[發明專利]旋轉傳感器裝置和用于確定該裝置的故障狀態的方法

有效

• 申請號: 201780062145.6
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN109906357B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 庫爾特·里德米勒;西蒙妮·薩巴泰利
• 申請（專利權）人: AMS有限公司
• 主分類號: G01D5/244
• 分類號: G01D5/244
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

一種旋轉傳感器裝置被配置為與可旋轉磁源一起使用，并且包括第一和第二對磁場傳感器，每對磁場傳感器關于旋轉軸對稱布置，并且提供相應的傳感器值。評估單元確定與第一對傳感器值之和對應的第一和值，以及與第二對傳感器值之和對應的第二和值。評估單元還確定與第一和第二和值之差對應的差值(F)，并將差值(F)或從其導出的值與閾值進行比較。基于比較結果，確定傳感器裝置的故障狀態是否存在。

本發明涉及一種旋轉傳感器裝置，特別是與可旋轉的磁源一起使用的旋轉傳感器裝置。本發明還涉及一種確定該裝置的故障狀態的方法。

旋轉傳感器裝置廣泛用于角位置測量。為了進行此類測量，此類裝置通常包括幾個對稱布置的磁場傳感器，其中至少第一和第二對傳感器元件分別關于磁源的旋轉軸對稱布置。根據由磁源產生的磁場矢量在磁場傳感器各軸上的幾何投影，生成相應的傳感器值并使用該傳感器值來確定磁場的角度，即測量的量。為此，在常規應用中，使用每對傳感器值的差值來進一步評估，從而消除或減少外部均勻磁場的影響。

各傳感器裝置通常還包括信號放大器，有時還包括模數轉換器，以及用于評估數字信號以確定旋轉角度的處理核心。

如果一個或更多個相關元件，例如磁場傳感器、放大電路或信號評估出現故障，則旋轉角度的確定會是錯誤的。此外，如果磁場傳感器不能正常工作或不能按預期工作，但仍能導出傳感器信號，則在傳統系統中可能無法檢測到該錯誤。這種情況可能很關鍵，尤其是對于汽車或安全相關應用而言。

因此要實現的目標是提供故障檢測構思，該構思允許以提高可靠性確定旋轉傳感器裝置的故障狀態。

這一目標是借助獨立權利要求的主題來實現的。故障檢測構思的實施例和發展方案是從屬權利要求的主題。

故障檢測構思基于這一理念，即通過使用具有第一和第二對磁場傳感器的旋轉傳感器裝置，由磁場傳感器提供的傳感器值不僅能夠用于確定角度，還能夠用于確定潛在的故障狀態，其中每對傳感器關于公共旋轉軸對稱布置。這種故障狀態的確定是基于對各傳感器值進行與角度測量不同的信號評估。特別地，對每對傳感器值進行求和，以確定第一和第二和值。由于對稱布置，假設由磁源產生的磁場占主導地位且外部磁場很小，將一對傳感器值相加得到零。此外，假設外部磁場大致是均勻的，任意兩對的和之差變為零，因為外部磁場的影響相互抵消。如果裝置中存在兩對以上的傳感器，也是如此。因此，在正常運行期間，兩對和值之差能夠評估為在一定限度內，但如果一個或更多個磁場傳感器或相關放大電路出現故障，則該差值值超出所述限度。

如果裝置中存在兩對以上的傳感器，也是如此。因此，利用將各對的和值進行相互比較的相同原理，能夠將故障檢測構思擴展用于具有三對、四對或更多對磁場傳感器的裝置。對于所有配置，能夠至少部分地與常規角度確定并行地執行故障檢測。

還可以在用于角度確定的處理核心內或之后執行評估，該處理核心可以是包含有效三角運算的數字核心，如CORDIC處理器。通過對和值或和值之差執行這種核心的運算，能夠另外或者作為替代方案來檢查核心的功能性。

故障檢測構思允許例如在旋轉傳感器裝置中(例如數字旋轉編碼器中)檢測損壞或退化的霍爾元件或連接的信號處理電路，如霍爾電流源、前端放大器和斬波復用器。也可以檢測非對稱位置的兩個損壞的霍爾元件或任何位置的三個損壞的霍爾元件。也可以將故障檢測構思擴展以對處理部分內部(也稱為磁核心)的與CORDIC計算相關的數字部分進行一些故障檢測。

根據故障檢測構思的一個示例實施方式，將旋轉傳感器裝置配置為與可旋轉的磁源一起使用。所述傳感器裝置包括關于旋轉軸對稱布置的第一對磁場傳感器，其中所述第一對磁場傳感器配置為提供第一和第二傳感器值。例如，所述旋轉軸與和該裝置一起使用的可旋轉磁源的旋轉軸大致重合。傳感器裝置還包括關于旋轉軸對稱布置的第二對磁場傳感器。第二對磁場傳感器被配置為提供第三和第四傳感器值。例如，傳感器值與由磁源產生的磁場對應。磁源可以是永磁體。