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增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置.pdf

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增大 固有 安全性 车轮 旋转 速度 检测 装置
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摘要
申请专利号:

CN201610614715.5

申请日:

2016.07.30

公开号:

CN106483321A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: G01P3/48 主分类号: G01P3/48
申请人: 桐城市祥瑞机动车辆检测有限公司
发明人: 王亮
地址: 231400 安徽省安庆市桐城经济开发区北三路南侧、东一路与汇源路之间
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 重庆百润洪知识产权代理有限公司 50219 代理人: 刘立春
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610614715.5

授权公告号:

法律状态公告日:

2017.03.08

法律状态类型:

公开

摘要

增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置,该装置包含磁编码器和传感器,所述磁编码器随着物体、特别是车轮一起移动和/或旋转,并经由磁气隙被磁耦合到传感器的至少两个传感器元件,所述路径各自包含传感器元件中的至少一个并各自包含信号调节级,存在至少一个主要测量信号路径,该路径以其一个或一个输出信号在正常运行过程中表示编码器移动基本频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基?#24452;?#24212;于传感器与由所述传感器检测的编码器的极对之间的基本相对速度,所述模式的时间发生基本?#38553;?#24212;于传感器与由所述传感器检测的编码器的极对。

权利要求书

1.增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置,该物体特别是车轮,该装置包含磁编
码器(5,25)和传感器(26),传感器(26)具有磁耦合到所述磁编码器(5,25)的至少两个传感
器元件(S1,S2),所述方法的特征在于将至少两个互相?#33267;?#30340;信号路径(S1,f1;S2,f2)的信
号相互比较,每个路径包含传感器元件(S1,S2)中的至少一个,存在至少一个主要测量信号
路径(S1,fl),该路径以其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式和/或
其一个或一个以上的输出信号在正常运行过程中表示基本车轮旋转速度的方式被构造,所
述模式的时间发生基?#24452;?#24212;于传感器与由所述传感器检测的编码器的极对之间的基本相
对速度,并且,存在至少一个观测信号路径(S2,f2),该路径以其至少一个输出信号的时间
曲线具有模式和/或其一个或一个以上的输出信号表示双倍车轮旋转速度的方式被构造,
所述模式的时间发生基本?#38553;?#24212;于传感器与由所述传感器检测的编码器的极对之间的双
倍相对速度,所述方法的特征还在于将比较结果传送到电子控?#39057;?#20803;(ECU)。
2.增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置,该物体特别为车轮,该装置包含磁编
码器(5,25)和传感器(26),所述磁编码器(5,25)随着物体、特别是车轮一起移动和/或旋
转,并经由磁气隙被磁耦合到传感器(26)的至少两个传感器元件(S1,S2),该装置特别用于
执行根据权利要求1的方法,其特征在于所述传感器(26)具有至少两个互相?#33267;?#30340;信号路
径(S1,f1;S2,f2),所述路径各自包含传感器元件(S1,S2)中的至少一个并各自包含信号调
节级(28,29),存在至少一个主要测量信号路径(S1,f1),该路径以其至少一个输出信号在
正常运行过程中表示编码器移动基本频率和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运
行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基?#24452;?#24212;于传感器(26)与由所述传
感器检测的编码器(5,25)的极对之间的基本相对速度,并且,存在至少一个观测信号路径
(S2,f2),该路径以其至少一个输出信号表示编码器移动的双倍频率和/或其至少一个输出
信号的时间曲线在正常运行过程中具有模式的方式被构造,所述模式的时间发生基本?#38553;?br />应于传感器(26)与由所述传感器检测的编码器(5,25)的极对之间的双倍相对速度。
3.根据权利要求2所述的增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置,,其特征在于:
将所述至少一个主要测量信号路径(S1,f1)以及所述至少一个观测信号路径(S2,f2)的输
出信号在比较器(30)中相互进行比较,?#20918;?#36739;结果被传送到所述电子控?#39057;?#20803;ECU(27)。
4.根据权利要求2或3所述的增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置,,其特征在
于所述至少一个传感器元件的所述至少一个输出信号,特别是所述至少一个主要测量信号
路径(S1,f1)的传感器元件(S1)的所述至少一个输出信号,与关于编码器移动的频率的信
息一起提供附?#26377;?#24687;项(ZI1),该信息项特别是关于旋转方向和/或气隙尺寸的。
5.根据权利要求2-4中至少一项的装置,其特征在于将所述至少一个主要测量信号路
径(S1,f1)和所述至少一个观测信号路径(S2,f2)的输出信号连续地或在规定的时间点上
在比较器(30)中相互进行比较,所述比较器(30)以这样的方式被特别设计:如果主要测量
信号路径和观测信号路径的输出信号表示的频率基本匹配,识别出主要测量信号路径(S1,
f1)的?#25910;?#21151;能。
6.根据权利要求2-5中至少一项的装置,其特征在于:借助适合的信号,关于主要测量
信号路径(S1,fl)的功能状态的信息项特别地与主要测量信号路径的输出信号一起被传送
到电子控?#39057;?#20803;(ECU)(27)。
7.根据权利要求2-6中至少一项的装置,其特征在于:将特别是附加的其它信号参数,
例如所述至少一个主要测量信号路径与所述至少一个观测信号路径的所述至少一个输出
信号的幅值在比较器中进行比较和评估。
8.根据权利要求2-7中至少一项的装置,其特征在于:用于信号调节和处理的元件(28,
29,30,31,M,11)被构建为电子电路,特别是作为至少一个集成电路的一部分。
9.根据权利要求2-8中至少一项的装置,其特征在于磁编码器(5,25)具有永久磁化编
码器轨道,该轨道特别是包含交替的磁南北极,且特征在于,传感器元件(S1,S2)使用一种
磁阻效应,特别是各向异性磁阻效应,并被特别地形成为由坡莫合金构成的带状线的组合,
特别地,带状线在这种情况下平面地位于传感器元件的区域,所述传感器元件(14,S1,S2)
的平面被布置为基本平行于编码器轨道(13)的平面(XY平面)。

说明书

增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置

技术领域

本发明涉及用于根据权利要求1的前序部分的、增加用于旋转速度检测的装置的
固有安全性的方法和/或用于物体(特别是车轮)线性和/或旋转移动的固有安全检测的方
法,涉及根据权利要求2的前序部分的、用于固有安全旋转速度检测的装置和/或用于物体
(特别是车轮)线性和/或旋转移动的固有安全检测的装置,并涉及该方法和/或该装置在机
动车中的使用。

背景技术

借助具有随着车轮旋转的磁编码器和至少一个磁场敏感传感器的传感器装置检
测车轮的旋转速度是已知的,磁编码器经由磁气隙被磁耦合到磁场敏感传感器。

由于其鲁棒性和良好的信号?#20998;剩?#22522;于磁阻效应的传感器(特别是有源传感器)被
用于工业中,并尤其常见地用在机动车工业中。这些好的信号特性进一步通过例如在安装
时或在传感器安装时遵照编码器轨道与传感器(特别是其传感器元件)间规定相对位置的
公差(tolerance)而得到保证。举例而言,如果作为侧向相对偏移和过于接近状况(过小的
气隙长度或编码器场强度的过强横向?#33267;?地结果而不遵照所述公差,可发生以不?#24066;?#30340;
方式暂时或永久改变传感器输出信号的信号干扰。输出信号的曲线(profile)于是不再与
编码器轨道极对的移动曲线精确对应,相反,典型地发生分散或永久的频率倍增和/或频率
波动,特别是频率加倍,其也可能在例如机动车的车轮旋转速度传感器的情况?#36335;?#29983;。为了
避免这样的干扰频率加倍或频率倍增,进行适当的最终验收试验。为了能够对运行过程中
这样的现象进行适当的反应,进行通常复杂的可信性计算。在进一步的信号处理的过程中,
这些误差也可能变得明显,甚至被放大。

文档DE19906937A1提出了一种旋转速度传感器,编码器的角间距(angularpitch)
比旋转速度传感器的角分辨率粗,且旋转速度传感器具有彼此分开布置?#20063;?#29983;两个测量信
号的两个磁场传感器,这两个测量信号相对于彼此有相位偏移,并以这样的方式合并:出于
获得必要的测量分辨率的目的,输出信号相对于测量信号有着增大的频率。这样的旋转速
度传感器主要用于提高分辨率,然而,关于所述旋转速度传感器的固有安全性没有获得改
进。

发明内容

本发明的目的在于提出增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置。

根据本发明,该目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求2的装置实现。

本发明基于这样的构思:增加用于车轮旋转速度检测的装置和/或用于车轮或其
它物体(特别是旋转的)的移动检测的装置的固有安全性。在这种情况下,根据本发明的装
置具有磁编码器和具有至少两个传感器元件的传感器,磁编码器与物体(特别是车轮)一起
移动和/或旋转,并经由磁间隙被磁耦合到传感器的所述至少两个传感器元件。另外,传感
器具有至少两个特别是互相?#33267;?#30340;信号路径,其各自包含传感器元件中的至少一个并各自
包含信号调节级。在这种情况下,至少一个主要测量信号路径以这样的方式存在和构建:其
至少一个输出信号、特别是其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行中表示编码器极对
移动的基本频率(所述移动由所述至少一个传感器元件进行检测),和/或其至少一个输出
信号的时间曲线在正常运行中具有模式(pattern),所述模式的时间发生
(temporaloccurrence)基本?#38553;?#24212;于传感器与由所述传感器检测的编码器极对之间的基
本相对速度,和/或其一个或一个以上的输出信号特别表示基本车轮旋转速度的测量,在这
种情况下,另外的至少一个观测信号路径以这样的方式存在和构建:其至少一个输出信号,
特别是其至少一个输出信号的时间曲线表示编码器极对移动的双倍频率(所述移动由所述
至少一个传感器元件进行检测),和/或其至少一个输出信号的时间曲线在正常运行中具有
模式,所述模式的时间发生基本?#38553;?#24212;于传感器与由所述传感器检测的编码器极对之间的
双倍相对速度,和/或其一个或一个以上的信号特别表示双倍车轮旋转速度的测量。根据本
发明的装置特别适用于识别损害正常运行的干扰,特别优选的是适用于?#36816;?#20204;作出反应。

所述干扰或干扰效应包括特别是频率倍增,尤其是频率加倍效应和/或特别是在
下文中被介绍为“翻转(flipping)”的效应。

根据本发明的装置优选为被设置用于执行根据权利要求1的方法。

根据本发明,使用磁场敏感、特别是有源的传感器。有源传感器是已知的,特别是
用于机动车领域。它们存在于二线实施例和三线实施例中。举例而言,实施例在二线实施例
的基础上介绍,例如如制动系统所常见。然而,将该基本构?#21152;?#29992;到遍布电动机和/或齿轮
机构应用的三线实施例中也在本发明的范围内。

传感器元件被理解为基于多种磁阻效应中的一种(特别是各向异性磁阻效应或巨
磁阻效应)的磁场敏感传感器元件。优选为,电子电路——特别是集成到传感器中以形成传
感器元件——将由传感器检测到的变化的磁场导致的磁阻变化转换为两个不同的电流等
级,其作为输出信号自身或更为复杂的输出信号的一部分,对例如一系列齿高和齿间隙或
北极和南极进行?#25104;洹?#29305;别优选的是,固有安全旋转速度检测装置具有至少两个传感器元
件,在这种情况下,可以将不同的传感器元件在该装置的背景下进行合并。传感器元件优选
为包含这些磁阻带状线(stripline)的至少部分桥式电路。

磁编码器被理解为?#24615;?#29305;别是增加的磁编码角度标度(scale)和/或长度标度的
机器元件。与永磁体结合产生可变磁气隙的铁磁性多孔杆和/或多?#30528;?#25110;齿条和/或齿轮也
可作为编码器。另一方面,可能存在这样的磁编码器:其具有带有磁编码模式的编码器轨
道;特别地,这样的模式可以为永久磁化的北/南极区域(其以交替的序列构成这样的编码
器轨道:该轨道基本上直直地?#30001;?#25110;者闭合以形?#31245;玻?#19988;被引入例如车轮轴承密封中)的整
体序列。特别地,磁编码器作为旋转速度检测系统和/或旋转速度检测装置中的脉冲发送
器。

电子控?#39057;?#20803;(ECU)优选为理解为机动车调节系统的电子控?#39057;?#20803;,特别是共同
地、尤其是以分布形式执行程序和数据通信的微控制器网络。或者,出于便利,电子控?#39057;?br />元(ECU)为特别简单的评估单元,其尤其优选为用于对灯进行驱动,或者,尤其优选为用于
控制和/或调节的电子电路和/或工业微处理器系?#22330;?br />

正常运行被理解为意味着这样的、至少一个传感器元件的运行:在其过程中,没有
明显的干扰变量干扰编码器的移动和/或旋转的检测,且因此,在所述至少一个传感器元件
的所述至少一个输出信号中没有发生明显的干扰。这特别涉及与所述至少一个输出信号的
频率有关的干扰。在这种情况下,所述至少一个传感器元件的所述至少一个输出信号的时
间曲线具有模式,所述模式在偏离正常运行的这种干扰运行中的时间发生对应于传感器与
由所述传感器进行测量的编码器极对之间的相对速度的倍数和/或波动的倍数,特别是双
倍,在这种情况下,所述模式的所述发生(其不和传感器与由传感器测量的极对之间的相对
速度对应)可能随时和/或偶发地发生,和/或以更为明显或更不明显的程度连续发生,特别
是作为信号叠加。这样的干扰效应被称为例如频率波动、频率倍增或频率加倍。这些干扰可
基于被称为“翻转”的效应和/或被如此称为。一方面,这特别涉及传感器与编码器之间的相
对位置导致的干扰。因此,特别是在根据本发明的传感器装置的主要测量信号路径中,用于
检测移动的传感器元件常常以这样的方式运行,使得磁编码器场的基本上仅仅一个方向分
量被检测,且编码器的移动信息由此一个方向?#33267;?#20013;的变化获取。在这种情况下,所述至少
一个传感器元件优选为被定向为基本垂直、居中,且传感器元件的测量区域基本上平行于
编码器轨道表面。形成对照的是,角度测量常常以这样的方式进行:磁编码器场的两个方向
?#33267;?#34987;检测,所述至少一个传感器元件被定向为基本垂直于编码器轨道的表面。可比的特
性也通过这样的传感器元件表现出来:其被定向为基本平行于编码器轨道的表面,但被定
位为相对于编码器轨道的表面基本为横向或对角横向。在这种情况下,所述至少一个传感
器元件的所述至少一个输出信号的曲线对应于编码器移动的双倍频率,其特别在本发明的
含义内被视为干扰。被称为“翻转”的干扰来自于?#30001;?#38754;介绍的不受欢迎的、随编码器移动
变化的两场?#33267;?#26816;测的连接,在这种情况下,旋转向量的这种检测也可成比例地或作为叠
加地发生,其被视为具有特定程度的干扰。另一方面,也被称“翻转”的干扰来自于这样的事
实:至少一个传感器元件的至少一个带状线的内部磁化的定向完全改变和/或?#26412;?#21644;/或连
续地改变。优选为,磁阻传感器元件的带状线具有形状各向异性的方向,其也是内部磁化的
积极地最为有利和最为稳定的方向。在形状各向异性的方向的内部磁化的?#33267;?#30340;定向反转
或完全改变的情况下,传感器元件的特性曲线在纵坐标上取镜像(mirroring),其特别具有
相对于输出信号的频率加倍效应。内部磁化的定向的这种完全改变(“翻转”)特别在由支持
或偏置磁体施加的磁场被外部磁场补偿和/或反转时发生。具有这?#20013;?#24212;的形状各向异性
的方向(x方向)的磁场?#33267;?#20248;选为是传感器装置外部的磁干扰场的一部分。具体而言,这些
被称为“翻转”的不同的效应结合发生,由此,不能明确地确定干扰的原因。特别优选的是,
在当频率加倍干扰在传感器元件输出信号中发生的任何情况下称为“翻转?#34180;?br />

出于便利,在比较器(其特别优选为频率比较器电路)中将至少一个主要测量信号
路径和所述至少一个观测信号路径的输出信号进行比较,将比较结果传送到电子控?#39057;?#20803;
(ECU)。这?#25191;?#26045;使得识别两信号路径的不同信号曲线以及识别发生效果的干扰的存在成
为可能。特别优选的是,受到调节的信号被直接传送到ECU并在那里进行比较,?#20918;?#36739;受到
评估。

优选为,特别是作为补充的,将所述至少一个主要测量信号路径以及所述至少一
个观测信号路径的所述至少一个输出信号的其他信号参数(例如幅值)在比较器中进行比
较,特别优选的是进行评估,格外优选的是,所述至少一个评估结果被传送到电子控?#39057;?#20803;
ECU。在这种情况下,举例而言,对观测信号路径的传感器元件的两个半桥信号的幅?#21040;?#34892;
比较,以便获得关于传感器元件全桥读取点与编码器轨道中心之间的相对定位的信息项。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明;

在附图中,以原理图和示例性图的形式:

图1示出了根据现有技术的车轮旋转速度检测系?#24120;?br />

图2示出?#35828;?#22411;传感器模块的原理性构造;

图3示出了旋转速度检测装置的背景下的参考方向;

图4示出?#31169;?#26367;磁化标度的场线分布;

图5示出了关于编码器轨道的传感器定向和测量定位的不同变型;

图6示出了Y方向场强测量中的物理关系;

图7示出了作为传感器元件关于编码器轨道的带定向的函数的不同特性曲线;

图8示出了传感器元件的输出信号的时间曲线,该元件的传感器区域以这样的方
式定向:磁场相对于所述传感器区域的两方向?#33267;?#21608;期性旋转;

图9示出了固有安全旋转速度检测的示例性装置;

图10示出了不同的信号协议;

图11示出了传感器元件关于其带状线相对于编码器轨道的定向的等价结构;

图12示出了关于传感器元件的带状线的实施和布置的实施例。

具体实施方式

图1举例示出了车轮旋转速度检测用的两种已知装置。在图1a)中,机动车的传感
器1和电子控?#39057;?#20803;ECU2以及机动车调节系统(ABS调节器的电子控制器)2的电子控?#39057;?#20803;
ECU2经由两线导线3、4彼此电气连接。传感器运行需要运行电压VB,所述运行电压由ECU在
端子K1、K2上提供。有源传感器1因此经由二线导线3、4被供给能量。磁编码器5通过其旋转
对其周围的磁场进行调制,所述磁场由传感器1进行检测。在这种情况下,传感器1取决于编
码器旋转调制信号电流Is的幅值,由此,车轮旋转速度信息项以编码形式被传送到ECU2,在
那里,所述车轮旋转速度信息项被重新解码。图1b)示出了另一传感器6,其经由三线导线8、
9、10被电气连接到ECU7。有源传感器6也从ECU7吸取其能量。传感器6借助线9、10之间存在
的电压Vs将车轮旋转速度信息项传送到ECU7。

图2示出了具有二线接口的有源车轮旋转速度传感器的两个典型已知变型的内部
系统构造。在这种情况下,图2a)示出了没有附加功能的车轮旋转速度传感器。车轮旋转速
度传感器1包含与电?#26377;?#21495;调节级SC在一个链路中的磁阻传感器元件S。传感器元件经由磁
场H被耦合到编码器。以车轮旋转速度旋转的编码器以包含车轮旋转速度信息的增加模式
调制气隙场H。传感器元件S和信号调节级SC由此气隙场调制产生信号电压,其用于控制调
制器级M,调制器级控?#39057;?#27969;源11,使得编码器的增加模式被?#25104;?#20026;外?#26377;?#21495;电流IS1。图
2b)示出了具有附加功能的已知车轮速度传感器的构造。与上面的图2a)的实施例形成对比
的是,这里,信号调节级被一分为二地分到路径WS和ZI中。级WS用于调节来自编码器信号的
车轮旋转速度信息,ZI用于?#33267;?#22320;调节来自传感器/编码器接口的附?#26377;?#24687;项。这样的附加
信息项举例而言为旋转方向和气隙尺寸。在信号级SL中,WS和ZI调节得到的信号受到处理
和合并,以形成用于调制器级M的控制信号,其控?#39057;?#27969;源11,使得包含在控制信号中的车
轮旋转速度以及附加功能的协议被?#25104;?#20026;外?#26377;?#21495;电流IS2。为了传送数据,已经知道使用
三层协议或PWM协议(脉宽调制)。

图3对于附图所示实例规定了与编码器轨道13有关且相对于传感器模块12的笛卡
儿组坐标系?#22330;?#22270;3a)示出了已知类型的磁阻传感器模块12,在其相对于交替永久磁化轨道
13的几何定向上,其根据按照图2a)的示例构建。编码器轨道13的区域位于XY平面,编码器
且因此编码器轨道13相对于传感器元件在Y方向移动。传感器元件的部件14包含桥式电路
16,该电路包含四个磁阻坡莫合金Barber电极电阻器17,如图3b)所示。类似于编码器的平
面,电阻性层的平面,被定向为平行于XY平面。

图4以举例的形式阐明和示出?#31169;?#26367;磁化的编码器的磁场线的取决于位置的分
布。后者在这种情况下可被看作旋转对称实施例,其曲率被忽略,或作为直的杆?#35789;?#26045;例。
在这种情况下,图4a)示出了XYZ坐标系统中的编码器的建立。该编码器轨道平行于XY平面,
因此其表面平行于XY平面,且在Y方向具有交替南北极的均匀序列。编码器轨道所产生的磁
场的场线在编码器的中间区域(X=0周围)穿过,基本上仅在YZ平面中。也就是说,所述场线
仅具有Y方向和Z方向的?#33267;俊?#22312;磁场线与编码器中心线之间在Y方向具有增大距离的情况
下,其出射角附加地在X方向上倾?#20445;?#20063;就是说具有所有三个方向上的?#33267;俊?#24418;成对照的是,
侧向从编码器轨道出现的场线仅具有X、Y方向的?#33267;浚?#20063;就是说,所述场线在XY平面穿过和
旋转。图4b)示出了具有前视图和平面图中其磁场分布基本曲线的编码器轨道。带有点符号
的圆表示出射场线,带有交叉符号的圆表示进入的场线。前视图示出了场线与没有X?#33267;?#30340;
场线H00、具有小的X?#33267;?#30340;场线H10和H20以及具有大的X?#33267;?#30340;场线H30在交界处(-x)-(x)
的方向图。

图5a)举例示出了根据图4的编码器轨道,其在两个不同的磁编码器场区域的相对
于XY平面的平行定向上与根据图3b的两个同样实现的磁阻传感器形区域结构18、19或两个
传感器元件的区域结合。在这种情况下,区域结构18被布置为在其中心上基本平行于编码
器轨道,且区域结构19被布置到编码器轨道的侧面,?#31227;?#34892;于编码器轨道表面。在编码器轨
道和传感器元件18、19在Y方向上相对移动时,传感器18仅对在YZ平面内旋转的磁向量的Y
场强度?#33267;?#36827;行反应,而传感器19对在XY平面内旋转的磁编码器场的Y?#33267;?#21644;X?#33267;?#22343;进行
反应。

图5b)显示出传感器元件相对于编码器轨道的多种可能的局部布置,其可被看作
装置18、19的混合形式。在空间区域22中的布置的情况下,传感器元件的平面以及旋转的磁
场向量的平面实际上彼此垂直。这种类型的布置用于例如场强测量和车轮旋转速度检测。

通常,在这种情况下,主要使用具有线性特性曲线分布的传感器,以便具有传感器
输出信号的周期基本以1∶1的比率对编码器的极距(齿/间隙或南北极)进行?#25104;?#30340;作用。已
经知道,例如,如果根据图6b),α=45°的角偏移被设置在通过磁阻带状线24的电流方向J与
所述带状线的纵轴(易磁化轴,由内部磁化优选方向预先限定)之间,且所述纵轴同时定向
在X座标轴的方向上。图6a)中的公式描述了外部磁调制与各向异性磁阻电阻器的相对电阻
变化之间的关系。磁调制用于表示y方向外部磁场强度对各向异性磁强度的比率。

在下文中,参考标号表示:

dR/dRmax?#28293;/ΔRmax=磁阻带状线的相对电阻变化

Hx,Hy=X、Y方向的磁场?#33267;?br />

H0=各向异性场强

Hy/H0=磁调制

Y/λ=沿着Y轴相对于编码器的磁波长λ(N/S极对)的空间偏移α=相对于带状线易
磁化轴(优选为由形状各向异性的方向限定)的电流角度

θ=带状线内部磁化与电流之间的角度

图7b)示出了根据图6a)的公式得到的对于角度α=45°且没有稳定化场(Hx=0kA/
m)的传感器型特性曲线,其将磁调制(Hy/H0)的空间频率(意味着在编码器移动过程中关于
由传感器检测的极对的周期电阻变化以及在这一点上在内部磁化中的角变化)转换为频率
相同电阻变化dR/dRmax。这种特性曲线显示出传感器元件的在特定限制内的线性特性。这
种特性常常用于检测车轮旋转速度传感器中的编码器旋转。发自角度α=45°的这样的线性
曲线常常由Barber电极结构实现。在这种情况下,流经坡莫合金——其表现出相对较大的
电阻——的电流交替地流过具有高电导率的金属带,所述金属带以45°的角度倾斜地装配
在带状线上。于是,电流经由最小电阻的路径流过,也就是说,经由坡莫合金的类似的倾斜
带的最短可能路径,由此,获得至多45°的电流流动优选方向,与通过金属带的电流路径形
成对比。

对于根据图5a)在位置19上具有角度α=45°的这样的传感器元件(其有效平面位
于旋转场强向量平面(XY平面)内),产生电阻变化曲线,其可为根据图8a)以简化的方式介
绍的,编码器场的空间频率用双倍频率传送,如图8b)所示。关于传感器元件输出信号的具
有所介绍的频率双倍特性的这种传感器元件的定位比得上用于角度测量的装置。

如果传感器元件根据图5b)在空间区域23?#24615;?#34892;,因此,可能发生:编码器场的空
间频率的预期线性传送受到具有双倍频率的信号?#33267;?#30340;叠加的干扰。旋转磁场向量的过大
的Hx?#33267;浚?#29305;别是从装置外部作为干扰作用的Hx?#33267;?#21487;同时补偿如图3a)所示附加永磁体
15的Hx支撑场强,其通常用于稳定根据图7b的特性曲线,达到所述特性曲线的周期性突然
和/或连续镜像发生的程度,其类?#39057;?#20135;生不希望的干扰,特别是传感器元件输出信号关于
被检测的编码器移动的加倍。这种运行或传感器元件输出信号的这种特性也被称为“翻
转?#34180;?#25152;提到的不同干扰的合并和叠加,特别是被称为“翻转”的那些也可能发生。由于所介
绍的一种原因或所述原因的组合导致的这种的频率加倍的发生在例如以?#29575;?#20505;出现:编码
器具有仅仅一个窄的磁读取轨道,具有强磁化,传感器模块定位为离读取轨道中?#21335;?#23545;较
远,传感器模块定位为离编码器表面非常接近。

技术上,所有的无意频率加倍运行——特别是对于车轮旋转速度检测——被看作
干扰的和不希望的。

图9示出了固有安全车轮旋转速度检测的示例性布置,其包含编码器25和固有安
全传感器26,该传感器经由二线导线电气连接到ECU27。传感器26包含两个磁阻性、特别是
各向异性磁阻传感器元件S1与S2,其被磁耦合到编码器25。车轮旋转速度信号由传感器元
件S1、S2的输出信号通过相关联的信号调节级28、29受到调节。传感器元件S1、S2和信号调
节级28、29分别为两个?#33267;?#30340;信号路径的一部分。在这种情况下存在包含传感器元件S1和
信号调节级28的主要测量信号路径和包含传感器元件S2和信号调节级29的观测信号路径。
对于根据图2b的类型的车轮旋转速度传感器的示例性情况,如这里作为一般实例所说明
的,由传感器元件S1,得到附?#26377;?#24687;项ZI1,其在其功能性?#38553;?#24212;于图2b?#24615;赯I下所介绍的。
关于其匹配信号将调节级28和29的信号频率在比较器中进行比较,这里例如为在频率比较
器级30中。作为结果协议,比较器级30产生关于信号频率的匹配和不匹配的状态位。例如,
规定附加诊断信息由信号比较得出并被传输。比较器级的信号被馈送到信号逻辑31。信号
逻辑31被特别实现为电路,其产生包含频率比较器30的信息的信号协议以及特别附加的附
?#26377;?#24687;项。借助调制器M和电流源11,于是将信号协议?#25104;?#20026;信号电流模式并传送到ECU27。

图10示出?#35828;?#21069;的传统信号协议以及向ECU传送关于频率干扰的诊断信息的可能
性。

图10a)示出了二层协议,其已被建设为单向车轮旋转速度检测的标准。这里,作为
实例,由恒定静?#20849;?#21521;ECU揭示干扰的频率加倍的状态。

图10b)示出了三层协议,其被自动化工业类?#39057;?#24212;用。尽管旋转速度信息借助层
Jh识别,多种附?#26377;?#24687;项——例如旋转方向,气隙尺寸——在层范围Im和Jl中以位的串序
列被编码。存在使用所述位中的一个对加倍诊断进行编码的有利可能。结合已经存在的气
隙诊?#24076;?#21487;以管理明显改进的设备安全性。

图10c)示出了PWM协议,其被自动化工业类?#39057;?#20351;用。这里,可借助特定的脉宽比
率向ECU揭示双倍状态。

参照图9,S1的信号路径(主要测量信号路径)由1∶1的编码器频率?#25104;?#24418;成,S2的
信号路径(观测信号路径)由2∶1的编码器频率(也就是说,频率加倍)?#25104;?#26500;成。

在根据本发明的装置的典型实施例中,级28、29、30、31、M、11被构成为集成电子电
路,且使用各向异性磁阻效应的传感器元件S1、S2被构成为由坡莫合金构成的带状线组合,
一并集成的永磁体的支撑场被施加到其中的某些或全部上。传感器元件S1和S2可被制造
为:它们在一个芯片平面上一并集成。给定传感器型的带状线的适合布置,传感器元件S1相
对于编码器5、25的不?#24066;?#30340;位置偏移可从传感器元件S2的内部部?#20013;?#21495;诊断识别出?#30784;?#20248;
选为,例如使用根据图10b)的协议,这种附?#26377;?#24687;类?#39057;?#34987;传送到ECU。

具有根据图7b)的线性特性曲线的带状线的半桥或全桥组合被优选为用于传感器
元件S1(也就是说,主要测量信号路径的传感器元件)的传感器结构的示例性实现。根据按
照图3a)的通用基准坐标系?#24120;?#22312;这种情况下,根据图11b),没有Barber电极的带状线34(其
被定向为相对于编码器5、25的移动方向处于45°)以及作为替代的具有Barber电极的被定
向为相对于编码器5、25的移动方向平行的带状线35在其功能方面是等价的。同样适用于所
述带状线关于X轴的镜像。带状线关于坐标系统原点经过90°的旋转,编码器5、25沿着Y轴的
移动方向,也不改变特别是带状线的功能性。具有按照图7a)的二次特性曲线(其对于α=
90°和Hx=0kA/m上升(没有稳定场))的带状线的半桥或全桥组合被优选用于传感器元件S2
(也就是说,观测信号路径的传感器元件)的传感器结构的示例性实现。图7a)示出了磁调制
(Hy/H0)的空间频率被转换为具有双倍频率的电阻变化dR/dRmax。这?#20013;?#21495;分布不能被翻
转或关于图8?#33268;?#30340;影响干扰,因此,优选为满足对于观测信号路径的要求。根据按照图3a)
的通用基准坐标系?#24120;?#22312;这种情况下,根据图11a),没有Barber电极的相对于编码器5、25的
移动方向以90°定向的带状线32以及具有Barber电极的相对于编码器5、25的移动方向以
45°定向的带状线33在其功能性方面是等价的。同样适用于关于X轴?#28304;?#29366;线进行镜像。带
状线关于坐标系统原点的经过90°的旋转,编码器5、25沿着Y轴的移动方向,也不特别改变
带状线的功能性。

图12示出了实现传感器元件S1、S2的传感器结构的桥式组合的三个示例性实施
例。各自的八个磁阻电阻器被程式化为单个的带(带状线),以便同时识别相对于图12d)的
坐标系统的所需要的带定向。带状线的阴影表示具有Barber电极的实施例,没有阴影的带
状线识别出没有Barber电极的实施例。桥的电压或电流供给在每种情况下经由端子VB、GND
实现。包含传感器元件S1的主要测量信号路径的信号在每种情况下在端子V1、V2上分接出。
具有双倍频率的包含传感器元件S2的观测信号路径的信号在每种情况下在端子V3、V4上分
接出。图12a)示出了只使用Barber电极的带的构造。图12b)示出了只使用没有Barber电极
的带状线的构造。图12c)示出了具有和不具有Barber电极的带状线的混合构造。每?#32440;?#26500;
由具有X轴方向极化的永磁支撑磁体(此处未示出)支撑。支撑磁体的磁场强度被选择为:仅
不明显地影响关于图7a)、b)阐释的传感器型特性。这些桥结构以平面平行的方式相对于具
有相对于通用XYZ基准系统的正交定向的编码器轨道运行。在图12中,举例而言,观测路径
的两个相应的半桥的幅值可在端子V3、V4上分接出。

进一步的实施建议基于MR角度或位移传感器的改进应用。一般地,在不施加支撑
磁体的情况下,出于角度/长度测量目的,所述传感器的平面被定向为相对于长度标度的平
面垂?#20445;?#23454;现为磁编码器,进入YZ平面(即相对于图5的18旋转经过90°),?#39029;?#21521;量的旋转根
据图8被评估。举例而言,建议用在相对于编码器轨道平行定向的在X方向极化的支撑磁体
运行这样的元件,并为S1使用sin桥,为S2使用cos桥,在这种情况下,带定向必须满足所介
绍的坐标定向。

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本文标题:增大的固有安全性的车轮旋转速度检测装置.pdf
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