專利名稱：用于運(yùn)行振動(dòng)陀螺儀的方法和傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行振動(dòng)陀螺4義的方法和一種具有4展動(dòng) 陀螺儀的傳感器系統(tǒng)，該振動(dòng)陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個(gè)控5 制電路的一部分，該控制電路通過(guò)輸入激勵(lì)信號(hào)以振動(dòng)陀螺儀的固 有頻率來(lái)激勵(lì)振動(dòng)陀螺儀，其中從振動(dòng)陀螺儀獲得輸出信號(hào)，通過(guò) 過(guò)濾和放大而由輸出信號(hào)導(dǎo)出激勵(lì)信號(hào)。
背景技術(shù)：
例如在EP0461 761 Bl中公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)速率傳感器，在該旋 10 轉(zhuǎn)速率傳感器中，振動(dòng)陀螺4義在兩個(gè)相對(duì)于主軸線而徑向指向的軸 線中一皮激勵(lì)，為此在振動(dòng)陀螺4義上i殳置有帶有相應(yīng)轉(zhuǎn)換器的初級(jí)和 次級(jí)控制電路。如果這種在機(jī)動(dòng)車(chē)中的旋轉(zhuǎn)速率傳感器用于穩(wěn)定機(jī) 動(dòng)車(chē)的移動(dòng)，那么該旋轉(zhuǎn)速率傳感器在機(jī)動(dòng)車(chē)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)后需要立即 起作用。但是，這通過(guò)控制電路的起振特性(瞬態(tài)響應(yīng) 15Einschwingverhalten )而被延遲。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，力口速控制電路的起振 (Einschwingen )。根據(jù)本發(fā)明由此實(shí)現(xiàn)該目的，即在接通具有振動(dòng) 陀螺儀的傳感器系統(tǒng)之后，這樣來(lái)設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的頻率，即在輸送 20激勵(lì)信號(hào)之前激勵(lì)振動(dòng)陀螺儀進(jìn)行自由振動(dòng)，測(cè)量自由振動(dòng)的頻率 以及將具有所測(cè)得的頻率的激勵(lì)信號(hào)輸送給振動(dòng)陀螺儀。通過(guò)在激勵(lì)之后的微小阻尼實(shí)現(xiàn)了 ，以e-函數(shù)衰減的自由振動(dòng) 存在足夠長(zhǎng)的時(shí)間供頻率測(cè)量使用。頻率測(cè)量例如通過(guò)對(duì)高頻脈沖 進(jìn)行計(jì)數(shù)作為周期時(shí)間的測(cè)量而進(jìn)行。才艮據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選i殳計(jì)方案在于，用于激勵(lì)的信號(hào)經(jīng)過(guò) 5至少一個(gè)預(yù)定頻率范圍來(lái)激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺儀，此后切斷該信號(hào)并 且測(cè)量所形成的自由振動(dòng)的頻率。只要固有頻率可以處于比預(yù)定頻率范圍大的頻率范圍中，那么 可以這才羊改進(jìn)該i殳計(jì)方案，即當(dāng)沒(méi)有形成自由4展動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)另一頻 率范圍。在此可以"i殳計(jì)，這才羊選擇這些頻率范圍，即這些頻率范圍 10總體上包括振動(dòng)陀螺儀的所有可能的固有頻率。但是，也可以采取措施，即對(duì)固有頻率的搜索限于較小的范圍。 這例如#4居其它的改進(jìn)方案由此發(fā)生，即這樣選4奪這些頻率范圍， 即這些頻率范圍包括事先測(cè)量的并在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的固有頻率(包 括所述固有頻率的變化范圍在內(nèi))。15 為了在搜索時(shí)不會(huì)省略可能的固有頻率，才艮據(jù)另一i殳計(jì)方案i殳計(jì)，這些頻率范圍相重疊。本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案在于，這樣選擇所述頻率范圍，即所述 頻率范圍包括振動(dòng)陀螺儀的固有頻率，固有頻率的數(shù)值由所存儲(chǔ)的 數(shù)值、其溫度相關(guān)性和在接通時(shí)測(cè)量的溫度來(lái)計(jì)算。所存儲(chǔ)的數(shù)值 20 是這樣的數(shù)值，即該數(shù)值在振動(dòng)陀螺儀或包含該振動(dòng)陀螺儀的傳感 器乘統(tǒng)-的-校準(zhǔn)過(guò)程期間在預(yù)定溫y^ (例如25。C >中被^測(cè)量，并且被 存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。在此，優(yōu)選在該存儲(chǔ)器中還存儲(chǔ)在校準(zhǔn) 過(guò)程期間的溫度以及可能還存儲(chǔ)溫度相關(guān)性。根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)通過(guò)裝置實(shí)現(xiàn)該目的，這些裝置致使 控制電路的快速起振，即所述裝置可以如下方式使得所述控制電路 快速起振，即在接通所述傳感器系統(tǒng)之后這樣設(shè)定所述激勵(lì)信號(hào)的 所述頻率，即在輸送所述激勵(lì)信號(hào)之前激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺儀進(jìn)行自5由4展動(dòng)，測(cè)量所述自由l展動(dòng)的頻率以及將具有所述測(cè)得頻率的激勵(lì) 信號(hào)輸送給所述振動(dòng)陀螺4義。在根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)中有利地設(shè)計(jì)了 ，所述裝置包括頻 率測(cè)量裝置、具有非易失性存儲(chǔ)器的微型控制器和頻率合成器。通過(guò)其他/人屬4又利要求中提及的方法4吏得更多有利改進(jìn)方案 10以及才艮據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的改良成為可能。


本發(fā)明允許大量實(shí)施例。在圖示中參照多個(gè)附圖示意性地示出 其中多個(gè)實(shí)施例并隨后描述這些實(shí)施例。示出了圖1是具有振動(dòng)陀螺儀的傳感器系統(tǒng)的方框圖，具有用于實(shí)施 15根據(jù)本發(fā)明的方法的多個(gè)元件，圖2是在根據(jù)本發(fā)明的方法的第 一實(shí)施例中設(shè)置的頻率范圍的 示意圖，圖3是在第二實(shí)施例中的頻率范圍，以及 圖4是在第三實(shí)施例中的頻率范圍。
具體實(shí)施方式
傳感器系統(tǒng)以及其組成部分雖然^皮表示為方框圖。但是這并不 意味著，根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)被限制于借助單個(gè)相應(yīng)于方框的 電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。而是才艮據(jù)本發(fā)明以特別優(yōu)選的方式借助于高度集成電5^各來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)。此處可以〗吏用孩i型信息處理器，在合適的編 程時(shí)才丸4亍在方?jīng)_匡圖示出的處理步驟。圖1示出了具有振動(dòng)陀螺儀l的傳感器系統(tǒng)的方框圖，該振動(dòng) 陀螺4義具有用于初級(jí)激勵(lì)信號(hào)PD和次級(jí)激勵(lì)信號(hào)SD的兩個(gè)輸入 端2、 3。通過(guò)合適的轉(zhuǎn)換器(Wandler)(例如電磁轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)激 10 勵(lì)。振動(dòng)陀螺4義還具有用于初級(jí)輸出信號(hào)PO和次級(jí)輸出信號(hào)SO 的兩個(gè)輸出端4、 5。這些信號(hào)反映出在陀螺儀上的空間偏移的多個(gè) 位置處的各個(gè)振動(dòng)。這種陀螺儀例如在EP0 307 321 Al中公開(kāi)并且 以科氏力(Corioliskraft)的作用為基礎(chǔ)。才展動(dòng)陀螺4義1構(gòu)成高品質(zhì)的濾波器，其中，在輸入端2與lt出 15 端4之間的區(qū)段是初級(jí)控制電路6的一部分，以及在輸入端3與輸 出端5之間的區(qū)段是次級(jí)控制電路的一部分，因?yàn)槔斫獗景l(fā)明不需 要對(duì)次級(jí)控制電路進(jìn)行解釋，所以未示出該次級(jí)控制電路。初級(jí)控 制電路6用于以振動(dòng)陀螺儀的例如14kHz的諧振頻率激勵(lì)振蕩。由 此，在振動(dòng)陀螺4義的一個(gè)軸線上實(shí)現(xiàn)激勵(lì)，并且用于次級(jí)控制電路 20 中的振蕩方向相對(duì)于該軸線偏移了 90° 。在次級(jí)控制電路(未示出) 中信號(hào)SO分成兩個(gè)分量，其中一個(gè)分量在合適的處理之后可以作 為與旋轉(zhuǎn)速率成比例的信號(hào)被拾取。在兩個(gè)控制電^各中以數(shù)字化的方式實(shí)現(xiàn)了大部分信號(hào)處理。信 號(hào)處理所需要的時(shí)鐘信號(hào)在石英控制的數(shù)字頻率合成器10中產(chǎn)生， 25該頻率合成器的時(shí)4中頻率在所示出的實(shí)例中是14.5MHz。 乂于于應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法，基本上可以考慮初級(jí)4空制電路，因此在圖1中 示出了初級(jí)控制電路的實(shí)施例。該控制電路具有用于輸出信號(hào)PO的放大器11，抑制混淆信號(hào) (Anti-Alias)濾波器12和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13連接在放大器處。 5借助于倍增器14、 15 (載波Til和Tql被輸送給該倍增器)來(lái)實(shí)現(xiàn) 分成為同相分量和正交分量。兩個(gè)分量隨后經(jīng)過(guò)各一個(gè)(sinx/x) 濾波器16、 17和一個(gè)低通濾波器18、 19。已濾過(guò)的實(shí)部被輸送至 PID調(diào)節(jié)器20,該P(yáng)ID調(diào)節(jié)器控制數(shù)字頻率合成器，由此閉合相位 控制電if各，該相位控制電路產(chǎn)生載波Til和Tql的正確相位。還產(chǎn) 10生了載波Tq2，在電路22中利用另一PID調(diào)節(jié)器21的輸出信號(hào)調(diào) 制該載波，其包括已低通濾過(guò)的虛部。將電路22的輸出信號(hào)輸送 至振動(dòng)陀螺儀1的輸入端2作為激勵(lì)信號(hào)PD。特別是，根據(jù)各種 前提條件也可以設(shè)置其它調(diào)節(jié)器，如PI調(diào)節(jié)器，來(lái)代替PID調(diào)節(jié) 器。15 為了實(shí)施才艮據(jù)本發(fā)明的方法i殳置了另一力文大器24、施密特(Schmitt)觸發(fā)器25和計(jì)數(shù)器26。它們用作頻率測(cè)量裝置。該微 型控制器27控制^^艮據(jù)本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟并且對(duì)設(shè)計(jì)為 EEPROM的非易失性存儲(chǔ)器28進(jìn)行訪問(wèn)。此夕卜，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明 的方法使用了在多種傳感器電路中均存在的溫度傳感器，該溫度傳20 感器由實(shí)際的傳感器29和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器30構(gòu)成?？偩€系統(tǒng)31 將上述部件4皮此連接，并且將上述部件與數(shù)字頻率合成器10以及 與電^各22連4妄。為了實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，微型控制器27這樣控制數(shù)字頻 率合成器10和電^各22,即之后結(jié)合圖2至4進(jìn)一步描述的激勵(lì)信 25號(hào)被輸送至振動(dòng)陀螺4義1的輸入端2。在此例如通過(guò)中斷時(shí)鐘Til 和Tql來(lái)中斷控制電i 各。9在圖2中示出的實(shí)施例中，將固有頻率F0rt占據(jù)的整個(gè)范圍分 成多個(gè)頻率范圍FBI至FB (n + l)。每個(gè)頻率范圍從頻率Fa延伸 至Fb,其中這些范圍在陰影示出的部分中相重疊。在接通傳感器系 統(tǒng)之后，首先經(jīng)過(guò)頻率范圍Fal至Fbl， 4妾著經(jīng)過(guò)頻率范圍Fa2至 5 Fb2,以及隨后經(jīng)過(guò)頻率范圍Fa3至Fb3。在Fa4至Fb4之間的頻 率范圍中才激勵(lì)具有頻率FOrt的自由振動(dòng)。這借助于計(jì)數(shù)器26(圖 l)來(lái)確定，該計(jì)數(shù)器將所測(cè)量的頻率通知給微型控制器27，接著 將頻率合成器10調(diào)節(jié)至該頻率。在固有頻率可處于13.5kHz與14.5kHz之間的振動(dòng)陀螺儀中， 10例如可以考慮分成十個(gè)頻率范圍，每個(gè)頻率范圍為100Hz,還包括 用于重疊的35Hz。 ^J"于經(jīng)過(guò)一個(gè)頻率范圍所需的時(shí)間，例如10ms 被證明是有效的。在才艮據(jù)圖3的實(shí)施例中，在制造傳感器系統(tǒng)時(shí)的才交準(zhǔn) (Abgleich )過(guò)程中，各個(gè)在多個(gè)試驗(yàn)條件下存在的頻率F0rt被測(cè) 15量并存儲(chǔ)在EEPROM 28 (圖1 )中。在接通傳感器系統(tǒng)且搜索固有 頻率F0rt時(shí)，不再需要考慮固有頻率的同型元件差異 (Exemplarstreuungen )。因此，4臾索過(guò)禾呈^U又還必須要考慮在4交準(zhǔn) 時(shí)相對(duì)于固有頻率的變化。這首先是溫度影響或老化現(xiàn)象。因此在 根據(jù)圖3的實(shí)施例中僅僅設(shè)置了三個(gè)頻率范圍FBI至FB3，該頻率 20范圍覆蓋了 F0tmin與F0tmax之間的固有頻率的變化。此外，在根據(jù)圖4的實(shí)施例中，除了校準(zhǔn)時(shí)的振動(dòng)陀螺儀的固 有頻率之外還要考慮其溫度系數(shù)和在接通時(shí)的溫度。由此在所示的 情況下僅需要經(jīng)過(guò)各一個(gè)頻率范圍，其對(duì)于中間溫度Rt、對(duì)于最小 溫度tmin和最大溫度tmax的^f立置在圖4中示出，這分別通過(guò)頻率 25 F0、 Fa和Fb的指數(shù)可識(shí)別。陰影區(qū)域表示各個(gè)控制電路(PLL電 3各)的覆蓋區(qū)i或(Fangbereich )。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行振動(dòng)陀螺儀的方法，所述振動(dòng)陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個(gè)控制電路的一部分，所述控制電路通過(guò)輸入激勵(lì)信號(hào)以其固有頻率來(lái)激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺儀，其中從所述振動(dòng)陀螺儀獲得輸出信號(hào)，通過(guò)過(guò)濾和放大而由所述輸出信號(hào)導(dǎo)出所述激勵(lì)信號(hào)，其特征在于，在接通具有所述振動(dòng)陀螺儀的傳感器系統(tǒng)之后，這樣來(lái)設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的頻率，即在輸送所述激勵(lì)信號(hào)之前激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺儀進(jìn)行自由振動(dòng)；測(cè)量所述自由振動(dòng)的頻率以及將具有所述測(cè)得的頻率的所述激勵(lì)信號(hào)輸送給所述振動(dòng)陀螺儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于激勵(lì)的信號(hào)經(jīng) 過(guò)至少一個(gè)預(yù)定頻率范圍來(lái)激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺儀，此后切斷所 述信號(hào)并且測(cè)量所形成的自由振動(dòng)的所述頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)沒(méi)有形成自由振 動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)另一頻率范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，這樣選擇這些頻率 范圍，即這些頻率范圍總體上包括所述振動(dòng)陀螺儀的所有可能 的固有頻率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，這樣選擇這些頻率 范圍，即這些頻率范圍包括事先測(cè)量的并在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的固 有頻率，并且包括所述固有頻率的變化范圍在內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，這些 頻率范圍相重疊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，這樣選擇所述頻率 范圍，即所述頻率范圍包括所述振動(dòng)陀螺儀的固有頻率，所述 固有頻率的數(shù)值由所存儲(chǔ)的數(shù)值、其溫度相關(guān)性和在接通時(shí)測(cè) 量的溫度來(lái)計(jì)算。
8. —種傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)具有振動(dòng)陀螺儀，所述振動(dòng) 陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個(gè)控制電路的一部分，所述控 制電路通過(guò)輸入激勵(lì)信號(hào)以其固有頻率來(lái)激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺 儀，其中從所述振動(dòng)陀螺儀獲得輸出信號(hào)，通過(guò)過(guò)濾和放大而 由所述輸出信號(hào)導(dǎo)出所述激勵(lì)信號(hào)，其特征在于，包括裝置(24 至30)，所述裝置可以如下方式4吏得所述控制電路(11至22) 快速起振，即在接通所述傳感器系統(tǒng)(1、 6)之后這樣設(shè)定所 述激勵(lì)信號(hào)的頻率，即在輸送所述激勵(lì)信號(hào)之前激勵(lì)所述振動(dòng) 陀螺儀(1 )進(jìn)行自由振動(dòng)，測(cè)量所述自由振動(dòng)的頻率以及將 具有所述測(cè)得頻率的激勵(lì)信號(hào)輸送給所述振動(dòng)陀螺儀(1 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置包 括頻率測(cè)量裝置(24、 25、 26)、具有非易失性存儲(chǔ)器(28) 的微型控制器(27)和頻率合成器(10)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于， 用于激勵(lì)的信號(hào)經(jīng)過(guò)至少 一 個(gè)預(yù)定頻率范圍來(lái)激勵(lì)所述振動(dòng) 陀螺4義(1 ),此后切斷所述信號(hào)并且測(cè)量所形成的自由振動(dòng)的 所述頻率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)沒(méi)有形 成自由^f展動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)另一頻率范圍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，這樣選擇 這些頻率范圍，即這些頻率范圍總體上包括所述振動(dòng)陀螺儀(1)的所有可能的固有頻率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，這樣選擇 這些頻率范圍，即這些頻率范圍包括事先測(cè)量的并在存儲(chǔ)器(28 )中存儲(chǔ)的固有頻率并且包括所述固有頻率的變化范圍在 內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在 于，這些頻率范圍相重疊。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，這樣選擇 所述頻率范圍，即所述頻率范圍包括所述振動(dòng)陀螺4義(1)的 固有頻率，所述固有頻率的數(shù)值由所存儲(chǔ)的數(shù)值、其溫度相關(guān) 性和在4妄通時(shí)測(cè)量的溫度來(lái)計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行振動(dòng)陀螺儀的方法以及涉及一種具有振動(dòng)陀螺儀的傳感器系統(tǒng)，該振動(dòng)陀螺儀構(gòu)成共振器并且是至少一個(gè)控制電路的一部分，該控制電路通過(guò)輸入激勵(lì)信號(hào)以其固有頻率來(lái)激勵(lì)振動(dòng)陀螺儀，其中從振動(dòng)陀螺儀獲得輸出信號(hào)，通過(guò)過(guò)濾和放大而由輸出信號(hào)導(dǎo)出激勵(lì)信號(hào)，其中，在接通具有所述振動(dòng)陀螺儀的傳感器系統(tǒng)之后，這樣來(lái)設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的頻率，即在輸送所述激勵(lì)信號(hào)之前激勵(lì)所述振動(dòng)陀螺儀進(jìn)行自由振動(dòng)；測(cè)量所述自由振動(dòng)的頻率以及將具有所述測(cè)得的頻率的所述激勵(lì)信號(hào)輸送給所述振動(dòng)陀螺儀。
文檔編號(hào)G01C25/00GK101263364SQ200680033420
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者拉斐爾·邁爾-韋格林, 海因茨-維爾納·莫雷爾 申請(qǐng)人:威迪歐汽車(chē)電子股份公司