用于检测旋转构件的绝对角位置或绝对角位移行程的方法技术

一种多极环形编码器（24），其2N个极是不规则分布的，该编码器面对用于检测极之间的转变的传感器（26）定位。与检测到的转变相对应的时间被存储，并且在每次转变和向前数2N次的转变之间所流逝的时间被计算，所述所流逝的时间构成旋转构件完整旋转一圈的持续时间。当由此计算的持续时间是稳定的时，计算在所测试的转变和前一次转变之间所流逝的时间，并且由此推导出所测试的转变的特征角度，该特征角度与自前一次转变以来所流逝的时间和完整旋转一圈的持续时间之间的比率成比例。然后可以识别使得可以获知编码器（24）相对于传感器（26）的绝对位置的标引转变。位置的标引转变。位置的标引转变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测旋转构件的绝对角位置或绝对角位移行程的方法


[0001]本专利技术涉及一种测量装置，该测量装置包括多极环形编码器和传感器，该编码器具有N对极，该编码器固定到相对于参考构件旋转的旋转构件，该传感器固定到参考构件，每对极包括北类型的极和南类型的极，这N对极在一圈上形成北类型的极和南类型的极的交替，北类型的极和南类型的极的交替并非在角度上均匀地分布。本专利技术还涉及使用这种装置来检测旋转构件相对于参考构件的绝对角行程。

技术介绍

[0002]为了确定旋转构件相对于参考构件绕旋转轴线的速度、位移行程或角位置，已知为旋转构件配备环形编码器并且为参考构件配备布置为面向编码器的传感器，在旋转构件的旋转过程中，传感器用于读取由编码器携带的信息。
[0003]通常，编码器包括至少一个第一读出道（piste de lecture），其在下文中将被称为多极的，包括均匀分布在编码器外围上的北类型的极和南类型的极的交替。编码器可以是磁编码器，也可以是光学编码器（因而通过不同的光学特性（颜色、反射率）来区分北类型的极和南类型的极），或者是通常所说的音轮（roue phonique），即有齿的轮，其中齿和凹槽的交替可以由霍尔效应传感器检测。在所有构型中，传感器检测旋转构件旋转期间连续的北极和南极之间的转变，并且计数器允许从中推断出旋转构件和参考构件之间的相对旋转角度，前提是旋转方向是已知的。与时钟相关联的这种计数器还允许测量旋转速度。极的数目越多且时钟是高分辨率的，则这些测量将更加精确。
[0004]在校准以及确定了角度计数的原点之后，旋转方向的数据和转变的计数使得可以计算旋转构件相对于参考构件的绝对角位置或绝对角位移，所具有的角度分辨率对应于编码器的两个连续极之间的间距。
[0005]在实践中，这种类型的测量装置特别用于装配（instrumenter）机械组件，该机械组件包括用于驱动旋转构件相对于固定构件旋转的驱动马达，以及给出马达运行命令和停止命令的马达控制器，在适当的情况下，运行命令包括旋转方向的信息，该信息可以被提取并用于转变的计数，根据旋转方向，所述转变会使计数器进行递增或递减。
[0006]为了限制能量消耗，这种测量装置通常在旋转构件静止时被停用。该测量装置的启用因此是由马达控制器触发的。
[0007]由此可见，在一段时间期间该测量装置是盲的，即当马达处于停止状态时该测量装置不能检测到旋转构件的角位置的可能的变化。这些变化尤其可以由内应力的松弛或旋转构件停止时的微位移引起。
[0008]因而可以证明，当传感器被唤醒时，它不像当它被置于睡眠时那样面对编码器的同一极。如有必要，可以检测到这种状态，例如，唤醒时的极是否具有与睡眠时的极不同的极性，以及传感器是否不仅能够读取极之间的转变，而且能够读取极的极性。但是即使在这种情况下，也无法确定在传感器睡眠期间旋转构件位移的方向或幅度。
[0009]当然，可以添加第二环形编码器，其承载奇点并由第二传感器读取，以重新调整在
每转时由多极编码器给出的信息。但这样的系统更复杂，而且可能更耗能。
[0010]为了克服与编码器的制造公差相关的测量的不确切和不精确，在文献 DE19835091C1中已经提出了根据在编码器校准过程中提前确定的特征值，校正从转变检测中所推导出的旋转角度的计算。
[0011]在文献DE10017542A1中，已经提出了一种用于确定旋转构件的位置的装置，该装置实现了一种特定的多极编码器，该多极编码器的极的分布是不规则的。更准确地说，多极编码器由多对极组成，每对极具有与其他对极相等的长度，但至少一对极具有不同长度的极。通过测量编码器的在传感器前面通过的连续转变之间的时间，以及利用对极的长度的先验知识，可以确定方向和角速度以及绝对角位置。

技术实现思路

[0012]本专利技术旨在弥补现有技术的缺陷并提出能量消耗少或计算时间消耗少的简单装置，以检测和/或校正旋转构件相对于参考构件的绝对角位置或绝对角位移行程的确定中的错误。
[0013]为此，根据本专利技术的第一方面，提出了一种用于检测旋转构件相对于参考构件绕旋转轴线的绝对角位置或绝对角位移行程的方法，该方法借助于测量装置，该测量装置包括固定到旋转构件的包括N对极的多极环形编码器和相对于参考构件固定的传感器，每对极包括北类型的极和南类型的极，这N对极在一圈上形成北类型的极和南类型的极的交替，极的交替并非绕旋转轴线以规则的方式分布，该方法包括由传感器检测一系列连续转变，每个转变表征极的交替中的极在传感器前面的通过，该方法的特征在于，其包括以下操作：
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确定多个滑动的完整旋转一圈的持续时间，每个滑动的完整旋转一圈的持续时间与从一系列连续转变中所提取的转变相关联并且等于将所提取的转变与一系列连续转变中向前数2N次的转变分开的时间，以及根据一个或多个滑动的完整旋转一圈的持续时间，确定所估计的完整旋转一圈的持续时间，
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对于一系列连续转变中的多个转变（每个转变被称为所测试的转变），并且优选地对于一系列连续转变的所有转变，确定所测试的转变的至少一个特征持续时间，所测试的转变的至少一个特征持续时间等于将所测试的转变与一系列连续转变中的另一个转变分开的时间，另一个转变在一系列连续转变中紧邻所述所测试的转变，或者与所测试的转变相隔所述一系列连续转变中的预定数目Q的连续转变，Q在1和2N
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2之间，
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对于每个所测试的转变，计算所测试的转变的特征角度，该特征角度与所测试的转变的特征持续时间和所估计的完整旋转一圈的持续时间之间的比率成比例。
[0014]该方法可以利用观察到的多极编码器的缺陷，该多极编码器被设计为呈现2N阶的旋转对称性，但其北类型的极和南类型的极的交替被证明是不完全均匀分布的，或者该方法可以实现一种编码器，该编码器被专门设计用于在两个连续极之间呈现至少一个转变，其定位是特定的。
[0015]例如，标引转变（transition d
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indexation）可以是这样的转变，其中，该标引转变与直接相邻的转变中的一者的角度距离是最小的或最大的。在这个假设中，所测试的转变的特征持续时间可以是在一系列检测到的转变中将所测试的转变与直接在它之前或之后的转变（即没有中间转变，Q=0）分开的持续时间。
[0016]在适当的情况下，与一个或多个另外的转变相比，标引转变可以由更复杂的角度签记（signature）来表征：例如，可以通过将标引转变与位于标引转变两侧且直接邻近标引转变（Q = 0）或不直接邻近标引转变（Q> 0）的两个另外的转变分开的两个特征角度来识别标引转变。
[0017]完整旋转一圈的持续时间允许估计与每转的平均旋转速度的倒数成比例的量，其对极的角度分布的不规则性不敏感。通过将所测试的转变的特征持续时间与完整旋转一圈的持续时间相关联，可以确定与旋转构件的旋转速度无关的角度测量值。可以设想不同的方法来确定所估计的完整旋转一圈的持续时间：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测旋转构件（18）相对于参考构件（14）绕旋转轴线（100）的绝对角位置或绝对角位移行程的方法，所述方法借助于测量装置，所述测量装置包括固定到所述旋转构件（18）的包括N对极的多极环形编码器（24）和相对于所述参考构件（14）固定的传感器（26），每对极包括北类型的极和南类型的极，所述N对极在一圈上形成北类型的极和南类型的极（241
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248）的交替，极（241
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248）的交替并非绕所述旋转轴线（100）以规则的方式分布，所述方法包括由所述传感器（24）检测一系列连续转变，每个转变表征极的交替中的极（241
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248）在所述传感器前面的通过，所述方法包括以下操作：
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对于所述一系列连续转变中的多个转变，每个转变被称为所测试的转变，并且优选地对于所述一系列连续转变的所有转变，确定所述所测试的转变的至少一个特征持续时间，所述所测试的转变的至少一个特征持续时间等于将所述所测试的转变与所述一系列连续转变中的另一个转变分开的时间，所述另一个转变在所述一系列连续转变中紧邻所述所测试的转变，或者与所述所测试的转变相隔所述一系列连续转变中的预定数目Q的连续转变，Q在1和2N
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2之间，其特征在于，所述方法还包括以下操作：
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确定多个滑动的完整旋转一圈的持续时间，每个滑动的完整旋转一圈的持续时间与从所述一系列连续转变中所提取的转变相关联并且等于将所述所提取的转变与所述一系列连续转变中向前数2N次的转变分开的时间，以及根据一个或多个所述滑动的完整旋转一圈的持续时间，确定所估计的完整旋转一圈的持续时间，
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对于每个所测试的转变，计算所述所测试的转变的特征角度，所述特征角度与所述所测试的转变的所述特征持续时间和所述所估计的完整旋转一圈的持续时间之间的比率成比例。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所估计的完整旋转一圈的持续时间要么等于与所述所测试的转变相关联的滑动的完整旋转一圈的持续时间、或者等于与所述另一个转变相关联的滑动的完整旋转一圈的持续时间、或者等于与所述所测试的转变与所述另一个转变之间的任何转变相关联的滑动的完整旋转一圈的持续时间，要么等于基于所述滑动的完整旋转一圈的持续时间中的至少一些而计算的平均值，优选地为基于以下持续时间中的多个持续时间而计算的平均值：与所述所测试的转变相关联的滑动的完整旋转一圈的持续时间，与所述另一个转变相关联的滑动的完整旋转一圈的持续时间，与将所述所测试的转变与所述另一个转变分开的一个或多个转变相关联的一个或多个滑动的完整旋转一圈的持续时间。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述所测试的转变的所述特征角度与先前存储的特定标引角度进行比较或与所测试的一个或多个另外的转变的一个或多个另外的特征角度进行比较，以确定所述所测试的转变是否对应于唯一的预定的标引转变，所述标引转变表征绕所述旋转轴线（100）的极（241
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248）的交替的不规则分布。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
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在由所述传感器检测表征所述极的交替中的极在所述传感器前面的通过的连续转变期间，根据检测到的转变以及在适当情况下根据所述旋转构件的给定旋转方向对至少一个转变计数器（36）进行递增或递减；
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当所述所测试的转变对应于所述标引转变时，读取所述转变计数器（36）的当前值，并在所述转变计数器（36）中写入取决于所述当前值以及取决于所述标引转变的特定标引号的替换值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
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检测用于使所述旋转构件沿给定旋转方向旋转的命令，
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存储所述给定旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：罗伯特博世汽车转向旺多姆公司，
类型：发明
国别省市：