專利名稱：用于確定相位信號的質量量度的方法和電路裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及按照獨立權利要求的前序部分的、尤其是在檢測軸的運動或轉角或轉矩時用于確定相位信號的質量量度的方法和電路裝置。
背景技術：
例如為了檢測在轉向輪轉動期間作用于汽車轉向輪軸的轉矩，必須測量在轉向輪的兩個轉動方向上的很小的角度變化。在此情況下，可以應用增量角度傳感器，這些增量角度傳感器基于對以光學、磁性方式或此外如通過轉動那樣所生成的并且利用合適的裝置所探測到的信號的分析給角度分配相位測量值。為了放大單值范圍，可以查看至少一個其它的具有另一相位斜率的測量通道。即在這里出現多個相位測量值。可以根據這些相位測量值確定要測量的變量、諸如轉角、角度差或到目標的距離。
為了分析這種相位測量值，在多于兩個相位信號的情況下，例如建議在DE 101 42 449 A1中所說明的方法。在那里，由數量為N的多值的、受干擾的相位信號生成高度精確的、穩健的并且明確的相位測量值或角度測量值。為此，此外還借助線性變換方法通過計算改變所測量的相位值，并且利用預先給定的加權來進行分析。
該方法例如在光學角度傳感器中得到應用，在該光學角度傳感器中在圓柱體上設置(aufbringen)有N個平行的跡線(Spuren)。相位信息的ni個周期位于N個跡線(i＝1...N)中的每一個上，該相位信息例如在光學情況下通過ni個周期的明暗過渡來代表。在這里也可以實現諸如磁性或容性的其它傳感器原理。例如在位移傳感器的情況下，也可以將傳感器的跡線設置在平面上來代替設置在圓柱體上。
此外從DE 195 06 938 A1中公開了，可以通過單次或甚至于多次應用傳統的或修改了的游標法來分析相位信號。
此外，為了確定角度差，從DE 101 42 448 A1中同樣公開了，加權地累加相位測量值，并且然后由此確定整數和非整數分量。非整數分量與軸上的增量值傳感器的兩個跡線組之間的角度差成正比，使得可以通過與連接在跡線組之間的扭棒的彈簧比率相乘來確定軸的轉矩。
除此之外，就本身來看，從DE 100 34 733 A1中公開了，在初始化階段中，將預先給定的偏移值加到相位測量值加上，并且由此又進行偏移值的匹配。就本身來看，還從DE 199 15 968 A1中公開了一種用于兩個正交傳感器信號的偏移補償的迭代近似法。
按照前序部分所述的方法例如可以與如在前面提及的DE 101 42448 A1中所說明的相應傳感器裝置一起作為所謂的扭矩角度傳感器(TAS)被用在汽車的轉向軸上，在該扭矩角度傳感器(TAS)中應同時輸出轉向角和轉向力矩。
發明內容
利用開始時提及的按照前序部分所述的、用于檢測例如旋轉機械部件的轉角和/或轉矩的方法，可以通過借助分別所分配的傳感器來掃描旋轉部件上的至少一個相位傳感器來分析相位測量值。根據本發明有利地通過以下方式來執行相位信號的質量量度的確定，即在利用預先給定的矩陣對相位測量值進行變換之后，生成矢量并且生成關于該矢量的量化運算的結果，以及然后由該矢量和量化運算的結果之差在利用另一個矩陣進行變換之后生成另一個矢量。然后由該另一個矢量的分量形成數值上的最小值，并且從中推導出質量量度。
特別有利地，可以按以下關系式來確定質量量度R·emax＝minj＝1 nx|Dj±xj·Cj|其中變量Cj和Dj是可以從相位信號中推導出的系數。在此，也可以簡單地將施加系數Cj和Dj和利用另一個矩陣對矢量進行變換組合在一個方法步驟中。
本發明方法可以有利地利用一種電路裝置來實現，該電路裝置由電子電路形成，并且具有用于處理相位信號的線性映射模塊和量化模塊。利用另一個線性映射模塊，可以由第一線性映射模塊的輸出端上的矢量和量化模塊的輸出端上的量化運算的結果之差生成另一個矢量，該另一個矢量可在其它的模塊中被施加系數。
因此，利用本發明方法和電路裝置可以有利地確定用于評價各個相位測量值之間的關系的可標定的質量量度。然后可以借助該量度來識別傳感器系統的干擾和錯誤測量。因此，本發明能夠實現對整個傳感器系統的監控，因為迄今不能對整個系統進行這種評價。例如傳感器頭由于所謂的傾斜角而相對于傳感器跡線的歪斜引起質量量度的顯著下降。此外，利用本發明，以電子電路中的軟件和/或硬件的微小的花費實現了用于確定質量量度的方法和電路裝置，因為對于質量量度的計算來說首先不需要絕對角度值的計算。
借助附圖來闡述用于執行本發明方法的電路裝置的實施例。
圖1展示了用于通過分析相位信號來檢測軸的轉角的電路裝置以及用于確定質量量度的裝置的示意性視圖，以及圖2展示了相位信號在變換和量化到二維空間中之后的示圖。
具體實施例方式
在圖1中展示了用于通過分析相位信號α來檢測軸的轉角的電路裝置的框圖，這些相位信號α例如在旋轉部件的軸上取得，該軸的轉角Φ和該軸的角度差可以利用相應的傳感器裝置來確定。原則上，從在說明書引言中作為現有技術提及的DE 101 42 448 A1中公開了這種裝置。從同樣在說明書引言中提及的DE 101 42 449 A1中公開了，在具有N個相位信號的角度傳感器的情況下對于相位信號αI來說以下等式適用α1α2α3αNmod2π[Φ·n1n2n3nN]---(1)]]>變量Φ在這里是在測量任務中所尋找的絕對角度，其中相同的關系式也適用于線性位移傳感器。在此情況下以理想的測量值為前提，即原則上不存在測量誤差。然后借助光學信號發生器的信號的四維相位分析(N＝4)來實現本發明方法的描述。于是由此可以借助其它的模塊來確定角度Φm，并且必要時確定軸的轉矩。
詳細地，在這里按照圖1存在用于利用矩陣M1將相位信號α變換為矢量T的線性映射模塊M1和用于產生量化運算V的量化模塊V。在此之后是用于利用矩陣M3進行變換的另一個線性映射模塊M3，并且在考慮到相位信號α的加權模塊W的輸出信號的情況下跟隨著同樣從現有技術中公開的利用mod 216模塊的運算，以便獲得角度Φ。
用于計算本發明質量量度R的出發點是相位值本身，或者是按照以下等式(2)的、矢量T和V之差t的確定，其中矢量T和V按照現有技術DE 101 42 449 A1在這里通常的電路裝置中原則上可供作為多維相位分析的中間值使用。
t＝T-V＝T-quant(T)(2)借助按照圖1的矩陣M4，在線性映射模塊M4中將該N-1維差t映射為矢量XX＝M4·t(3)矩陣M4由nx=(NN-2)=N!2·(N-2)!---(4)]]>行組成。然后在模塊C中將矢量X的分量xj與系數Cj相乘。此后將其它的nx個系數Dj與該結果相加或相減。于是在模塊R中，由如此獲得的2nx個值形成數值上的最小值。該最小值具有以下值R·emax＝minj＝1 nx|Dj＝xj·Cj|(5)值emax是在所有N個相位值中同時允許的誤差；emax取決于維數和周期數nj的特殊選擇。例如對于N＝4維來說，原則上可以從圖1中所示的信號流圖中獲取前面提及的變量的計算流程。其它維數N的電路裝置基本上是相同的，僅僅信號線路的所說明的數量發生變化。
在具有N＝3個相位信號的數值實例中，例如假設以下值n1＝3，n2＝4以及n3＝5。起點是按照等式(2)的值。在此情況下，矩陣M1和M4為M‾1=1-21-1-12,M‾4=-21-1221]]>并且分別具有j＝1...3的系數Cj或Dj于是具有以下值C1=17,C2=18,C3=19,D1=17,D2=18,D3=16]]>
因此，對于按照等式(1)的理想的相位信號來說，R＝1和R·emax＝45°適用。
如果例如將所有相位信號αi作為反相模式移動180°，則得出R＝0的質量量度。
利用上述方法所計算的質量量度R說明，從當前的相位測量值出發，還可以允許多少噪聲或哪些測量誤差，以便可以確保所希望的功能。在圖2中，在N＝3維的實例中，在變換到二維的t空間中之后，在作為矢量t的t空間中示出相位測量值的范圍邊界BG。這里利用范圍RB來界定正確結果的噪聲的可能的位置。
在此情況下，噪聲典型地涉及值emax。即在按照關系式(1)的理想相位值的情況下R＝1適用，并且當前的測量值因此位于矢量t的起點。如果當前的測量值恰好位于按照圖1的量化單元V的范圍邊界BG上，質量量度R則取它的最小值R＝0。
權利要求
1.用于分析相位信號以便確定線性或旋轉運動的部件的角度或位移的方法，其中，-分析多個(N)相位測量值(α)，這些相位測量值(α)通過借助分別所分配的傳感器來掃描在所述線性或旋轉運動的部件上的至少一個相位傳感器裝置而生成，并且其中-將所述相位測量值(α)借助線性變換通過計算變換到新的范圍內，其特征在于，-通過以下方式來實現質量量度(R)的確定，即在利用矩陣(M1)對所述相位測量值(α)進行變換之后生成矢量(T)，并且緊接著生成關于所述矢量(T)的量化運算(V)的結果，-由所述矢量(T)和所述量化運算(V)的結果之差(t)在利用另一個矩陣(M4)進行變換之后生成另一個矢量(X)，并且-由所述另一個矢量(X)的分量(xj)形成數值上的最小值，并且從中推導出所述質量量度(R)。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，-按照以下關系式來確定所述質量量度(R)R·emax＝minj＝1 nx|Dj±xj·Cj|，-其中變量(Cj)和(Dj)是可以從所述相位信號中推導出的系數。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，-將施加所述系數(Cj)和(Dj)和利用所述另一個矩陣(M4)對所述矢量(X)進行變換組合在一個方法步驟中。
4.用于執行按照以上權利要求之一的方法的電路裝置，其特征在于，-電子電路配備有用于利用矩陣(M1)來處理相位信號(α)的線性映射模塊(M1)和量化模塊(V)，以及-可以利用線性映射模塊(M4)由所述線性映射模塊(M1)的輸出端上的矢量(T)和所述量化模塊(V)的輸出端上的量化運算(V)的結果之差(t)生成另一個矢量(X)，該另一個矢量(X)可以在其它模塊(C，D)中被施加系數(Cj)和(Dj)。
全文摘要
建議了用于分析相位信號以便確定線性或旋轉運動的部件的角度或位移的方法和電路裝置，在該方法中分析多個(N)相位測量值(α)，這些相位測量值(α)通過借助分別所分配的傳感器來掃描在線性或旋轉運動的部件上的至少一個相位傳感器裝置而生成。通過以下方式來實現質量量度(R)的確定，即在利用矩陣(M1)對所述相位測量值(α)進行變換之后生成矢量(T)，并且緊接著生成關于該矢量(T)的量化運算(V)的結果。由該矢量(T)和量化運算(V)的結果之差(t)在利用另一個矩陣(M4)進行變換之后生成另一個矢量(X)，該另一個矢量(X)的分量(x
文檔編號G01D1/18GK1860347SQ200480028612
公開日2006年11月8日 申請日期2004年7月28日 優先權日2003年10月1日
發明者A·溫茨勒爾 申請人:羅伯特·博世有限公司
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