的步骤。
[0018]在另一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤:当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数高于预定阈值时根据第一信号和第二信号计算马达轴的旋转方向和位移；以及当在没有状态改变的情况下所获取的样本计数低于预定阈值并且假定先前方向时根据第一信号和第二信号计算位移。
[0019]在另一个实施例中，该方法进一步包括从以组合处理第一信号和第二信号计算马达轴的位移和方向以便确定马达轴的位移和方向的步骤。在又一个实施例中，该方法进一步包括从单独地处理第一信号和第二信号计算马达轴的位移以便确定马达轴的位移的步骤。
[0020]本公开的另外适用领域从下文所提供的详细描述、附图和权利要求将变得显而易见。应当理解的是，包括所公开实施例和附图的详细描述在本质上仅仅是示例性的，其意旨只是为了说明目的，而并非意旨限制本发明的范围、其应用或用途。因此，不脱离本发明主旨的变型意旨处于本发明的范围之内。
【附图说明】
[0021]图1示出处理传感器信号以便确定根据本文所公开实施例操作的马达轴的运动的方法；
[0022]图2示出处理传感器信号以便确定根据本文所公开实施例操作的马达轴的运动的另一种方法，其中所述马达轴的速度被确定；
[0023]图3是用于处理传感器信号以便确定根据本文所公开实施例操作的马达的方向的系统的框图；
[0024]图4示出处理传感器信号以便确定根据本文所公开实施例操作的马达轴的运动的另一种方法；
[0025]图5示出系统的侧视图，其进一步示出根据本文所公开实施例的马达和马达轴；
[0026]图6示出系统的正视图，其进一步示出根据本文所公开实施例的马达和马达轴；
[0027]图7示出有用于解释采样和偏移的信号图；
[0028]图8示出有用于解释确定马达的速度的方法的信号图；
[0029]图9A示出顺时针旋转的输出信号；
[0030]图9B示出逆时针旋转的输出信号；以及
[0031]图10是示出针对顺时针方向和逆时针方向的信道A和信道B的输出的表。
【具体实施方式】
[0032]根据本文所公开的原理，以及如下文所论述的那样，本公开提供用于处理传感器信号以便确定马达轴的运动的方法和系统。在一种形式中，本公开还提供处理传感器信号以便确定马达的速度的方法。短语“马达的方向”有时将在本文中用于指代马达的旋转方向。当术语“运动”涉及确定马达轴的“运动”时，其有时包括旋转方向、旋转位移、速度确定、相位确定或者它们的组合。
[0033]本公开涉及对来自传感器的脉冲序列进行处理用于计算电动马达输出轴的运动。更具体地，本公开涉及处理可仅间隔几电度的来自传感器输出的两个脉冲序列，以便在使用有限带宽控制器时计算电动马达输出轴的运动。在一些实施例中，所计算的马达轴的运动是电动马达输出轴的位移和行进方向。
[0034]增量式光学编码器可以生成具有可变频率以及90电度相移的两个脉冲序列。然后这两个信号的组合由嵌入式控制器解码以计算位移和行进方向。
[0035]可以通过检测前导序列(leading sequence)以及通过这两个脉冲的脉冲