车轮速度及加速度探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种探测车轮速度和／或加速度的系统，该系统包括一连接到旋转车轮上的传感器和一处理器。所述传感器包括一具有若干电阻（如４个）的电路（如惠斯登电桥电路）。所述每个电阻包括一个巨磁阻元件并且具有一个至少部分相对于外部磁场的磁场强度变化而可变的电阻值。所述传感器至少部分根据所述电阻的阻值而产生信号。所述处理器至少根据所述信号计算旋转车轮的速度和／或加速度。本发明专利技术同时揭露了利用该系统探测车轮速度和／或加速度的方法。本发明专利技术可以方便地测知运动车轮的速度／加速度，有效地掌控制汽车的运行状态，有利于控制和优化车速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁性传感装置，尤其涉及一种使用磁性传感器单元来探测车轮速度及/或加速度的系统及其方法。
技术介绍
速度传感装置中用到许多种技术来探测部件的转速。例如在各种车型中，速度传感装置就与汽车防抱制动系统(ant-lock braking systems，ABS)共同配合来探测车轮速度。美国专利申请第10/847,838号揭露了一种专用的速度传感装置，请将该专利申请的全部内容并入作为本专利技术的参考。传统汽车安装了磁性编码车轮，此种车轮的外表面具有磁化铁氧体。具体地，该磁化铁氧体容纳于一层压板内，并具有交替的南极和北极，层压板沿着编码车轮圆周环绕。编码车轮内设有连接部件，它从车轮表面凸伸向磁性传感装置。随着车轮的旋转，磁性传感装置会探测交替磁极的磁场强度的变化情况，根据传感装置输出的该变化情况及该交替的磁场可以计算出编码车轮的转速。该计算中会用到例如传感装置输出的峰值和绕编码车轮一周的交替的磁极数之间的关系。一种用于探测速度的磁性传感装置包括一霍尔效应传感器(Hall effecttransducer)。在磁场存在时，该传感器产生横向电流；当给该传感器两端供直流电时，将会产生纵向电流。在磁场存在的情况下，霍尔效应传感器内部感应的横向电压可以由垂直第一对电极的第二对电极来测量。随着编码车轮的转动，传感器表面的电势产生正弦波输出。图1A是一典型汽车的示意图，该汽车具有速度传感器和与之配合工作的编-->码器。图1B是编码车轮的部分放大示意图，显示了产生于编码车轮的磁场。编码车轮10与驱动车轮22转动的主动轴20连接。一防抱制动系统14位于编码车轮10上，它包括一磁性传感器16和一汽车控制组件18。编码车轮10磁化时，会在其周围产生多个交替的南磁极和北磁极。当编码车轮10转动时，磁场发生变化，磁性传感器16会探测到这种变化并感应出电势。汽车控制组件18根据感应电势来计算速度并把该速度信号传给防抱制动系统14。然而，这种技术存在一些缺陷。例如，制造出能在编码车轮周围产生交变的南磁极和北磁极的系统是困难、昂贵的，且这种系统很复杂。而且，为了控制汽车的运行质量，必须探测汽车的转动速度和加速度，而现有技术只能探测汽车的速度。因此，有必要提供一种改进的系统以克服现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种探测车轮速度和/或加速度的系统，可以方便地探测运动车轮的速度/加速度，有效地掌控制汽车的运行状态，有利于控制和优化车速。本专利技术的另一目的在于提供一种探测车轮速度和/或加速度的方法，可以方便地测知运动车轮的速度/加速度，有效地掌控制汽车的运行状态，有利于控制和优化车速。为实现上述目的，本专利技术提供了一种探测车轮速度和/或加速度的系统，连接到所述车轮上的传感器，所述传感器包括一具有若干电阻的电路，所述每个电阻具有一个至少部分相对于外部磁场的磁场强度变化而可变的电阻值，所述传感器至少部分根据所述电阻的阻值而产生信号；及至少部分根据所述信号计算旋转车轮的速度和/或加速度的处理器。在本专利技术的探测车轮速度和/或加速度的系统实施例中，所述传感器是根据惠斯登电桥电路原理构造的。该电桥电路的四个电阻均包括一个巨磁阻(GMR)-->元件，所述巨磁阻元件的阻值根据外部磁场的磁场强度的变化而变化。位于各半桥内的两巨磁阻元件均处于不同的磁场中，因此当车轮转动时，电桥的输出端会产生差动电压，于是传感器输出不同的电压值。本专利技术提供一种探测车轮速度和/或加速度的方法，该方法包括如下步骤：在车轮上配置一具有若干电阻的电路的传感器；将至少部分根据所述电阻内的元件反映的相对于外部磁场的磁场强度的变化转变为电阻阻值的变化；根据所述电阻阻值产生信号；以及至少部分根据所述信号计算转动车轮速度和/或加速度。在本专利技术的探测车轮速度和/或加速度的方法实施例中，所述传感器是根据惠斯登电桥电路原理构造的。惠斯登电桥电路的四个电阻均由巨磁阻(GMR)元件制成，巨磁阻元件根据外部磁场的磁场强度的变化而改变阻值。位于各半桥种的两巨磁阻元件均处于不同的磁场中，因此当车轮转动时，电桥的输出端会产生差动电压，于是传感器输出不同的电压值。在本专利技术的一实施例中，所述惠斯登电桥电路包括四个电阻。在本专利技术的另一实施例中，所述每个巨磁阻元件包括至少由铁磁层和非磁层构成的至少两层。在本专利技术又一实施例中，所述外部磁场是地磁场。在本专利技术再一实施例中，所述信号是具有周期T的波形，所述传感器距离所述转动车轮中心的距离为R。所述处理器根据公式速度＝2πR/T计算所述转动车轮的速度。在本专利技术再另一实施例中，所述波形是一能反映在一小时段Δt内的速度变化Δu的波形，所述处理器根据公式加速度＝Δu/Δt计算所述转动车轮的加速度。本专利技术实施例中。所述传感器采用了各向异性磁电阻(AMR)、穿遂式磁电阻(TMR)或霍尔效应元件。该传感器使用地磁场，而不需要另外的磁铁、磁性元件或者磁化体。这种简化的结构可以降低制造成本。另外，该传感器尺寸小，能用于探测不同种类物体的速度和/或加速度。与现有技术相比，本专利技术克服了现有技术只能探测汽车速度的缺陷，能方-->便地测知运动车轮的速度/加速度，有效地掌控制汽车的运行状态，有利于控制和优化车速。为详细说明本专利技术地
技术实现思路
、构造特征、所达目的及效果，一下结合实施例并配合附图详细予以说明。附图说明图1A是具有汽车速度传感器和与之配合工作的编码器(encoder)的传统汽车的示意图。图1B是图1中的编码车轮(encoder wheel)的部分放大示意图，显示了编码车轮的磁场。图2A是本专利技术一个实施例的汽车防抱制动系统的示意图。图2B是与本专利技术一示例磁性传感装置之惠斯登电桥电路(Wheatstone bridgecircuit)配合工作的电路图。图2C是本专利技术一实施例的传感装置的框图。图2D-2E展示了磁场强度、角度以及阻值之间的关系。图3是地磁场的简化模拟图。图4是本专利技术一实施例的具有磁性传感装置的车轮的示意图。图5是本专利技术一示例传感装置输出电压与时间关系的曲线图，详细展示了本专利技术一实施例计算车轮速度的方法。图6是本专利技术一示例传感装置输出电压与时间关系的曲线图，详细展示了本专利技术一实施例计算车轮加速度的方法。图7是计算旋转车轮的速度和加速度的方法的流程图。具体实施方式以下示范性的实施例将提供一种传感装置，该装置包括一印刷电路板组件(PCBA)、一惠斯登电桥电路、一地磁场探测器和一处理器。在惠斯登电桥电-->路的四个电阻中，每一电阻均由巨磁阻(GMR)元件制成，每一巨磁组元件为层状结构，该层状结构包括至少一铁磁层(如固定层(pin layer))和一非磁层(如自由层(free layer))。当外部磁场变化时，自由层或非磁层将沿铁磁层或固定层转动，进而引起铁磁层或固定层电阻变化。惠斯登电桥一般通过平衡电桥两臂的方法来测量未知电阻。而本专利技术实施例中的惠斯登电桥用以使巨磁阻元件的差动信号输出功率增倍。如图2B所示，惠斯登电桥电路中一半桥的巨磁阻元件具有相同的针顶方向(pin direction)，另一半桥的巨磁阻元件具有相反的针顶方向。因此，每半桥产生的磁场会在电桥输出端感应出最大差动电压，从而潜在地提高了传感装置的测量精度。磁阻一般是指某材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测车轮速度和／或加速度的系统，包括：连接到所述车轮上的传感器，所述传感器包括一具有若干电阻的电路，所述每个电阻具有一个至少部分相对于外部磁场的磁场强度变化而可变的电阻值，所述传感器至少部分根据所述电阻的阻值而产生信号；及至少部分根据所述信号计算旋转车轮的速度和／或加速度的处理器。

【技术特征摘要】
1.一种探测车轮速度和/或加速度的系统，包括：连接到所述车轮上的传感器，所述传感器包括一具有若干电阻的电路，所述每个电阻具有一个至少部分相对于外部磁场的磁场强度变化而可变的电阻值，所述传感器至少部分根据所述电阻的阻值而产生信号；及至少部分根据所述信号计算旋转车轮的速度和/或加速度的处理器。2.如权利要求1所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在于：所述每个电阻包括至少一个巨磁阻元件。3.如权利要求1所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在于：所述电路是惠斯登电桥电路。4.如权利要求2所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在于：所述每个巨磁阻元件包括至少包括铁磁层和非磁层的至少两层。5.如权利要求1所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在于：所述每个电阻包括各向异性磁电阻元件、穿遂式磁电阻元件或霍尔效应元件三者中的至少一个。6.如权利要求1所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在于：所述外部磁场是地磁场。7.如权利要求1所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在于：所述信号是具有周期T的波形，所述传感器距离所述转动车轮中心的距离为R，所述处理器根据公式2πR/T计算所述转动车轮的速度。8.如权利要求1所述的探测车轮速度和/或加速度的系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明高，
申请(专利权)人：新科实业有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]