[发明专利]用于固有安全的车轮转速检测的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的转速检测方法、一种根据权利要求3的前序部分所述的用于车轮或其它旋转体的转速检测的系统、以及一种按照权利要求15所述的用于避免或抑制对磁场干扰分量的测量的传感器模块。

背景技术

用于汽车领域的主动传感器已多次为人所知。主动传感器有2线设计和3线设计。本发明的说明书以通常用于制动系统中的2线设计为例。然而，在本发明的意义上，该基本思想也可使用于例如在发动机和/或变速器应用中很普及的3线设计。

这些现有技术在图1中示意示出。在图1a中，传感器1和ECU(ABS控制器的电控单元，或通用的电控单元)2通过2线回路3、4彼此导电相连。为了传感器的运行，运行电压V_B是必要的，该电压由ECU提供给接线柱K1、K2。信号电流Is通过传感器流回到ECU，其电流强度随着由编码器5产生并在ECU中解码的转速信息的节拍而变化。在图1b中，传感器6和ECU7通过3线回路8、9、10彼此导电相连。这里，为了传感器的运行，运行电压V_B也是必要的，该电压由ECU提供给接线柱K1’、K2’。传感器通过接线柱K3提供给ECU一包含传感器信息的信号电压Vs。

图2示出具有2线接口的主动轮速传感器的两个典型变型的内部系统结构。图2a示意示出不带附加功能的用于单向转速检测的传感器。轮速传感器1包括一传感器模块，该传感器模块包括与一电子信号处理级SC连接的磁阻传感器元件S。该传感器元件通过磁场H与编码器E耦合。以车轮转速旋转的编码器以增量模式调制包含车轮转速信息的气隙磁场H。传感器元件S和信号处理级SC从该气隙磁场的调制中产生一用于控制调节器级M的信号电压，该调节器级M又控制电源11，使得编码器的增量模式被示为外加的(eingepraegt)信号电流Is1。图2b示意示出用于双向检测车轮转速和/或传递附加的(诊断)参数的传感器。与前面不同，这里信号处理级分在两个电路WS和ZI中。WS级用于处理来自编码器信号的车轮转速信息，而ZI用于单独处理来自传感器/编码器接口的附加信息。这样的信息可以是例如旋转方向和气隙尺寸。在信号级SL中，由WS和ZI处理过的信号被合成为一用于控制调节器级M的信号，该调节器级M又控制电源11，使得控制信号中所包含的车轮转速信息和附加信息的协议被示为外加的信号电流Is2。按照现有技术，现在使用3电平协议(3-Pegel-Protokoll)或PWM(脉宽调制)协议。

一方面，铁磁体齿轮或者多孔板可以用作编码器，它们与永久磁铁联合产生可变的磁场气隙；另一方面，也可以使用永久磁化的南北极区域，该区域以交替的顺序嵌入例如轮轴轴承密封内。必要的辅助磁铁作为传感器模块的机械组成部分内置在传感器中。本发明的说明在下文限制于实质性的技术应用，即磁阻传感器与永久磁化的编码器的组合；然而，对于专家/专业人员来说，可以将本发明的原理直接应用在与铁磁体编码器的组合中，这同样在本发明的范围内。

图3示出文中使用的用于解释与本发明所追求的改进相关的磁阻传感器元件的具体物理环境的参考方向和特征曲线。图3a示出图2a中的在车轮转动运行时几何上对齐于永久磁化的编码器磁道13的特殊的磁阻传感器模块12。编码器磁道平坦地位于XY平面内并且相对于传感器元件在Y方向上运动。传感器模块的部件14包括由四个磁阻式坡莫合金-(巴伯电极(Barberpole))-阻抗17构成的电桥电路16，如图3b所示。阻抗层平面与编码器的平面一样平行于XY平面延伸。图3c示出信号电压Vss与气隙磁场强度Hy，Hx1和Hy，Hx2的关系的工作特征曲线。这里，Hy是在编码器磁道运行方向上的磁场分量，而Hx是在横向于Hy方向上的编码器的磁场分量。这里，Hx1和Hx2表示在x方向上指向相反的磁场分量。图3c表明，变换编码器磁化分量Hx1、Hx2会导致特征曲线18、19镜像对称。与变换的Hx磁场分量的下缀相联系的特征曲线的变换跳跃式发生，并被称作“触发/翻转”。触发会导致非期望的编码信号失真(加倍)并干扰车轮转速检测。在现在的实践中，这样避免触发，即，一沿x方向极化的所谓的偏置磁体15产生一所谓的辅助磁场(Stützfeld)，该辅助磁场大于磁场分量Hx1、Hx2并因此固定两个特征曲线中的一个，例如18。