旋转编码器制造技术

一种旋转编码器组件，包括：环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；第一检测器和第二检测器，每一个都被布置为随着具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器时产生各自的交替输出信号，这两个输出信号的组合值呈现多个唯一的状态，随着编码器旋转这些状态从一个变化到另一个。存储器存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时可能出现，并且每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差。处理单元用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿值所指示的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及编码器尤其是旋转编码器的改进，涉及使用旋转编码器确定对象的位置的方法，以及涉及包含旋转编码器的车辆转向系统。
技术介绍
以下是已知的：提供包括检测器和以北极和南极的交替序列布置的磁性元件的轨道的编码器，该检测器产生在靠近北极之一时具有第一状态并且在与南极之一对立时具有第二状态的输出信号。这样，随着轨道通过检测器，检测器的输出将是在第一状态和第二状态之间交替的调制信号。具有一个检测器的编码器在使用上是受限的，原因在于其不可能辨别轨道移动的方向。这可以通过使用两个检测器来克服，其中这两个检测器彼此偏移的量小于北极的中心与相邻南极的中心之间的间隔。这在附图的图2和图3中被示出。这两个检测器通常是相同的但是具有彼此偏移的两个模式，随着轨道移动每一个检测器都产生第一状态和第二状态的交替序列。来自这些检测器的两个输出的组合值将经历四种状态，如附图的图7中的状态机所示的，并且通过识别最新的状态改变前后的状态，识别轨道旋转方向是可能的。每个状态改变将发生在检测器穿过两个相邻极相交的边缘时。如果磁极都是相等的长度，那么这些边缘将围绕轨道均匀地间隔开，并且如果检测器被间隔开等于极中心之间的间隔的一半的角度，那么当轨道以恒定速度旋转时，状态将以定期的等距的时间间隔发生改变。因此，可以根据每个状态改变之间的经历时间来确定速度。如果编码器轨道具有许多极(在实际编码器中总是这样)，那么<br>状态改变本身将不会唯一标识轨道的位置。在一个完整的旋转期间，给定的状态改变将出现多次，并且这将在编码器的进一步绕转中被重复。然而，通过对状态改变进行计数，产生相对于已知基准位置的位置信号也是可能的。以下是已知的：如果磁体之间的间隔不理想，或者如果外部影响(例如其它磁体)引起被检测器观察到的由磁体发出的磁场的失真，那么这种形式的编码器将遭受不精确性。检测器的转换阈值的变更也可能导致不精确性。这可能导致组合输出信号发生状态改变的位置与预期位置有小的偏移。例如，在当轨道以恒定的速度旋转时改变应当以相等的时间间隔出现的情况中(如上面所描述的)，随着改变出现在与理想的预期位置偏移的位置，这种误差可能会导致这些状态改变之间的不同时序。申请人已经发现旋转编码器轨道的状态改变的这种位置偏移可能会导致在从编码器输出的位置信号中存在不想要的谐波频率。例如，在编码器轨道包括以恒定的角速度旋转的具有36个磁体的环形盘片的情况下，可能观测到36阶的噪声分量。当位置信号正用于敏感应用(例如在电力辅助转向系统的发动机的发动机控制电路的控制环中)时，在谐波频率与发动机部件或转向系统的其它部件的共振频率相互作用的情况下，这种噪声可能会导致声学噪声。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供了一种旋转编码器组件，包括：环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；处于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；处于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，其中，随着所述编码器旋转，所述状态从一个变化到另一个，其特征在于还包括：存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时可能出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差，以及处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿值所指示的量。本专利技术因此提供了一种编码器，其包括存储器，存储器存储与状态改变或转换相关联的补偿值。在出现组合输出信号的状态改变或转换中的相应一个时对位置信号进行更新之时，使用这些存储的值来校正位置信号。使用表示改变的位置的平均误差的补偿值，已经发现能够产生谐波水平被大大降低或甚至完全被消除的位置信号。每个所存储的补偿值可以从对来自两个检测器的组合输出信号的对应状态改变的多个实例进行观测中推导出来，将多个观测进行组合以提供被存储作为该补偿值的算数平均值。每个所存储的补偿值可以指示状态改变(即状态之间的转换)相对于被选择作为参考状态改变的一个状态改变的位置的相对位置。因此可以根据机械角度值或电角度误差值来表示误差。可以选择任意一个状态改变来作为参考状态改变。处理单元可以包括适合于通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单元：在所述存储器(或不同存储器)中记录在状态改变的完整周期中每个状态改变出现的相对时刻，周期与每个状态改变至少一次相对应，确定全部改变都出现所花费的总时间，以第一状态改变开始并且结束于所述第一状态改变再次出现之时，确定所述总时间在每个状态改变之间的部分，基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变之外的每个状态改变的补偿值；以及随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，其导致全部补偿值的和等于零。所述编码器可以被布置为通过将所存储的补偿值与所述中间补偿值组合来更新所存储的补偿值。例如，更新可以包括形成所存储的值和所述中间值的加权和。因此，平均可以是状态机的若干周期(即，转换的一个重复)的平均。所述编码器可以被布置为在所述编码器以超过最小阈值角速度旋转时执行所述更新。为了正确地运行，所述编码器在捕获时间期间必须以恒定速度旋转。处理器可以在与编码器在第一方向上的旋转相关联的状态改变出现的情况下对所述位置信号进行递增，并且可以在与相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时对所述位置信号进行递减。所述编码器可以包括Nep个编码区域，并且它们可以与相邻编码区域等距地间隔开。可以存在以交替模式布置的两种类型的编码区域，每个检测器根据其观察到哪个类型来产生不同的响应。例如，一种类型可以是北极，而另一种是南极，检测器可能是霍尔效应传感器。每个区域的中心可以与靠近的区域间隔开360/Nep度。在Nep<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转编码器组件，包括：环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；位于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；位于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并且被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，所述输出信号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一状态，所述状态随着所述编码器旋转而从一个改变到另一个；其特征在于所述旋转编码器组件还包括：存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可能的状态改变能够在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号在这两个检测器的输出信号的组合状态存在改变时被更新，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.12 GB 1312484.71.一种旋转编码器组件，包括：
环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；
位于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域
的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出
信号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检
测器；
位于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏
移，并且被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测
器而产生第二交替输出信号，所述输出信号的状态取决于所述两个不
同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；
其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一状态，所述状
态随着所述编码器旋转而从一个改变到另一个；
其特征在于所述旋转编码器组件还包括：
存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一
个相关联，所述可能的状态改变能够在这两个输出信号的所述组合值
在所述编码器轨道移动时发生改变之时出现，并且其中，每个补偿值
指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及
处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号在这两个检测器
的输出信号的组合状态存在改变时被更新，所述位置信号被校正了与
最新状态改变相关联的补偿值所指示的量。
2.根据权利要求1所述的旋转编码器组件，其中，每个所存储
的补偿值是从对来自这两个检测器的组合输出信号的对应状态改变的
多个实例进行观察而推导出的，多个观察被组合以提供算数平均值，
所述算数平均值作为该补偿值而被存储。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的旋转编码器组件，其中，

\t每个所存储的补偿值指示一状态改变相对于被选择作为参考状态改变
的一个状态改变的位置的相对位置的误差。
4.根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，
所述处理单元包括适于通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单
元：
记录完整的状态改变周期中每个状态改变出现的相对时刻，周期
与每个状态至少改变一次相对应；
确定开始于第一状态改变并结束于该第一状态改变再次出现之
时所有改变都出现所花费的总时间；
确定该总时间中的处于每个状态改变之间的部分；
基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变
之外的每个状态改变的补偿值；以及
随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，所述中间补偿值导致
全部补偿值的和等于零。
5.根据权利要求4所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单
元被布置为通过将所存储的补偿值与所述中间补偿值组合来更新所存
储的补偿值。例如，所述更新可以包括形成所存储的值与所述中间值
的加权和。
6.根据权利要求5所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单
元被布置为在所述编码器以最小阈值角速度以上旋转时执行所述更
新。
7.根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，
所述处理器适合于在与所述编码器在第一方向上的旋转相关联的状态
改变出现的情况下对所述位置信号进行递增，并且适合于在与所述编
码器在相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时对所述位置

\t信号进行递减。
8.根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，
所述编码器的所述编码区域每一个都是由磁体的极定义的，所述极被
布置成北极和南极的交替模式。
9.一种对如下类型的旋转编码器进行校准的方法，所述旋转编
码器包括：环形轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两
个不同编码区域；
第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着
所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替
输出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正
面向所述第一检测器；
第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检
测器的位置偏移，并且被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其
轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，该输出信号的状态取
决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；以及
处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状
态的改变进行计数来生成位置信号，
其中，所述方法包括以下步骤：
在使用所述编码器之前，使所述编码器旋转完整绕转的至少一部
分；
针对所述组合输出信号的每个状态改变，记录指示所述编码器相
对于预定角位置基准的角位置的位置值；
针对每个状态改变，确定所记录的位置与预期理想位置之间的误

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·狄克逊，C·B·威廉姆斯，
申请(专利权)人：TRW有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB