CN100451555C - 用于传输角度信息的方法和实施所述方法的结构布置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于通过旋转的装置传输角度信息的方法，其中测量至少一个信号序列，对各信号进行相互比较，并且一个信号与其它信号不同，为了实现总是确保精确地和直接地测量运行参数，测量两个信号序列并对其进行相互比较，通过第一序列规则地提供信号，通过第二序列不规则地提供信号，采用磁极作为信号发生元件，第一序列的信号由从N极到S极或从S极到N极的过渡部产生，第二序列的信号由从S极到N极或从N极到S极的过渡部产生。本发明还涉及一种结构布置，包括：一周向上配设有信号发生元件转动的装置，该元件在装置转动时提供两个信号序列；和至少一个检测器，检测器测量信号，以由信号分别得出不同的运行参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过旋转的装置传输角度信息的方法，其中测量至少一个信号序列，对各单个信号进行相互比较，并且至少一个信号与其它信号不同。此外，本发明还涉及一种结构布置，它包括一个旋转的装置和至少一个检测器。
背景技术
这种方法已经由现有技术公知。这种方法通常用于在机动车辆中测量转速和角度。特别是测量曲轴或凸轮轴的运行参数。为了实施所述方法采用发生器轮，所述发生器轮既可设计成齿轮，也可设计成具有磁化弹性体的多极编码器。
通常设计成多极编码器的发生器轮在其周向上交替地具有N极和S极。由所述极产生的场由相应的检测器或传感器测量、数字化并作为信号输出。通常这种多极编码器包括58个极对，其同名或者说同方向的极以6°的间隔彼此顺序排列地布置在发生器轮的周向上。这里一个极对夹一个6°的圆弧间隔。在周向的一个位置处，通过省去两个极对而形成一个缺口，以限定一个基准点。这种基准点通常对应于气缸的上止点。
但这种有意设置的缺口会导致问题。在缺口中缺失的用于确定时间的信号必须在测量转速和角度信息时由前面的信号数据中计算出来。为此需要这样的发动机控制装置，所述发动机控制装置通过复杂的软件利用近似方法获得缺失的信号。但这种处理方式不够精确并且存在误差，所述误差在加速和制动中由于动态的过程还会加大。
发明内容
因此本发明的目的是，这样设计并改进开头所述类型的方法，从而确保精确地和直接地测量运行参数。
根据本发明，前面所述目的可通过一种通过一旋转的装置传输角度信息的方法来实现，在该方法中，测量至少一个信号序列，对各信号进行相互比较，并且至少一个信号与其它信号不同，其中，测量两个信号序列并对其进行相互比较，其中通过第一序列规则地提供信号，而通过第二序列不规则地提供信号，其中，采用磁极作为信号发生元件，其中，第一序列的信号由从N极到S极或从S极到N极的过渡部来产生，而第二序列的信号由从S极到N极或从N极到S极的过渡部来产生。
根据本发明首先可以看出，第一序列可提供均匀的基准信号，通过所述基准信号可测得第一运行参数。然后在第二个步骤中可以看出，提供不规则信号的第二序列可以与第一运行参数不相关联地表示另外的运行参数。因此确保可以相互独立地测量并传送不同的运行状态。因此通过按本发明的方法设计方案可以避免必须由一个数据组得出不同的运行参数。由此可以确保始终可以精确和直接地测量运行参数。
因此利用根据本发明的方法就实现了开头所述的目的。
所述第一序列可以分别按照恒定的间隔提供相同的绝对信号。这种具体的设计方案允许无问题地测量例如曲轴或凸轮轴的绝对位置，即通过之对信号进行数字测量和计数来实现。这样就可以由已知的间隔和计数时间得到角度和速度。因此不再需要复杂的并且只是有条件地精确的从信号中获得绝对位置的软件。
通过第二序列可以按最好是恒定的间隔提供相同的信号，其中所述间隔包括至少一个不规则的间隔。这里可以特别具体地设想，在一个恒定的间隔的序列之后出现一个在其长度上与所述恒定的间隔不同的间隔。这种具体的实施方式使得可以将所述不规则间隔配设给装置特征性的运行状态或工作点。通过选择所述间隔的长度，可以将分辨率调整到几乎任意的精细程度，只要测量检测器的分辨率允许这样(精细)的分辨率。
所述第二序列可以包括至少两个不规则的、彼此不同的并且相互彼此直接前后相继的间隔，所述间隔跟随恒定的间隔并在恒定的间隔前面。当应该通过明显的并且可以特别可靠地测量的不规则性来确保对特征点的测量时，这种具体的实施形式是有利的。设置两个不同的彼此相继的于恒定间隔不同的间隔可以有效地防止检测器未识别到所述两个间隔。
通过所述第二序列，可以按至少一个间隔提供在信号幅值和信号强度上不规则的信号。这里可以设想，(所述信号的)信号强度或信号高度与本序列的其它信号不同。因此可通过不同的信号强度来传输信息。这样的测量允许采用从一定的阈值起才会感知信号的传感器装置或检测器装置。
所述不规则的间隔可以在其长度上与第一序列的恒定间隔或第二序列的规则间隔不同。应该以这样的特征选择所述差别，以使所述不规则的间隔可以可靠地由所采用的检测器识别到。如果采用分辨率特别高的传感器或检测器，不规则的间隔可以在其长度上只是非常小地与规则的间隔不同。
可以采用磁极作为信号发生元件。也可设想采用机械结构，如齿。设置磁极确保可以毫无问题地通过市场上可获得的检测器进行测量。此外采用磁极还确保总是一个N极和一个S极彼此前后相继。因此可以无问题地实现按照0-1-的信号队列的二进制信号的序列。
可以通过磁极的长度调整不规则间隔的长度。例如可以设想，具有较大尺寸的N极或S极由于其长度会对与其同向的具有均匀尺寸的极的场产生这样的干扰，从而会出现场不对称性。这种不对称性可以作为用于(表示)两个彼此前后相继的间隔的长度关系的尺度，并且可以由检测器测量。因此只通过对几何上确定的区域进行磁化就可以实现间隔的调整/设定。
第一序列的信号可以通过改变磁场的方向和强度来产生。特别具体地，可以通过从N极到S极或从S极到N极的各过渡部来产生信号。由此确保，在极对的几何长度恒定时，可以以恒定的间隔产生第一序列的信号。这里第二序列的信号可以通过从S极到N极或从N极到S极的过渡部提供。通过极的长度可以无问题地调整对间隔长度的匹配，第二序列的信号按照所述间隔产生。
信号可以通过至少一个霍尔传感器测量。霍尔传感器可很容易地从市场上获得，并且是一种成熟的并且工作可靠的检测器。由此背景出发，也可以采用差值霍尔传感器(Differenzen-Hall-Sensor)、MR(磁阻)传感器、GMR(巨磁阻)传感器、感应式传感器或其它合适的传感器。
磁性的元件可以设置在一转动的装置的周向上。这里可以设想，极对可以以恒定的角度间隔在周向上布置。例如可以设想，以6°的间隔彼此前后顺序地布置60个极对。为了实现较高的分辨率，也可以设想，以较小的角度间隔在周向上彼此前后顺序地布置较高数量的极对。出于这种背景，所述极可以设置在一个发生器轮上，所述发生器轮控制或测量曲轴或其它转动的机械元件的位置或运行参数。这里发生器轮可以设置在转动的机械元件上。
这里所述装置可以用作编码器盘或发生器盘。这种应用是有利的，因为在角度间隔已知的情况下，只需在一定时间段上对从相邻极对的N极到S极或从S极到N极的过渡部的信号进行计数，以由此获得角度和转数。第一序列的信号可以用来确定角度位置，而第二序列的信号用来使转动的元件同步。这里可以设想，所述转动的元件可以设计成机动车辆的曲轴或凸轮轴。这种具体的实施形式允许无问题地一方面测量或控制曲轴或凸轮轴的角度位置，另一方面与角度位置无关地测量或控制例如气缸的上止点的位置。如果采用特别大数量的信号发生元件，则可以以非常高的分辨率实现上止点的测量，因为所述信号发生元件的角度间隔可选择得非常小。出于这种背景，所述第二序列的信号可以用来测量转动元件的转角。
(本发明的)方法可以采用发出电信号或电脉冲的信号发生元件。此外可以设想采用光学信号或声音信号。完全取决于所选择的检测器和所希望的检测器响应时间(Ansprechzeit)，可采用电的、光学的或声音的信号。例如可以设想，如果应该实现特别短的响应时间，则采用光学信号。如果转动的部件处于一个由于气体或流体变得混浊并因此无法进行光学检测的空间中，则可采用声音信号，特别是超声波信号。
信号可以机械地产生。这里可以设想，采用一个具有不规则齿部的齿轮。这种实施形式的特征在于，特别稳固并且抗干扰性较强。
此外开头所述的目的可以通过具有用于实施本发明的方法的结构布置来实现，该结构布置包括：一个周向上配设有信号发生元件的转动装置，其中所述元件在所述装置转动时提供两个信号序列；以及至少一个检测器，所述检测器测量信号，以由所述信号分别得出不同的运行参数。为了避免对创造性和其它实施形式的重复说明，这里可参考所述方法的实施形式。
现在存在各种可能性来有利地实施和改进本发明的教导，其中包括本发明各相关特征的各种合理的组合。为此可参考下面借助附图对本发明的优选实施例的说明。结合参考附图对本发明的优选实施例的说明，也可以一般性地说明所述教导优选的实施形式和改进方案。
附图说明
在附图中，
图1示出第一信号和第二信号的序列，其中在两个较短的间隔之间夹一个较长的间隔，
图2示出第二信号的序列，其中在两个较长的间隔之间夹一个较短的间隔，
图3示出根据图2的信号序列的顺序排列形式(Reihenschaltung)，以及
图4示出用于在转动元件上进行象限确定(Quadrantenbestimmung)的两个信号的序列。
具体实施方式
图1示出两个信号序列的示意图。这里第一序列的信号用1表示，而第二序列的信号用2表示。信号1设计成下降沿，而信号2设计成上升沿。图1示出从一个第一信号到另一个第一信号，即从下降沿到下降沿的角度间隔总是恒定的。所述恒定的间隔(C)为6°。在第二序列的规则区域内两个信号2之间的间隔也是6°。
在第二序列的不规则区域内两个信号2之间的间隔发生变化，此时两个信号1之间的间隔保持不变。
通过信号2的序列中的不规则性可以传输与利用第一序列传输的信息无关的信息。
图1具体示出一个序列，其中一个与规则的间隔相比过长的间隔B夹在两个过短的间隔A之间。这里两个信号2之间的过长的间隔B是相应的较短的间隔A中的一个的两倍长。
图2示出一个序列，其中一个与规则的间隔相比过短的间隔B夹在两个过长的间隔A之间。
图3示出一根据图2的间隔序列，其中根据图2的间隔序列前后顺序排列。按长、短、长、长、短、长实现一个序列。这里可以设想，所述间隔序列可以直接彼此前后相继地或者由任意多个规则的间隔序列分开地布置。
图4示出周期性重复的信号2的序列。所述信号可以用于象限确定。所述信息可以通过发生器轮表示，其中信号2的各不规则序列代表转动的发生器轮上的基准点。图4特别具体地示出，一个略微过短的间隔3后面跟随一个略微过长的间隔4，而间隔4后面跟随一个短很多的间隔5，而在间隔5后面又邻接一个略微过长的间隔6。在规则的序列之后出现一个又是略微过长的间隔7，这里间隔8较短，而间隔9略微过长。类似地设计间隔10、11和12。在所述间隔后设置一恒定间隔的序列。所述序列后面跟随间隔13、14、15、16、17和18的序列。其后又重新设置一个恒定间隔的序列。该序列后面跟随间隔19、20和3的序列。在发生器轮上采用不同长度的磁极作为信号发生元件。所述相对于具有规则长度的磁极的特征性磁极的长度表示间隔3至20的长度。
在前面的图1至4中，明显加长的间隔-例如根据图1的间隔B-表示尺寸加厚的磁极。根据图4，这种间隔的特征在于间隔11、14或17。这里，间隔10、12、13、15、16和18相应地表示图1中的间隔A，所述间隔A代表长度设计得略微过小的磁极。长度很小的极由图4中很短的间隔5和8表示。这里明显较长的间隔是与它相配的略微缩短的间隔的两倍长。明显较短的间隔是与它相配的加长的间隔的一半长。相应地设计与此相对应的极的长度。
对于根据本发明的教导的其它有利的实施形式和改进方案，一方面可以参考说明书的一般性部分，另一方面可以参考后附的权利要求。
最后需要特别重点说明的是，前面完全是任意选出的实施例只是用于说明根据本发明的教导，但所述教导不限于所述实施例。
Claims (17)
1.一种用于通过一旋转的装置传输角度信息的方法，其中测量两个信号序列，对各信号进行相互比较，并且至少一个信号与其它信号不同，对所述两个信号序列进行相互比较，其中通过第一序列规则地提供信号，而通过第二序列不规则地提供信号，其特征在于，采用磁极作为信号发生元件，其中，第一序列的信号由从N极到S极或从S极到N极的过渡部来产生，而第二序列的信号相对应地由从S极到N极或从N极到S极的过渡部来产生。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一序列按照总是恒定的间隔提供相同的信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第二序列按间隔提供相同的信号，其中第二序列的所述间隔包括至少一个不规则的间隔。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二序列包括至少两个不规则的、彼此不同的并且彼此前后相继的间隔，所述不规则的间隔跟随恒定的间隔并在恒定的间隔前面。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二个序列以至少一个间隔提供不规则的信号。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过磁极的长度调整各所述间隔的长度。
7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过改变所述磁极的磁场的方向和强度来产生第一序列的信号。
8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，信号通过至少一个霍尔传感器、差值霍尔传感器、MR传感器-即磁阻传感器、GMR传感器-即巨磁阻传感器或感应式传感器来测量。
9.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，磁极设置在所述旋转的装置的周向上。
10.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述旋转的装置设计成编码器盘或发生器盘。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第一序列的信号用来确定转数或绝对位置，而第二序列的信号用来使待测量的转动的元件同步。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二序列的信号用来测量待测量的转动的元件的转角。
13.如上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在机动车辆中采用发生器轮作为信号发生器，并采用具有连接在后面处理装置的检测器作为信号接受器。
14.用于实施如权利要求1至13中任一项所述的方法的结构布置，包括：一个周向上配设有信号发生元件的旋转的装置，其中所述信号发生元件在所述装置转动时提供两个信号序列；以及至少一个检测器，所述检测器测量信号，以由所述信号分别得出不同的运行参数。
15.按权利要求14所述的结构布置，其特征在于，所述装置设计成发生器轮，所述发生器轮周向上具有磁极对，其中单个磁极在其长度上与其余的极不同。
16.按权利要求14所述的结构布置，其特征在于，在周向上布置60个磁极对。
17.按权利要求14所述的结构布置，其特征在于，在发生器轮的多个象限中设置具有不规则长度的磁极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090114 Termination date: 20210929 |