[發明專利]用于測量移動部件的絕對位置的傳感器

在審

• 申請號: 201680043025.7
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN107923769A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: R·穆勒;M·勒尼
• 申請（專利權）人: 伊萊克特里克菲兒汽車公司
• 主分類號: G01D5/245
• 分類號: G01D5/245;G01D5/14
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 張浴月,金鵬

技術領域

本發明涉及用于確定在圓形、線性或曲線路徑上移動的移動體的絕對位置的測量傳感器技術領域。

本發明的主題具有出許多應用，特別是在汽車領域，例如用于精確地測量凸輪軸或曲軸的角位置或自動變速箱的換擋桿的直線位置。

背景技術

目前的技術水平已經提出了各種技術方案來確定移動體的絕對位置。

例如，專利申請WO01142753描述了一種具有一系列檢測器探針的測量傳感器，用于檢測來自牢固安裝在待測位置的移動體1上的兩個目標的物理量。典型地，如圖1所示，待測量的物理量是由兩個磁性目標2和3提供的磁場，其中一個磁性目標呈現出與其他軌道的多個磁極不同的多個磁極。每個目標2、3被制造成使得由檢測器探針測量的磁場沿著行進路徑正弦地變化，其中周期性在兩個目標之間不同。兩個測量探針4a、4b和5a、5b布置為分別面向目標2、3中的每一個，沿行進路徑相互偏移，以便為每個目標生成兩個正弦信號S4a、S4b和S5a、S5b，這兩個信號相互相移四分之一的周期。這樣的正弦信號經過三角函數處理，用于在一個周期內確定移動體的每個目標的相對位置P1、P2。針對每個目標所獲得的移動體的相對位置P1、P2之間的差異使得可以確定移動體的絕對位置P。該測量方法被稱為“游標(vernier)”方法或“修正游標”方法。

在專利申請WO2014/131434中也描述了這種測量方法。

在該專利申請中描述的測量傳感器需要使用兩個目標和兩個檢測器，每個檢測器具有兩個測量探針，這兩個測量探針間隔等于波長除以四的值。只要兩個軌道的波長不同，這種傳感器就需要一個特定于每個目標的檢測器。此外，兩個目標之間的距離必須足夠大，以限制串擾。除了成本問題之外，這種測量傳感器還會帶來尺寸問題，在可用于安裝測量傳感器的空間非常小的應用中，可以發現這種尺寸問題是不允許的。

專利申請EP2385353描述了一種測量傳感器，該測量傳感器具有由磁極構成的磁道，磁極的寬度被調制，以獲得一種信號，這種信號包括與磁極對的周期對應的高頻分量和與目標的每機械旋轉的一個周期相對應的低頻分量。這種磁信號由兩個彼此靠近布置的測量探針檢測。計算這些探針傳遞的信號的和與差，以確定移動體的位置。

應該觀察到，在氣隙小的情況下，由這種磁道產生的磁信號包含大量的諧波失真(在磁極對的周期的倍數處)，其結果是降低了測量精度。氣隙大時，諧波失真較小，但是磁信號的幅度較弱，也會導致測量精度下降。此外，差分信號仍然包含調制信號的不可忽略的部分，這也降低了測量精度。最后，使用這兩個測量探針的信號不可能在移動體停止時明確地確定絕對位置。為了解決這個問題，該文件建議增加一個相對于另外兩個而定位在90°的第三個測量探針。除了成本問題之外，該解決方案會引起尺寸問題。

從專利申請US2008/024122中也已知一種測量傳感器，用于確定沿確定路徑移動的移動體的位置。該傳感器具有至少四個檢測器探針，用于檢測來自牢固安裝在移動體上的目標的物理量。目標發射偽正弦信號，該信號根據目標的位置而變化。這樣的傳感器具有用于線性組合由探針傳送的信號的裝置，以形成正交且幅度相同的兩個偽正弦信號。這樣的傳感器不能高精度地測量移動體的絕對位置

發明內容

本發明的主題旨在通過提出一種傳感器來克服現有方案的缺陷，該傳感器使得能夠高精度地測量移動體的絕對位置，并且適于在有限的體積中被安裝的同時保持低的成本。

為了實現這一目的，本發明的測量傳感器旨在測量沿著預定路徑移動的移動體的位置，該傳感器包括一系列至少四個檢測器探針，用于檢測來自牢固安裝在該移動體上的目標的物理量，該目標包括包括至少一個軌道，用于產生可以被檢測器探針測量的物理量，該物理量根據一連續函數沿著該目標的路徑變化，該函數包括第一諧波和第二諧波，探針連接到處理器單元，該處理器單元用于處理探針輸出的信號，該處理器單元包括重構系統，該重構系統用于對檢測器探針傳送的信號執行線性組合，并用于從這些信號的組合中首先至少獲得僅包括第一諧波的兩個正交信號以及其次至少獲得僅包括第二諧波的兩個正交信號，該單元還包括計算系統，用于處理正交信號以確定移動體的位置。

此外，本發明的傳感器還呈現出以下附加特征的至少一個和/或另一個的組合：

-用于確定移動體的位置的計算系統計算包括第一諧波的兩個正交信號的Atan2以及包括第二諧波的兩個正交信號的Atan2，該計算系統給出移動體的兩個相對位置；

-計算系統計算移動體模2π的兩個相對位置之間的差，以獲得移動體的絕對位置；