[发明专利]回转件的角位置、速度和方向编码

说明书

发明领域

本申请总体涉及空间检测领域，更具体的，涉及确定回转件的角位置、角速度和移动方向。

发明背景

这些年来已经研发的多种设备和方法，用于确定旋转材料或物体的位置和速度。例如，在机械工程领域，尤其在曲轴力学领域，已经研发的许多设备和方法，致力于准确地确定与发动机相连接的曲轴的位置和速度，来改善例如发动机点火定时，同时还防止可能的发动机不起动，并更有效地控制发动机排放。然而，这些常规设备和方法都存在许多缺点和不足。

根据一种方法，在与例如曲轴一起旋转的目标转轮上，形成多个等间距、等尺寸的凸齿。借助于由布置在该目标转轮附近的传感元件感应凸齿上升沿或下降沿的通过，来确定目标转轮和曲轴的相对递增的旋转位置和速度。然而，由于在目标转轮上形成的各个凸齿是等间距和等尺寸的，因此曲轴的位置可能只能通过对每个通过的凸齿进行计数而以递增的方式来准确地确定。结果，曲轴的相对旋转位置必须总是与某种形式的起始位置或参考值相关联地来确定。

根据另一种方法，沿着与曲轴一起旋转的目标转轮的外围形成等间距的凸齿。通过借助传感元件监测目标转轮上的所经过的凸齿的上升沿和下降沿来确定目标转轮的旋转位置，其中，上升沿和下降沿构成了位组合(bit pattern)。

根据该常规方法，在能够准确确定目标转轮的相对旋转位置之前，必须由传感元件监测最小数量的连续的位，这导致了计算上的延迟。另外，由于传感元件必须最少监测六(6)个连续的位，因此该常规方法不能确定目标转轮的静态位置；即，目标转轮必须一直运动，以便于准确确定其相对旋转位置。

因此，就需要能够无需依赖起始位置或参考值来确定回转件的静态和动态角位置。而且，还需要能够在任何特定时间点确定回转件的角位置，而不必监测多个连续的位。尤其在满足了上述需要时，就更进一步希望能够检测回转件角速度和移动方向。

发明内容

在至少一个实施例中，空间检测设备包括回转件，其具有预定数量的凸齿，凸齿在回转件的圆周周围以预定距离在角度上隔开，以构成位组合；至少一个传感器，其能够检测凸齿的上升沿和下降沿；以及处理器，配置为根据来自传感器的输入，检测所述位组合的至少一部分。

在一些实施例中，所述处理器根据来自传感器的输入，确定回转件的角速度。所述处理器还可以根据从布置在该回转件附近的传感器而来的输入，确定该回转件的角位置。

根据一些实施例，所述空间检测设备还包括触发传感器，用于检测凸齿的上升沿和下降沿；第一方向传感器，用于响应于触发传感器对上升沿或下降沿的检测，在第一预定位置检测凸齿的位值；以及第二方向传感器，用于响应触发传感器对上升沿或下降沿的检测，在第二预定位置检测凸齿的位值；其中，所述处理器根据来自第一方向传感器和第二方向传感器的输入，确定回转件的移动方向。

在至少一个实施例中，第一方向传感器布置在距触发传感器7d/8处，在此d等于在凸齿相邻边缘之间的距离。第二方向传感器还可以布置在距触发传感器9d/8处。各个触发传感器、第一方向传感器和第二方向传感器也可以是霍尔效应(Hall Effect)传感器。

根据一些实施例，所述空间检测设备还包括预定数量的位置传感器；其中，所述处理器根据来自这些位置传感器的输入，确定回转件的静态角位置。这些预定数量的位置传感器中的每一个都可以是霍尔效应传感器。

在至少一个实施例中，用于确定回转件的静态角位置所必需的位置传感器的数量是根据以下方程来预先确定的：Integer(Log₂(No_Teeth))+Integer(2^{Fraction(Log2(NoTeeth))})，在此No_Teeth等于在回转件圆周周围间隔排开的凸齿数量，Integer是整数部分，Fraction是小数部分。

在一些实施例中，位置传感器可以布置为彼此相距d，在此d等于在凸齿相邻边缘之间的距离。所述预定数量的位置传感器的第一位置传感器也可以布置在距离触发传感器(nd+d/2)处，在此n等于凸齿的预定数量，d等于在凸齿相邻上升沿之间的距离。

根据至少一个实施例，基于曼彻斯特编码(Manchester coding)技术来对位组合进行编码。凸齿的预定数量可以等于8。