專利名稱：確定角度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定外部磁場相對于具有兩個全電橋的磁阻角傳感器的角度α的方法，該兩個全電橋分別提供了輸出信號U1＝U0sin(2α)，U2＝U0cos(2α)。
背景技術(shù)：
磁阻傳感器通常被用來檢測機動車技術(shù)中的角度，尤其，監(jiān)測和控制踏板的位置或者油門的位置。在這種情況下，磁阻角傳感器通常包含兩個全電橋，其相對于彼此偏移45°，所述電橋暴露于外部磁場中。這兩個全電橋提供電壓輸出信號作為外部磁場相對于傳感器基準(zhǔn)軸的角度的函數(shù)，該電壓輸出信號可以利用下述關(guān)系式，以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式表示U1＝U0sin(2α)U2＝U0cos(2α)這里，U1和U2是兩個全電橋的電壓輸出信號，U0是輸出信號的電壓振幅，其尤其取決于環(huán)境溫度，并且α是外部磁場相對于傳感器基準(zhǔn)軸的角度。
外部磁場相對于傳感器或者相對于磁阻電橋的角度α由這些輸出信號確定，例如利用CORDIC算法。為了執(zhí)行這個算法，模擬輸出信號必須借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
從而，外部磁場相對于傳感器的角度利用同樣已知的關(guān)系式確定α＝*arctan(U1/U2)＝*arctan(sin(2α)/cos(2α)例如，利用適合于該目的的數(shù)字信號處理裝置?？紤]輸出信號U2的符號，角度α能夠利用在180°上的反正切函數(shù)以非常高的準(zhǔn)確度計算。
已知的傳感器和到目前為止用到的信號處理方法的缺點在于，存在一種風(fēng)險，即，信號會由于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換而變得有噪聲，并且信號會由于無意出現(xiàn)的偏移電壓而被歪曲。這些偏移電壓可能例如由惠斯登電橋電阻的不正確蝕刻引起。此外，轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖需要相當(dāng)長的信號處理時間。而且，數(shù)字信號處理裝置就最初成本而言是昂貴的，并且容易出錯。對于許多應(yīng)用來說，特別是在機動車技術(shù)中，利用這樣一種CORDIC算法能夠獲得的準(zhǔn)確度比實際需要的高很多。同樣的，在機動車技術(shù)中，由于經(jīng)濟原因希望采用這樣一種傳感器，其更顯著的節(jié)省成本，并且不會以那么一種精確的方式運行，但是仍然具有足夠的測量準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是限定一種利用磁阻傳感器確定角度的方法，該方法能夠以一種簡單的方式執(zhí)行，并且當(dāng)確定外部磁場相對于傳感器的角度α?xí)r，該角度能夠可靠地確定。該目的是通過權(quán)利要求1中限定的特征實現(xiàn)的。
本發(fā)明的核心概念在于，上述CORDIC算法的反正切函數(shù)能夠通過權(quán)利要求1中給出的數(shù)學(xué)關(guān)系式以足夠的準(zhǔn)確度近似。在這種情況下，兩個全電橋的輸出信號Ui被進(jìn)行諸如加、減、乘、除等簡單的數(shù)學(xué)運算，其僅需要輸出信號的模擬處理。因此，對于許多應(yīng)用可以利用模擬裝置以足夠精確性確定角度α。這里，函數(shù)sgn(U2)是本身已知符號函數(shù)。這意味著該函數(shù)對于輸出信號U2＜0，假定值“-1”，該函數(shù)對于信號U2＞0，假定值“+1”，并且該函數(shù)對于信號U2＝0，假定值“0”。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于，確定角度的方法可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的簡單的電子部件執(zhí)行，而不必事先執(zhí)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。因此，加快并可靠地保證了角度α的確定，并且成本顯著地降低，因為不需要容易出錯的昂貴的電子元件進(jìn)行數(shù)字信號處理或信號計算。
本發(fā)明的有利的進(jìn)步表征在從屬權(quán)利要求中。
由于采用了權(quán)利要求2中限定的AMR電橋，精確的輸出信號能夠被獲得作為外部磁場相對于傳感器或電橋的角度α的函數(shù)。外部磁場中電橋的配置對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的，因為其是對應(yīng)的電壓輸出信號的讀數(shù)。優(yōu)選的，電橋可能是所謂的惠斯登電橋，其特別適合于應(yīng)用在其中存在負(fù)載的機動車技術(shù)中。這些電橋的輸出信號可以以簡單的方式被提供給模擬的進(jìn)一步處理。
在一個優(yōu)選的進(jìn)步中，電橋的輸出信號僅通過模擬元件或電子部件進(jìn)行處理，如圖3所限定的。這意味著電橋的輸出信號僅通過電子部件進(jìn)行處理，其執(zhí)行如權(quán)利要求1中給定的關(guān)系式所給出的加法/減法等。這種加法或乘法元件對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。它們提供了節(jié)約成本以及不是非常容易出錯的優(yōu)勢，這樣角度α的確定可以具有利用權(quán)利要求的方程的足夠的精確度以經(jīng)濟的方式被執(zhí)行。
應(yīng)該可以理解的是，外部磁場相對于磁阻傳感器的角度α的確定可能用在任何技術(shù)領(lǐng)域中。然而，特別優(yōu)選的，該方法被用在如在權(quán)利要求4中所限定的機動車技術(shù)中，特別用來監(jiān)測踏板的位置，例如加速和/或制動踏板?？刂瓢l(fā)動機功率的油門的位置還可能通過該方法監(jiān)測。
通過參考附圖中示出的例子對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述，然而，本發(fā)明并不限于此。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)計算的外部磁場相對于角度傳感器的角度α。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明確定的角度α。
圖3是出了根據(jù)本發(fā)明確定的角度α中的誤差。
具體實施例方式
圖1中的圖示出了外部磁場相對于磁阻角傳感器中的基準(zhǔn)軸的角度α，所述角度已經(jīng)例如根據(jù)CORDIC算法被確定。在所述圖中，相對于x軸上的從0到360°的角度范圍在y軸上繪制繪制所計算的角度α。
圖2中的圖示出了通過根據(jù)本發(fā)明的方法以純模擬的方式獲得的角度α，所述角度同樣地相對于從0到360°的角度范圍繪制。從這個圖中，可以看出計算的角度α關(guān)于圖1中示出的由CORDIC算法的數(shù)字化精確計算的反正切函數(shù)所產(chǎn)生的理想的傾斜直線波動。這意味著，通過這個方法，獲得了來自于實際測量值的輕微偏移，盡管這些偏移位于特別是機動車技術(shù)中要求的允許誤差范圍內(nèi)，以至于利用純模擬電子部件執(zhí)行的簡化的方法滿足了要求。
圖3是出了利用根據(jù)本發(fā)明的方法確定的角度和外部磁場實際角度α的差。在從0到180°范圍上顯示的角度誤差在任何點上沒有超過+/-2°。還能夠進(jìn)一步看出，在值0°，45°，90°等，角度誤差甚至為零，這樣這些點被利用該新方法以高準(zhǔn)確度測量。在機動車踏板的情況下，例如，可以設(shè)置角度傳感器以便當(dāng)踏板沒有下壓的時候，外部磁場相對于傳感器的角度是0°，并且獲得精確的測量值，當(dāng)踏板被完全壓下時，例如90°被測量到。
參考標(biāo)記列表α外部磁場和傳感器之間的角度U電壓輸出信號U0電壓振幅
權(quán)利要求
1.一種確定外部磁場相對于具有兩個全電橋的磁阻角傳感器的角度α的方法，該兩個全電橋分別提供了輸出信號U1＝U0sin(2α)，U2＝U0cos(2α)，其特征在于，利用關(guān)系式α＝*((U1/(|U1|+|U2|))-1*sgn(U2)，以模擬方式確定角度α。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，采用AMR電橋，特別是惠斯登電橋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，電橋輸出信號被利用模擬元件進(jìn)行處理。
4.在機動車技術(shù)中利用根據(jù)權(quán)利要求1到3的任何一個的方法，特別是用于踏板監(jiān)測和/或油門監(jiān)測。
全文摘要
為了提供一種確定外部磁場相對于具有兩個全電橋的磁阻角傳感器的角度α的方法，該兩個全電橋分別提供了輸出信號U
文檔編號G01R33/09GK1902503SQ200480039965
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者S·布茨曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司