專利名稱：轉動速率測定裝置的制作方法
現有技術發明是一根據主要要求分類的轉動速率測定裝置。
眾所周知，轉動速率傳感器(例如根據振動回轉速度儀原理工作)的使用與汽車行駛動力學調節系統相關。這類傳感器用來計算科氏加速度效應，而科氏加速度是實際偏航速度的度量。
這種傳感器的描述例如可從US-PS 4759220中得知，在這個小冊子中詳細描述了這種傳感器的典型結構及其所屬的計算電路。這種傳感器基本上是一由彈性材料制成的薄壁空心圓筒。在圓筒壁上裝有多個壓電彈性傳感器元件，每兩個傳感器元件相對布置。借助于振蕩器電路，使這些傳感器元件處于恒定的機械驅動電機振蕩中。科氏效應與和耦合的轉動速度(它垂直于驅動電機振蕩)一起對科氏加速度產生作用，這樣造成科氏方向上驅動電機的振蕩偏差。這一偏差是耦合的轉動速率的量度。借助于檢波器轉換電路測定產生的輸出電壓，并考慮用輸出電壓來確定轉動速率。
US-PS 4759220中傳感器(包括所屬的計算電路)的缺點是，不能立即識別錯誤功能。如果這種傳感器用于汽車中與安全性要求很高的相關系統中，那么必須檢驗其功能。
發明的優點相對于已知的解決方法，發明的測定轉動速率裝置的優點是，能夠可靠地識別傳感器的錯誤功能。此外，另一更為突出的優點是，只需要很少的附加費用，并且由于安全傳感器監測的結果，可顯著減少用于多余傳感器的費用。
通過偏移信號與計算電路的補償電路正確的相位耦合(由此使補償電路失調)，還有這樣的優點，在傳感器即計算電路的出口顯示轉動速率與偏移量的疊加，由此可直接識別其功能能力。
借助于在其它權利要求中說明的措施獲得發明的其它優點。此外，顯著的優點還有，通過檢測已知失調處的傳感器，可用入口的檢測進行偏移補償。此外，還可在更廣泛的范圍里進行檢測，因為檢測功能通過電路布置不僅檢測了計算電子元件的錯誤功能，而且還檢測了傳感器元件的錯誤功能。所謂的BITE功能的干擾量(它相應于一確定的轉動速率)耦合的優點是，由于干擾量，傳感器出口不取決于靈敏度的補償。
附圖在附圖中描述了發明，隨后對其進行了詳細說明。
圖1詳細顯示了傳感器布置和計算電路，如從US-PS 4759220中已知的一樣，圖2是發明的計算電路的實施例，它允許自檢傳感器和計算電路的功能。
實施例描述在圖1中傳感器用10表示，傳感器10的空心圓筒11上有測量元件A，A’，B，B’，C，C’和D，D’。虛線表示由于振蕩，空心圓筒11可以承受的變形。
測量元件A，B，C，D與組塊12，13，14相連。12表示振蕩器電路(驅動電路)，它使得合適的傳感器元件處于恒定的機械驅動振蕩電路中；13表示的是一阻尼電路，14是一檢波器轉換電路，在其出口處生成測量信號，該信號在過濾器15中以適宜的方式過濾，這樣得到出口信號Uout。
用圖1中描述的傳感器布置以及轉動速率傳感器(根據振動回轉速度儀原理工作)的電子元件可以測定汽車的偏航速度，即偏航速率。此外，科氏效應與耦合的轉動速度(它垂直于驅動電機振蕩)一起對科氏加速度產生作用，這樣造成科氏方向上驅動電機的振蕩偏差。這一偏差是耦合轉動速率的量度，應進行測量。
在圖2中描述了發明的計算電路。在這一發明中，傳感器及其所屬的電子元件相互耦合。描述的布置基本上包括了四個組塊。第一組塊16是所謂的BITE組塊，振蕩器電路用符號17表示，阻尼電路用18，輸出級用19表示。
圖2中的組塊16-19還被分成了其它組塊，各組塊間的相互作用通過相應的連接線表示，可能的話，用帶箭頭的作用方向說明。BITE組塊16中包括一可調放大的放大器20，在放大器中產生BITE功能。這一功能用KBITE/VS表示。這一功能通過BITE開關21在檢測斷開時繼續在點22上給出BITE檢測作為BITE干擾量UBITE。
點22與阻尼電路18的組塊23，24相連。組塊23表示機械連接(圓筒和測量元件，例如壓電元件)，傳感器元件的傳輸功能用kz表示。
組塊24是一帶AFC相位調節和恒定放大的電動阻尼電路，電阻尼電路的傳輸功能用Ke，D表示。此外，在點22開始電零點調整，點22上的電壓用US，D表示。
振蕩器電路17中有兩個相互作用的組塊25和26，組塊25再次表明了圓筒和壓電元件間的機械連接。傳感器元件的傳輸功能是kz，電壓用US，O表示，它是振蕩器電路的讀出電壓。系統的激發電壓，即驅動電壓用UF，O表示，這一電壓也被稱作壓力電壓或驅動電壓。
組塊26表示帶有相位調整器(AFC)和振幅調整器(AGC)的電激發電路，振蕩器電路的傳輸功能用Ke，o表示。
在組塊25和26之間的連接點上存在有驅動電壓，即壓力電壓或驅動電壓UF，O，它被傳輸給組塊27以進行相位正確的檢波，即輸出級19的同步檢波和恒定的放大。此外，組塊27還從阻尼電路18中得到電壓UF，D。組塊27的傳輸功能用KBM·K0表示。在組塊27的出口引入點28，在這一點上開始偏移補償。點28與可調放大的放大器29相連，放大用vs表示。在放大器29的出口處可測定轉動速率出口電壓Urate，它是實際轉動速率的量度。
在點30進行機械零點調整，電壓Ucor作為科氏效應的電當量被輸送給這一零點調整。
用圖2中作為連接圖說明的布置可以計算轉動速率傳感器，同時還可進行傳感器和計算電路功能能力的檢測。
如果通過振幅調節的振蕩器電路使空心圓筒上一合適的傳感器元件處于恒定的機械驅動振蕩中，那么，科氏效應與一垂直于驅動振蕩的耦合轉動振蕩一起對科氏加速度產生作用，這造成科氏方向上驅動電機的振蕩偏移。通過這一效應還使得空心圓筒處于振蕩狀態，在空心圓筒上布置有用作測量元件的壓電元件。由于振蕩器的激發，空心圓筒在圖1中劃出的虛線邊界間波動。
如果用一補償電路，例如一伺服回路來計算偏移(如已提到的那樣，它是耦合的轉動速率的量度)，那么產生的調整量是被測轉動速率的量度。如果這一帶相位正確的耦合偏移信號的補償電路失調，那么傳感器的出口顯示轉動速率和偏移的疊加。如果這一偏移在BITE組塊中產生，例如可以通過BITE開關來進行偏移的補償，然后可在已知的失調處檢測傳感器。因為檢測功能通過電路布置不僅涉及到計算電子元件，而且涉及到傳感器元件，所以可檢測二者的錯誤功能。
當激活BITE功能時，對于帶振幅調節振蕩器電路的振動回轉速度儀可借助于下述考慮導出傳感器出口處產生的電壓Urate，在這一過程中使傳感器處于恒定的機械驅動振蕩狀態。驅動振蕩具有速度v0，它與振蕩器電路的驅動電壓UF，O成正比。
對于振蕩器電路有Kz·Ke，o＝1|Kz|·|Ke，o|＝1arc(Kz)+arc(Ke，o)＝0°
|UF，O|＝const(AGC功能；激發)v0～UF，Oarc(v0)＝arc(UF，O)US，O＝Kz·UF，O由于轉動速率Ω，測量元件在科氏方向上產生偏移，測量元件處于振幅調節的驅動振蕩狀態，并具有確定的實際速度。力的作用為FC＝1mV0×Ω。與科氏力相互作用(導向調節)的補償力，或者說補償電壓(調整量UF，D)是現有轉動速率的量度。在補償電路(阻尼電路)中得到科氏電壓US，D和建立反向電壓UF，D。
這兩個電路通過傳感器元件連接起來，并在所描述的狀態下共振工作(即對于振蕩器電路和阻尼電路傳輸功能是相同的)。
對于阻尼電路有|kz|·|Ke，o|＞＞1arc(Kz)+arc(Ke，o)≈180°UCor＝kc·Ω·UF，OUF,D(Ω)Kz·Ke,D+1-Kz·Ke,D·Ucor≈-Kc·Ω·UF,D]]>對于耦合的干擾信號BITE(在檢測中建立，以相應的頻率，相位)，阻尼電路的導向調節以同樣的方式產生作用。因此，通過干擾量UBITE的耦合可以模擬轉動速率。耦合在振蕩器電路中進行，它還帶有振蕩器檢測的優點。
干擾信號相應于一固定調整的轉動速率，并不取決于帶端所必需的成套傳感器的靈敏度修正。這通過兩個帶有互易放大的放大級(一個在BITE/阻尼電路中，一個在出口電路中)實現，結果，由于干擾量Urate(BITE)，傳感器出口并不取決于靈敏度補償。
對于BITE布置有UBITE=KBITEVs·Us,0=KBITEVs·Kz·UF,0]]>UF,D(BITE)Kz·Kc,D1-Kz·Ke,D·UBITE≈-KBITE·1Kz]]>UF,D(BITE)=-KBITEVs·Uf,0]]>傳感器Urate的出口顯示了當激活BITE時，由于傳輸的干擾量，實際轉動速率Ω和模擬轉動速率的總和(疊加)。
UF，D＝UF，D(BITE)+UF，D(Ω)UF，D＝-(KBITE/vs+kc·Ω)·UF，oUrate＝(kBM·ko·|UF，D|·cos(arc(UF，D·UF，O))+UoffvsUrate＝(-(kBITE/vs+kc·Ω)·(|UF，O|·kBM·kO)+Uoff)·vsUrate(BITE)＝-kBM·ko·kBITE·|UF，O|≠f(vs)在開始檢測時激活干擾量，由此可在已知的失調處Urate(BITE)檢測傳感器。通過檢測，不僅成套的驅動、阻尼和出口電子元件，而且傳感器元件及其接頭都可被檢驗其錯誤功能。縮寫kz＝傳感器元件的傳輸功能ke，xx＝電子元件的傳輸功能Us，xx＝分路電壓UF，XX＝驅動電壓xx＝O＝振蕩器電路(激發)xx＝D＝阻尼電路(補償)v0＝驅動方向上測量元件的速度Ω＝轉動速率Ucor＝科氏效應的電當量kc＝科氏常數UBITE＝BITE干擾量KBITE＝BITE標度系數KBM＝平衡調制器的放大k0＝出口級的恒定放大vs＝出口級的可變放大(帶端的靈敏度補償)Uoff＝零轉動速率的補償電壓(帶端的偏移補償)Urate＝轉動速率輸出電壓
權利要求
1.用于測定轉動速率的裝置，其特征是，可以接通用于識別錯誤功能的介質，它通過產生偏移信號給出裝置預定的失調，并產生轉動速率和偏移疊加的、被計算以識別錯誤的出口電壓，該裝置帶有一具有多個傳感器元件的傳感器，將傳感器置于一具有振動能力的物體上，該物體帶有一被調的振蕩器電路，并使得至少一個傳感器元件處于恒定的振動狀態，由此還激發帶一阻尼電路和出口級、有振動能力的物體，阻尼電路與至少一個傳感器元件相連，出口級與至少另一個傳感器元件相連并給出出口電壓，它是被測轉動速率的量度。
2.根據權利要求1的裝置，其特征是，有振動能力的物體是圓筒狀，且一面是自由振動的，另一面是張緊固定的，振動軌跡上的傳感器元件等同布置在圓筒表面上。
3.根據權利要求1或2的裝置，其特征是，將用于生成偏移信號的介質與傳感器電子元件集成為一體，并包括一個帶有一可變放大的放大器(20)以及開關(21)的BITE塊(16)，通過這個塊可導出偏移信號。
4.根據權利要求3的裝置，其特征是，BITE塊(16)的放大器(20)的入口與振蕩器電路(17)相連，通過連接傳輸振蕩器電路入口處的電壓(US，O)，BITE塊(16)與阻尼電路(18)相連，通過連接傳輸阻尼電路(18)的偏移電壓(UBITE)。
5.根據前述權利要求之一的裝置，其特征是，可進行電零位調整，機械零位調整和偏移補償。
6.根據前述權利要求之一的裝置，其特征是，振蕩器電路(17)包括一帶相位調節器和振幅調節器的電激發電路(26)。
7.根據前述權利要求之一的裝置，其特征是，阻尼電路(18)是一帶相位調節器(AFC)進行相位控制的電阻尼電路，并是恒定的放大。
8.根據前述權利要求之一的裝置，其特征是，在出口級(19)的入口處有一帶相位檢波器和恒定放大的組塊(27)，它與振蕩器電路(17)和阻尼電路(18)相連，通過連接傳輸電壓(UF，O)和(UF，D)，這樣，組塊(27)通過點(28)與可調放大的放大器(29)相連以補償偏移，通過這一組塊還可進行靈敏度補償，并在其出口處可獲得計算的電壓(Urate)。
全文摘要
本發明描述的是一轉動速率傳感器,它根據共振回轉動速率度儀原理工作,并借助一振幅調節的振蕩器電路得以激發。這種傳感器例如用來測定汽車的偏航速度。此外,還計算了用于度量實際偏航速度的科氏加速度效應。使用集成自檢功能以檢驗傳感器及其所屬電子元件的功能。自檢功能在檢測開始后引入定義的干擾量作為所謂的BITE功能。這一定義的干擾量產生了可估計的出口電壓,它的出現用于計算錯誤識別。
文檔編號G01C25/00GK1171154SQ95197081
公開日1998年1月21日 申請日期1995年12月15日 優先權日1994年12月29日
發明者格奧爾格·普法夫, 賴納·埃哈特, 約翰內斯·阿爾茨納, 沃爾弗拉姆·鮑爾 申請人:羅伯特·博施有限公司
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