DE102016102927B4

DE102016102927B4 - Sensorfehlererfassung

Info

Publication number: DE102016102927B4
Application number: DE102016102927.0A
Authority: DE
Inventors: Gavin P. Cosgrave; Jochen Schmitt; Dermot G. O'Keeffe
Original assignee: Analog Devices Global ULC; Sensitec GmbH
Current assignee: Sensitec GmbH; Analog Devices International ULC
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-02-20
Also published as: CN105910637A; GB2538342B; DE102016102927A1; US20160245677A1; GB2538342A; CN105910637B; US10309803B2; GB201602899D0

Abstract

Gerät zur Sensorfehlererfassung, wobei das Gerät Folgendes aufweist: einen ersten Kanal, der ein erstes Magnetsensorelement aufweist, wobei der erste Kanal ausgebildet ist, um erste Kanaldaten bereitzustellen, einen zweiten Kanal, der ein zweites Magnetsensorelement aufweist, wobei der zweite Kanal ausgebildet ist, um zweite Kanaldaten bereitzustellen, einen dritten Kanal, der ausgebildet ist, um ein erstes Signal von dem ersten Sensorelement und ein zweites Signal von dem zweiten Sensorelement zu empfangen, wobei der dritte Kanal ausgebildet ist, um dritte Kanaldaten bereitzustellen, und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: erste Kanaldaten von dem ersten Kanal, zweite Kanaldaten von dem zweiten Kanal, und die dritten Kanaldaten zu empfangen, erwartete dritte Kanaldaten aus den ersten Kanaldaten und den zweiten Kanaldaten zu berechnen, und einen Sensorfehler mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich der erwarteten dritten Kanaldaten mit den dritten Kanaldaten zu erfassen.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. § 119(e) die vorläufige U.S.-Anmeldung Nr. 62/118,963, eingereicht am 20. Februar 2015 mit dem Titel „DETECTING SENSOR ERROR”, die hiermit durch Verweis vollständig aufgenommen wird.
STAND DER TECHNIK
Technisches Gebiet
Die beschriebene Technologie betrifft im Allgemeinen Sensoren und insbesondere Geräte und Verfahren zum Erfassen von Sensorfehlern durch diverse Kombinationen von Sensorelementen.
Beschreibung des Stands der Technik
Magnetsensoren können umgesetzt werden, um lineare oder kreisförmige Positions- oder Winkelinformationen eines mechanischen Bauteils, wie zum Beispiel einer Welle, bei diversen Anwendungen, darunter ein Kraftfahrzeuglenksystem, zu erhalten. Magnetsensorelemente, die bei magnetischen Winkelsensoren verwendet werden, weisen oft wechselnde Empfindlichkeitsniveaus und Nichtlinearitätsfehler zum Beispiel aufgrund von Temperaturwechsel auf, und es ist wünschenswert, einen Sensorfehlererfassungsmechanismus für Magnetsensoren umzusetzen.
DE 10 2004 041 559 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Erkennen einer Winkelposition. Ein Magnet ist an einer Welle angeordnet. Drei Magnetsensoren sind um den Magneten herum angeordnet. Die Anordnung ist so gewählt, dass wenn der dritte Sensor bezüglich seiner Ausgangscharakteristik an einem Wendepunkt ist, sich die Signale des ersten und des zweiten Sensors gleich schnell ändern sollten. Diese Änderung wird verwendet, um zu überprüfen, ob die Vorrichtung korrekt arbeitet.
US 2008/0234891 A1 offenbart ein Steuerungssystem mit zwei Positionssensoren. Das System schätzt Winkel basierend auf den Messwerten des ersten Sensors alleine, des zweiten Sensors alleine und einer Kombination der Messwerte des ersten und des zweiten Sensors. Wenn die drei so ermittelten Schätzwerte keine hinreichende Übereinstimmung haben, wird ein Fehler ausgegeben.
DE 101 01 174 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments und eines Winkels bei der Lenkradbewegung in einem Fahrzeug.
DE 102 11 017 A1 offenbart ein sog. ”Steer by wire”-Lenksystem. Bei diesem System sind drei Sensoren für drei Einzelteile des Lenksystems bereitgestellt. Diese Teile sind über Zahnräder verbunden, so dass die entsprechenden Winkelpositionen bestimmt werden können.
DE 10 2007 037 639 A1 offenbart ein Lenksystem, welches auf ein Drehmoment sowie einen Drehwinkel eines Lenkrads reagiert. Die Messwerte der Positionssensoren werden überwacht, um zu überprüfen, ob die Sensoren noch zuverlässige Messwerte ausgeben.
DE 198 34 454 A1 offenbart ein Lenksystem, bei dem ein Fehler durch eine Überprüfung erkannt wird, ob ein Messwert eines Sensors außerhalb eines normalen Messbereichs liegt.
KURZDARSTELLUNG BESTIMMTER ERFINDERISCHER ASPEKTE
Die Verfahren und Vorrichtungen der beschriebenen Technologie haben jeweils mehrere Aspekte, von welchen keiner allein für seine wünschenswerten Attribute verantwortlich ist.
Eine Ausführungsform ist ein Gerät zur Sensorfehlererfassung, wobei das Gerät einen ersten Kanal aufweist, der ein erstes Magnetsensorelement aufweist, wobei der erste Kanal ausgebildet ist, um erste Kanaldaten bereitzustellen, einen zweiten Kanal, der ein zweites Magnetsensorelement aufweist, wobei der zweite Kanal ausgebildet ist, um zweite Kanaldaten bereitzustellen, einen dritten Kanal, der ausgebildet ist, um ein erstes Signal von dem ersten Sensorelement und ein zweites Signal von dem zweiten Sensorelement zu empfangen, wobei der dritte Kanal ausgebildet ist, um dritte Kanaldaten bereitzustellen, und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, um erste Kanaldaten von dem ersten Kanal, zweite Kanaldaten von dem zweiten Kanal und dritte Kanaldaten zu empfangen, erwartete dritte Kanaldaten aus den ersten Kanaldaten und den zweiten Kanaldaten zu berechnen und einen Sensorfehler mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich der erwarteten dritten Sensordaten mit den dritten Kanaldaten zu erfassen.
Das erste und das zweite Sensorelement können ein magnetoresistiver Sensor sein. Das erste und das zweite Sensorelement können zum Beispiel anisotrope Magnetwiderstand(AMR)-Sensoren, Giant magnetoresistive Sensoren (GMR) oder magnetoresistive Sensoren mit Tunneleffekt (TMR) sein. Der Prozessor kann ferner konfiguriert sein, um einen Winkel und einen Radius mindestens teilweise basierend auf den ersten Sensordaten und den zweiten Sensordaten zu bestimmen, erwartete dritte Sensordaten mindestens teilweise basierend auf dem Winkel und dem Radius berechnen, und den Sensorfehler durch Vergleichen der erwarteten dritten Sensordaten mit den dritten Sensordaten zu erfassen. Das erste Sensorelement kann eine erste Vollbrücke aufweisen, und das zweite Sensorelement kann eine zweite Vollbrücke aufweisen, und das erste Signal ist ein Ausgang von der ersten Vollbrücke und das zweite Signal ist ein Ausgang von der zweiten Vollbrücke. Das dritte Signal ist ein Ausgang aus einer Halbbrücke der ersten Vollbrücke und einer Halbbrücke der zweiten Vollbrücke. Der erste Erfassungskanal kann ausgebildet sein, um zwei Halbbrückenausgänge der ersten Vollbrücke zu verarbeiten, und der zweite Erfassungskanal ist ausgebildet, um zwei Halbbrückenausgänge der zweiten Vollbrücke zu verarbeiten.
Der erste, zweite und dritte Erfassungskanal können ferner einen Verstärker und eine Abtastschaltung aufweisen. Der erste und der zweite Erfassungskanal können in einem einzigen Die verkörpert sein. Das erste und das zweite Sensorelement können gemeinsam angeordnet sein. Das erste und das zweite Element können ausgebildet sein, um einen Differenzausgang bereitzustellen Das Gerät kann ausgebildet sein, um ein Fehlerflag als Reaktion darauf, dass der erfasste Fehler einen Schwellenwert erfüllt, bereitzustellen. Eine andere Ausführungsform kann ein elektronisches Servolenkungssystem sein, das das oben erwähnte Gerät zur Sensorfehlererfassung aufweist.
Eine andere Ausführungsform ist ein Verfahren zur Sensorfehlererfassung, wobei das Verfahren das Empfangen erster Sensordaten von einem ersten Kanal und zweiter Sensordaten von einem zweiten Kanal, das Bestimmen eines Winkels und eines Radius mindestens teilweise basierend auf den ersten Sensordaten und den zweiten Sensordaten, das Berechnen der erwarteten dritten Sensordaten mindestens teilweise basierend auf dem Winkel und dem Radius, und die Sensorfehlererfassung mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich der erwarteten dritten Sensordaten mit den dritten Sensordaten aufweist. Der erste Kanal weist ein erstes Magnetsensorelement auf. Der zweite Kanal weist ein zweites Magnetsensorelement auf, wobei das zweite Magnetsensorelement in einem ersten Winkel in Bezug auf das erste Sensorelement ausgerichtet ist. Der dritte Kanal ist ausgebildet, um ein erstes Signal von dem ersten Magnetsensorelement und ein zweites Signal von dem zweiten Magnetsensorelement zu empfangen.
Das Verfahren zur Sensorfehlererfassung kann ferner das Bestimmen des Winkels aufweisen, was das Berechnen des Winkels unter Verwenden einer arctan-Funktion aufweist. Das Verfahren kann ferner das Bereitstellen eines Fehlerflags als Reaktion darauf, dass der erfasste Fehler einen Schwellenwert erfüllt, aufweisen. Das erste und das zweite Sensorelement können jeweils ein anisotroper Magnetwiderstand(AMR)-Sensor sein. Der erste Winkel kann etwa 45 Grad betragen.
Eine andere Ausführungsform ist ein Gerät zur Sensorfehlererfassung, wobei das Gerät ein erstes Magnetsensorelement aufweist, das eine erste Vollbrücke aufweist, die zwei Halbbrückenausgänge hat, ein zweites Magnetsensorelement, das eine zweite Vollbrücke aufweist, die zwei Halbbrückenausgänge hat, drei Differenzverstärker und einen Prozessor in Kommunikation mit den drei Differenzverstärkern. Jeder der drei Differenzverstärker ist ausgebildet, um zwei Signale von den Halbbrücken des ersten Magnetsensorelements und des zweiten Magnetsensorelements zu empfangen, und wobei jeder der Differenzverstärker ausgebildet ist, um unterschiedliche Kombinationen der Halbbrückensignale zu empfangen. Der Prozessor ist konfiguriert, um Daten in Zusammenhang mit Ausgängen von zwei der drei Differenzverstärker zu empfangen, erwartete Daten in Zusammenhang mit einem Ausgang des dritten der drei Differenzverstärker basierend auf den empfangenen Daten zu berechnen, Sensorfehler mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich der erwarteten Daten in Zusammenhang mit dem Ausgang des dritten Differenzverstärkers und Daten in Zusammenhang mit einem Ausgang des dritten Differenzverstärkers zu erfassen. Das erste Magnetsensorelement und das zweite Magnetsensorelement können an etwa 45 Grad zueinander ausgerichtet sein, wenn sie AMR-Sensoren sind. Das erste Magnetsensorelement und das zweite Magnetsensorelement können an etwa 90 Grad zueinander ausgerichtet sein, wenn sie GMR-Sensoren oder TMR-Sensoren sind.
Eine andere Ausführungsform ist ein Gerät zur Sensorfehlererfassung, wobei das Gerät einen ersten Kanal, der ein erstes Magnetsensorelement aufweist, das eine erste Vollbrücke aufweist, die zwei Halbbrückenausgänge hat, einen zweiten Kanal, der ein zweites Magnetsensorelement aufweist, das eine zweite Vollbrücke aufweist, die zwei Halbbrückenausgänge hat, einen dritten Kanal, der ausgebildet ist, um ein erstes Signal von einem der Halbbrückenausgänge der ersten Vollbrücke zu empfangen und ein zweites Signal von einem der Halbbrückenausgänge der zweiten Vollbrücke zu empfangen, und einen Prozessor aufweist. Der Prozessor ist konfiguriert, um erste Kanaldaten von dem ersten Kanal, zweite Kanaldaten von dem zweiten Kanal und dritte Kanaldaten von dem dritten Kanal zu empfangen. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, um einen ersten Wert aus zwei der ersten Kanaldaten, zweiten Kanaldaten und dritten Kanaldaten zu berechnen und einen zweiten Wert von zwei anderen der ersten Kanaldaten, zweiten Kanaldaten und dritten Kanaldaten zu berechnen, und Sensorfehler mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich des ersten Werts mit dem zweiten Wert zu erfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese Zeichnungen und die dazugehörende Beschreibung werden bereitgestellt, um spezifische Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen, und bezwecken nicht, einschränkend zu sein.
1A ist eine Skizze einer beispielhaften Umsetzung der hier offenbarten Technologie gemäß einer Ausführungsform.
1B ist eine Skizze einer beispielhaften Umsetzung der Erfassungsschaltung 102 der 1A gemäß einer Ausführungsform.
1C ist eine Skizze einer beispielhaften Umsetzung der Erfassungsschaltung 102 der 1A teilweise gemäß einer anderen Ausführungsform.
2A ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Umsetzung, die drei Kanäle und einen Prozessor gemäß einer Ausführungsform aufweist.
2B ist ein Blockschaltbild einer anderen beispielhaften Umsetzung, die drei Kanäle und einen Prozessor gemäß einer Ausführungsform aufweist.
2C ist ein Blockschaltbild einer anderen beispielhaften Umsetzung, die drei Kanäle und einen Prozessor gemäß einer Ausführungsform aufweist.
2D ist eine Skizze einer beispielhaften Erfassungsschaltungskonfiguration gemäß einer Ausführungsform.
2E ist eine Skizze einer anderen beispielhaften Erfassungschaltungskonfiguration gemäß einer Ausführungsform.
3A ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Umsetzung des Fehlererfassungsverfahrens, das hier beschrieben ist, gemäß einer Ausführungsform.
3B ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Umsetzung des Fehlererfassungsverfahrens, das hier beschrieben ist, gemäß einer anderen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Diverse Aspekte dieser neuen Systeme, Geräte und Verfahren werden unten ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Aspekte dieser Offenbarung können jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden und sollten nicht als auf irgendeine spezifische Struktur oder Funktion, die in dieser Offenbarung präsentiert wird, begrenzt ausgelegt werden. Diese Aspekte werden vielmehr bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Geltungsbereich der Offenbarung für den Fachmann vollständig vermittelt. Basierend auf den hier gegebenen Lehren, sollte ein Fachmann verstehen, dass der Geltungsbereich der Offenbarung bezweckt, beliebige Aspekte der neuen Systeme, Geräte und Verfahren, die hier offenbart sind, zu decken, ob sie nun unabhängig oder kombiniert mit irgendeinem anderen Aspekt umgesetzt werden. Ein Gerät kann zum Beispiel umgesetzt und ein Verfahren praktiziert werden, indem irgendeine Anzahl von Aspekten, die hier dargelegt ist, verwendet wird. Zusätzlich soll der Geltungsbereich ein solches Gerät oder Verfahren einschließen, das unter Verwenden einer anderen Struktur, Funktionalität oder Struktur und Funktionalität zusätzlich zu oder die anders ist als die diversen Aspekte, die hier dargelegt sind, praktiziert wird. Man muss verstehen, dass irgendein Aspekt, der hier offenbart ist, durch ein oder mehrere Elemente eines Anspruchs verkörpert werden kann.
Obwohl besondere Aspekte hier beschrieben sind, fallen viele Variationen und Vertauschungen dieser Aspekte in den Geltungsbereich der Offenbarung. Obwohl einige Nutzen und Vorteile der bevorzugten Aspekte erwähnt sind, soll der Geltungsbereich der Offenbarung nicht auf besondere Nutzen, Verwendungen oder Zielsetzungen begrenzt sein. Aspekte der Offenbarung sind vielmehr dazu bestimmt, umfassend an unterschiedliche verdrahtete und drahtlose Technologien, Systemkonfigurationen, Netzwerke, darunter optische Netzwerke, Festplatten und Übertragungsprotokolle, von welchen einige beispielhaft in den Figuren und in der folgenden Beschreibung der bevorzugten Aspekte veranschaulicht sind, anwendbar zu sein. Die ausführliche Beschreibung und Zeichnungen sind nur für die Offenbarung veranschaulichend und nicht einschränkend, wobei der Geltungsbereich der Offenbarung durch die anliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente angeben können. Es ist klar, dass Elemente, die in den Figuren veranschaulicht sind, nicht unbedingt maßstabgerecht gezeichnet sind. Außerdem ist klar, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente als in einer Zeichnung veranschaulicht und/oder einen Subsatz der in einer Zeichnung veranschaulichten Elemente aufweisen können. Ferner können einige Ausführungsformen irgendeine geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Bei einigen Ausführungsformen kann die vorliegende Offenbarung an ein Gerät angewandt werden, das eine drehende Welle hat, das ein oder mehr magnetische Elemente, wie zum Beispiel Dipol- oder Ringmagnete aufweist. Eine Messung des Magnetfelds durch die Sensorelemente kann verwendet werden, um den Rotationswinkel der Welle und einen Radius, der zum Beispiel für synchrone Multikanal-Sensorausgänge repräsentativ ist, zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen kann der magnetische Rotationswinkel ANGLE_MAG berechnet werden als:
und der Sensorausgangsradius V_RAD kann bestimmt werden als:
wobei V_SIN und V_COS jeweilige Ausgangsspannungen von zwei Kanälen sind, die jeweilige Sensorelemente haben, zum Beispiel mit ihren Sensorelementen in einem physischen Winkel von etwa 45° zueinander ausgerichtet, wobei der Sensorausgangsradius V_RAD eine Spannung ist, die für synchronisierte Ausgänge der zwei Kanäle repräsentativ sind, die jeweilige Sensorelemente haben, und wobei V_REF die Referenzspannung ist, die an die Sensorelemente angelegt wird. Jeder der Brückenausgänge kann eine sinusförmige Antwort auf den magnetischen Winkel haben, und bei Ausführungsformen, die erste und zweite Sensorelemente haben, die um etwa 45° zueinander ausgerichtet sind, können die zwei Brückenausgänge durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden: V_SIN = V_RAD × sin(2 × ANGLE_MAG × π/180) (Gleichung 3) V_COS = V_RAD × sin(2 × (ANGLE_MAG + 45°) × π/180) (Gleichung 4) wobei V_SIN und V_COS Vollbrückenausgänge der zwei Kanäle sind.
Der Sensorausgangsradius V_RAD kann bei einer gegebenen Temperatur im Wesentlichen konstant sein, wenn die zwei Kanaldaten (V_SIN und V_COS) synchronisiert sind, und eine signifikante Abweichung von der berechneten Radiusspannung bei einer gegebenen Temperatur kann auf einen Fehler oder einen Defekt in dem System hinweisen. Bei anderen Ausführungsformen kann die hier offenbarte Fehlererfassung an ein Gerät angewandt werden, das andere Parameter als einen Rotationswinkel misst, wie zum Beispiel eine Länge oder einen Strom.
1A zeigt eine Skizze einer beispielhaften Umsetzung der hier offenbarten Technologie gemäß einer Ausführungsform. Die veranschaulichte Umsetzung 100 weist eine Welle 106, einen Magnet 104 und eine Erfassungsschaltung 102 auf. Ein Rotationswinkel 108 ist ebenfalls in 1A veranschaulicht. Ausführungsformen der Erfassungsschaltung 102 sind ferner in Verbindung mit den 1B bis 2B unten beschrieben. Der Magnet 104 kann an der drehenden Welle 106 befestigt sein. Die drehende Welle 106 kann bei bestimmten Umsetzungen zu einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs gehören. Die Erfassungsschaltung 102 kann Änderungen der Position des Magnets 104 erfassen und eine Angabe der Drehung der drehenden Welle 106 bereitstellen.
Bei Ausführungsformen, die magnetische Elemente auf einer drehenden Welle (zum Beispiel der Welle 106) aufweisen, können Magnetsensoren, wie zum Beispiel anisotrope magnetoresistive Sensoren (AMR), Giant magnetoresistive Sensoren (GMR) oder magnetoresistive Sensoren mit Tunneleffekt (TMR) oder irgendwelche geeigneten magnetoresistiven Sensoren (XMR) als Sensorelemente verwendet werden, um das offenbarte Gerät und/oder die offenbarten Verfahren umzusetzen. Bei einigen Ausführungsformen können die Magnetsensoren das Magnetfeld basierend auf der Änderung der Resistivität, die zu dem senkrechten Magnetfeld proportional ist, messen. Unter Verwendung von Magnetsensoren, wie zum Beispiel AMR-Sensoren, und diverser Kombinationen von Sensorelementen des Magnetsensors, kann ein Fehler gemäß Aspekten dieser Offenbarung erfasst werden. Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, können zum Beispiel Herausforderungen in Zusammenhang mit Sensorfehlern aufgrund von Kurzschließen resistiver Sensorelemente von AMR-Sensoren, elektrostatischem Entladungs(ESD)-Lecken von Ausgangsschaltung(en), Schäden an einem oder mehreren Filtern (zum Beispiel elektromagnetische Verträglichkeits(EMV)-Filter), Verstärkungsfehlern, Nichtlinearitätsfehlern, dergleichen oder irgendeine Kombination davon überwinden.
Bei anderen Ausführungsformen können andere Typen von Sensorelementen, die Positionsinformationen von einem Differenz-Sin- und/oder Cos-Ausgang erhalten, verwendet werden, um das Fehlererfassungsgerät und Verfahren, die hier beschrieben sind, umzusetzen. Elemente, wie zum Beispiel ein Resolver, Halleffekt-Sensorelemente, optische Sensorelemente, dergleichen oder irgendeine Kombination dieser können verwendet werden. Ferner kann die Offenbarung zum Beispiel Sensorfehler-Selbstprüfung ungeachtet von Sensorvariationen aufgrund von Temperatur bereitstellen.
Aspekte dieser Offenbarung können in einem magnetischen Winkelsensor umgesetzt werden, der zum Beispiel die Erfassungsschaltung 102 aufweist. Ein solcher Magnetsensor kann AMR-Sensorelemente, Signalaufbereitungselektronik und eine Schnittstelle aufweisen. Bei einer Anwendung kann die Schnittstelle eine Schnittstelle eines peripheren Beschleunigungssensors (PAS) sein, wie zum Beispiel eine PAS4-Schnittstelle für entfernte Beschleunigungsmesser, die zur Airbagauffaltung in Fahrzeugen verwendet wird, zur Kommunikation mit einer elektronischen Host-Steuereinheit (ECU) sein. Der magnetische Winkelsensor kann in einem elektrischen Servolenkungssystem (ePAS-System) eines Kraftfahrzeugs umgesetzt werden. Ein solches System hat eine funktionale Sicherheitsspezifikation, die in Übereinstimmung mit ISO-26262, einem funktionalen Sicherheitsstandard für Straßenfahrzeuge, definiert ist. Die Konzepte und Vorteile, die hier besprochen werden, können umgesetzt werden, um Winkel- und/oder Radiusmessungen (zum Beispiel die Drehung der Welle 106, die mit einem Lenkrad verbunden ist) in einem ePAS-System zu prüfen, um eine Funktionssicherheitsspezifikation zu erfüllen. In anderen Fällen kann die veranschaulichte Umsetzung 100 in anderen Systemen verwendet werden, die anderen Spezifikationen oder Standards entsprechen, oder in Systemen, die relativ niedrige Fehler bei und/oder robustes Gegenprüfen von Winkelerfassung erfordern. Bei einigen Ausführungsformen können die Erfassungsbereiche magnetischer, mechanischer und/oder elektrischer Winkel voneinander unterschiedlich sein. Bei einer Ausführungsform, die AMR-Sensoren verwendet, wie in der Erfassungsschaltung 102 der 1A veranschaulicht, kann zum Beispiel eine 90°-Drehung des elektrischen Winkels einer 45°-Drehung des magnetischen Winkels entsprechen.
Wie hier beschrieben, kann „elektrischer Winkel” als der Winkel verstanden werden, der aus arctan(V_SIN/V_COS) berechnet wird, und, wie oben beschrieben, kann „magnetischer Winkel” als ANGLE_MAG, berechnet gemäß der oben stehenden Gleichung 1 verstanden werden. Der „magnetische Winkel” kann der „elektrische Winkel” dividiert durch 2 sein. Wie hier beschrieben, kann „mechanischer Winkel” ferner als der Winkel verstanden werden, der basierend auf dem Magnetkonzept bestimmt wird, was in einer mechanisch-zu-magnetisch-Winkeltransferfunktion wiedergegeben werden kann. Bei Ausführungsformen, die einen Magnet mit einem einzigen Polpaar verwenden, sind der „mechanische Winkel” und der „magnetische Winkel” gleich. Bei Ausführungsformen, die einen Multipol-Magnet verwenden, wie zum Beispiel einen Polring, kann der „mechanische Winkel” als (ANGLE_MAG/N) ausgedrückt werden, wobei N die Anzahl von Polpaaren ist.
1B zeigt eine Skizze einer beispielhaften Umsetzung der Erfassungsschaltung 102 der 1A gemäß einer Ausführungsform. Eine Erfassungsschaltung kann eine Mehrzahl von Halbbrücken haben, und die beispielhafte Erfassungsschaltung 102, die in 1B veranschaulicht ist, weist ein System aus Halbbrücken auf, das Sensorelemente von zwei Vollbrücken (oder vier Halbbrücken) und vier Halbbrückenausgänge V1, V2, V3 und V4 hat. Eine Mehrzahl von Halbbrücken (oder Vollbrücken, die gepaarte Halbbrücken sind) des Halbbrückensystems kann in einem Winkel in Bezug zueinander ausgerichtet und ausgebildet sein, um auf ein Magnetfeld in unterschiedliche Richtungen zu reagieren. In 1B sind die Vollbrücken in einem Winkel von 45° in Bezug zueinander ausgerichtet. Ein Sensorelement, das in einem Winkel in Bezug auf ein anderes Sensorelement ausgerichtet ist, enthält das Ausgerichtetsein an irgendeinem geeigneten Winkel nicht gleich null in Bezug auf ein anderes Sensorelement. Wie unten ausführlicher beschrieben, kann eine Mehrzahl von Kombinationen der Halbbrückenausgänge verwendet werden, um den Rotationswinkel und/oder den Sensorradius zu bestimmen und Sensorfehler zu erfassen. Bei diversen Umsetzungen von Halbbrückensystemen können eine oder mehrere Kombinationen der Halbbrückenausgänge voneinander abhängen, und eine Mehrzahl nicht voneinander abhängende Halbbrückenkombinationen kann ausgewählt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das Halbbrückensystem mehr oder weniger Halbbrücken als bei der Ausführungsform, die in 1B veranschaulicht ist, aufweisen.
Bei dem in 1B veranschaulichten Beispiel ist es möglich, jedes der Vollbrückenelemente als zwei Halbbrücken zu behandeln. In 1B wurde jeder der Widerstände in den Brücken gekennzeichnet. Bei der folgenden Beschreibung wird die Vollbrücke, die aus Widerständen R1 bis R4 besteht, Brücke 1 genannt, und die Vollbrücke, die aus Widerständen R5 bis R8 besteht, wird Brücke 2 genannt. Jeder der Widerstände in der Brücke entspricht wie unten gezeigt einem Magnetwinkel: Brücke 1: R_x = R ± ΔR·sin(2α) Brücke 2: R_x = R ± ΔR·sin(2(α + 45)) wobei α der magnetische Stimulationswinkel ist, der zum Beispiel mit dem Rotationswinkel 108 der 1A korrelieren kann, und R kann den Nennwiderstandswert jedes Widerstands in der Brücke darstellen. Das Halbbrückensystem kann wie in der folgenden Tabelle angegeben benannt werden:

Name der Halbbrücke Widerstände

HB1 R1, R3

HB2 R2, R4

HB3 R5, R7

HB4 R6, R8

Tabelle 1: Halbbrückenbenennungsvereinbarung
Falls der Sensor als zwei Vollbrücken behandelt wird, sind mindestens zwei Teile nützlicher Informationen verfügbar, nämlich (V2–V1) und (V4–V3).
Falls der Sensor als ein Satz von Halbbrücken behandelt wird, hat man sechs Teile verfügbarer Informationen, wie in Tabelle 2 unten zusammengefasst.

Name der Kombinationsspannung Ausgangskombination

V_B1 V2–Vl

V_B2 V4–V3

V_B3 V3–V1

V_B4 V4–V2

V_B5 V3–V2

V_B6 V4–V1

Tabelle 2: Halbbrücken-Kombinationsspannungsbenennungsvereinbarung
Die Spannungen an Knoten, die Ausgänge V1 bis V4 der Halbbrücken bereitstellen, können wie unten gezeigt sein:
In den Gleichungen 5 bis 8 kann V_REF eine Referenzspannung darstellen, die an die Sensorelemente angelegt wird, und R kann den Nennwiderstandswert jedes Widerstands in der Brücke darstellen.
In der Schaltung, die in 1B veranschaulicht ist, sollten V_B1 und V_B2 gleich sein wie wenn der Sensor als zwei Vollbrücken behandelt wird.
V_B1 kann wie in den Gleichungen 9 und 10 gezeigt berechnet werden:
V_B2 kann wie in den Gleichungen 11 und 12 gezeigt berechnet werden:
Die zusätzlichen Informationen, die von den Halbbrücken verfügbar sind, können wie unten gezeigt sein, und V_B3 kann wie in den Gleichungen 13 und 14 gezeigt berechnet werden:
Um den Ausdruck von V_B3 zu vereinfachen, kann die folgende trigonometrische Identität verwendet werden:
Daher kann V_B3 ferner wie in den Gleichungen 16, 17 und 18 gezeigt berechnet werden:
V_B4 kann wie in den Gleichungen 19 und 20 gezeigt berechnet werden:
Um den Ausdruck von V_B4 zu vereinfachen, kann die folgende trigonometrische Identität verwendet werden:
Daher kann V_B4 ferner wie in den Gleichungen 22, 23 und 24 gezeigt berechnet werden:
V_B5 kann wie in den Gleichungen 25 und 26 gezeigt berechnet werden:
Um den Ausdruck von V_B5 zu vereinfachen, kann die folgende trigonometrische Identität verwendet werden:
Daher kann V_B5 ferner wie in den Gleichungen 28, 29 und 30 gezeigt berechnet werden:
V_B6 kann wie in den Gleichungen 31 und 32 gezeigt berechnet werden:
Um den Ausdruck von V_B6 zu vereinfachen, kann die folgende trigonometrische Identität verwendet werden:
Daher kann V_B6 ferner wie in den Gleichungen 34, 35 und 36 gezeigt berechnet werden:
Bei allen oben stehenden Berechnungen kann der Radius wie folgt berechnet werden:
Unter weiterer Bezugnahme auf 1B, gibt es eine Anzahl von Verfahren, um die zusätzlichen Teile von Informationen von den Halbbrücken zu verwenden. Ein Verfahren besteht darin, die zusätzlichen Informationen zu verwenden, um die Primärkanaldaten zu prüfen. Beim Verwenden dieses Verfahrens, können der Winkel und der Radius aus V_B1 und V_B2 berechnet werden. Die erwarteten Werte für eine oder mehrere von VB3 bis V_B6 könnten basierend auf dem Winkel und Radius berechnet werden, die aus V_B1 und V_B2 bestimmt werden. Ein analoger Hilfskanal, der mehrere Wege, einen einzelnen gemultiplexten Weg oder einen einzelnen Weg, der Ausgänge von Halbbrücken unterschiedlicher Vollbrücken empfängt, könnte dann verwendet werden, um V_B3 bis V_B6 zu bestimmen, und die Ausgänge jeder Messung könnten mit dem erwarteten Wert verglichen werden. Aus den Gleichungen für V_B3 bis V_B6 erkennt man, dass diese Werte durch Berechnen von zwei dieser Werte aus Sensordaten und dann Ableiten der anderen zwei Werte von den zwei aus Sensordaten berechneten Werten bestimmt werden können, da V_B4 zu V_B3 additiv invers ist, und V_B6 zu V_B5 additiv invers ist.
1C zeigt teilweise eine Skizze einer anderen beispielhaften Umsetzung der Erfassungsschaltung 102 der 1A. Ein Halbbrückensystem, das mehr als fünf Halbbrücken als seine Sensorelemente hat, kann ausgebildet werden, um zu bestimmen, welche Halbbrücke zum Beispiel defekt ist oder einen Fehler erzeugt. In 1C hat die Erfassungsschaltung, die XMR-Sensorelemente hat, drei Vollbrücken (sechs Halbbrücken), die jeweils in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind. Bei diesem Beispiel sind die drei Vollbrücken an physischen Winkeln von 120° zueinander ausgerichtet. Andere Ausführungsformen können eine unterschiedliche Anzahl von Sensorelementen (das heißt Voll-/Halbbrücken) an unterschiedlichen relativen Ausrichtungswinkeln (zum Beispiel 22,5°, 45°, 90°) aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Widerstand, der mit den Widerständen nahe aneinander und/oder verschachtelt zusammenpasst, vorteilhaft sein.
2A ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Umsetzung gemäß einer Ausführungsform. Die veranschaulichte Schaltung 200a weist Sensorelemente 102a und 102b auf, die Teil der Erfassungsschaltung 102 sein können, die oben in Verbindung mit den 1A–1C beschrieben ist, einen Multiplexer 202 und einen Prozessor 210, der diverse Funktionen, die hier beschrieben sind, ausführt. Die veranschaulichte Schaltung 200a weist ferner Differenzverstärker 204a, 204b und 204c, Abtastschaltungen 206a, 206b und 206c, Filter 220 und eine Schnittstelle 222 auf. Ein Kanal kann einen Verstärker, eine Abtastschaltung und/oder irgendwelche andere Schaltungen aufweisen, um Signale von der Erfassungsschaltung 102 in einem Signalweg zu dem Prozessor 210 zu verarbeiten. Bei einigen Ausführungsformen kann ein erster Kanal das Sensorelement 102a, den Verstärker 204a, die Abtastschaltung 206a, mindestens einen Teil der Filter 220 und mindestens einen Teil der Schnittstelle 222 aufweisen. Ein zweiter Kanal kann das Sensorelement 102b, den Verstärker 204b, die Abtastschaltung 206b, mindestens einen Teil der Filter 220 und mindestens einen Teil der Schnittstelle 222 aufweisen. Ein dritter Kanal kann den Multiplexer 202, den Verstärker 204c, die Abtastschaltung 206c, mindestens einen Teil der Filter 220 und mindestens einen Teil der Schnittstelle 222 wie in 2A gezeigt aufweisen. Der dritte Kanal kann alternativ ohne den Multiplexer 202, wie in 2C gezeigt umgesetzt werden. Obwohl dies in den 2A–2C nicht veranschaulicht ist, können Signale von den Sensorelementen 102a und 102b, wie hier beschrieben, Signale direkt von den Sensorelementen 102a und 102b oder über ein oder mehrere eingreifende Schaltelemente, die auf die Sensorelemente 102a und 102b folgen, sein, wie zum Beispiel die eine oder mehreren Vorverarbeitungs- oder eingreifenden Schaltungen, die in 2E veranschaulicht und unten beschrieben sind.
Die Abtastschaltungen 206a, 206b und 206c können jeweils zum Beispiel einen Analog-Digitalwandler (ADC), wie zum Beispiel einen Sigma-Delta-ADC aufweisen. Zu bemerken ist, dass die 2A–2C keine physische Ausrichtung der Sensorelemente 102a und 102b zeigen, da die Sensorelemente (zum Beispiel 102a und 102b; drei oder mehr Sensorelemente bei anderen Ausführungsformen) in einem Winkel in Bezug zueinander ausgerichtet sind, wie zum Beispiel in Verbindung mit den 1B–1C oben beschrieben. Der Multiplexer 202 empfängt vier Halbbrückenausgänge von den Sensorelementen 102a, 102b (das heißt von der ersten und zweiten Vollbrücke). Der Multiplexer 202 kann eine Kombination der Halbbrückenausgänge auswählen, die von der Kombination unterschiedlich ist, die zu dem Verstärker 204a gesendet wird, und auch von der Kombination unterschiedlich ist, die zu dem Verstärker 204b gesendet wird. Der Multiplexer 202 kann mindestens drei der vier Halbbrückenausgänge empfangen und eine Kombination dieser Ausgänge auswählen, die von der Kombination unterschiedlich ist, die zu dem Verstärker 204a gesendet wird, und auch von der Kombination unterschiedlich ist, die zu dem Verstärker 204b bei einer anderen Ausführungsform gesendet wird. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann einer der Differenzeingänge des Verstärkers 204c einen Halbbrückenausgang empfangen, und der andere Differenzeingang des Verstärkers 204c kann elektrisch mit einem Multiplexer verbunden sein, der eingerichtet ist, um einen der zwei oder mehreren Halbbrückenausgänge auszuwählen, um ihn dem anderen Differenzeingang des Verstärkers 204c bereitzustellen. Der Multiplexer 202 kann optional sein, und die unten beschriebene 2C veranschaulicht eine Ausführungsform ohne Multiplexer 202. Die 2A–2C können ferner analoge Schaltungselemente aufweisen, um den Rechenaufwand durch den Prozessor 210 zu verringern, wie zum Beispiel weiter in 2E unten veranschaulicht.
2B ist ein Blockschaltbild einer anderen beispielhaften Umsetzung gemäß einer Ausführungsform. Die Schaltung 200b der 2B kann beliebige der Konzepte und Vorteile der Schaltung 200a der 2A umsetzen. Wie in 2B veranschaulicht, weist der Prozessor 210 ein Messungsberechnungsmodul 212 und ein Fehlererfassungsmodul 214 auf, um die diversen Funktionen, die hier beschrieben sind, auszuführen. Jedes dieser Module kann mit physischer Hardware umgesetzt werden. Das Messungsberechnungsmodul 212 kann Winkel und Radien zum Beispiel in Übereinstimmung mit den oben stehenden Gleichungen 1 und 2 berechnen. Das Messfehlererfassungsmodul 214 kann einen Wert, der zu Daten von dem dritten Kanal gehört, der den Verstärker 204c und die Abtastschaltung 206c aufweist, mit Daten vergleichen, die zu dem ersten und zweiten Kanal gehören, die jeweils den Verstärker 204a und die Abtastschaltung 206a und den Verstärker 204b und die Abtastschaltung 206b aufweisen, um zu erfassen, ob ein Sensorfehler vorliegt. Das Fehlererfassungsmodul 214 kann auch beliebige geeignete Berechnungen ausführen, um den Vergleich zu unterstützen. Das Fehlererfassungsmodul 214 kann zum Beispiel einen erwarteten Wert der dritten Kanaldaten aus einer der Kombinationen erwarteter Halbbrückenwerte (zum Beispiel V_B3 bis V_B6), die von denjenigen unterschiedlich sind, die verwendet werden, um den Winkel und den Radius zu berechnen, berechnen. Die erwarteten dritten Kanaldaten, die zum Beispiel auf zwei von V_B3 bis V_B6 beruhen, können in Übereinstimmung mit den Gleichungen 18, 24, 30, 36 und/oder 37 berechnet werden, indem der Winkel- und der Radiuswert, die durch das Messungsberechnungsmodul 212 bestimmt wurden, verwendet werden. Die dritten Kanaldaten können von dem dritten Kanal empfangene Daten oder ein Wert, der basierend auf Daten, die von dem dritten Kanal empfangen werden, berechnet wird, sein. Der Prozessor 210 in irgendeiner der veranschaulichten Ausführungsformen kann durch eine Host-Elektroniksteuereinheit (ECU) zum Beispiel eines elektrischen Servolenkungssystems (ePAS-Systems), umgesetzt werden.
2C ist ein Blockschaltbild einer anderen beispielhaften Umsetzung gemäß einer Ausführungsform. Die veranschaulichte Schaltung 200c ist ohne den Multiplexer 202 (2A–2B) umgesetzt. Der Differenzverstärker 204c in 2C empfängt seine erste Eingabe von dem Sensorelement 102a (das heißt von der ersten Vollbrücke) und seine zweite Eingabe von dem Sensorelement 102b (das heißt von der zweiten Vollbrücke). Bei anderen Ausführungsformen kann der Differenzverstärker 204c seine erste Eingabe von dem Sensorelement 102b (das heißt von der zweiten Vollbrücke) und seine zweite Eingabe von dem Sensorelement 102a (das heißt von der ersten Vollbrücke) empfangen. Bei dieser Ausführungsform können der Winkel und der Radius aus den Ausgängen der Verstärker 204a und 204b berechnet werden, und basierend auf dem Winkel- und dem Radiuswert können die erwarteten Daten, die zu dem Verstärker 204c gehören, bestimmt werden, die mit den tatsächlichen Daten, die zu dem Verstärker 204c gehören, verglichen werden. Da diese Ausführungsform keinen Multiplexer aufweist, kann sie vorteilhafterweise zum Beispiel Leistung sparen.
2D ist ein Blockschaltbild, das Doppelbrückenberechnung veranschaulicht. Der Winkel kann als angle = arctan2(S-C'·(√ 2 – 1), C'-S·(√ 2 – 1)) bestimmt werden, wobei C' = C*·√ 2 . Zwei Vollbrücken 102a, 102b der 2D weisen jeweils zwei Halbbrücken auf. S ist ein Signal, das von einem Differenzverstärker 252 bereitgestellt wird, der ausgebildet ist, um zwei Halbbrückenausgänge zu empfangen, und C* ist ein Signal, das von einem anderen Differenzverstärker 250 bereitgestellt wird, der ausgebildet ist, um zwei Halbbrückenausgänge zu empfangen, von welchen wenigstens einer von den Halbbrückenausgängen, die von dem anderen Verstärker empfangen werden, unterschiedlich ist. Der Winkel, der aus der Schaltung, die in 2D gezeigt ist, bestimmt wird, kann mit einem Winkel verglichen werden, der aus einer unterschiedlichen Kombination der Halbbrückenausgänge berechnet wird. Die andere Kombination der Halbbrückenausgänge kann zum Beispiel den Signalen entsprechen, die den Verstärkern 204a und 204b der 2A–2C bereitgestellt werden. Wenn der Unterschied zwischen zwei berechneten Winkeln einen Schwellenwert erfüllt, kann ein Fehlerflag gesetzt werden, um einen Sensorfehler anzugeben. Wie in den 2D und 2E gezeigt, können bei bestimmten Ausführungsformen das Bestimmen der Vollbrückenwerte (zum Beispiel V_SIN und V_COS) des ersten und des zweiten Kanals und wiederum die Bestimmung des Winkel- und des Radiuswerts mit einer oder mehreren analogen Zwischenschaltungen umgesetzt werden. Die Differenzverstärker 250 und 252 in 2D können zum Beispiel Zwischenwerte S und C* ausgeben, die dann von darauffolgenden Schaltungselementen empfangen werden können, wie zum Beispiel diejenigen, die in 2E gezeigt sind, um Sin(V_SIN)- und Cos(V_COS)-Signale auszugeben.
Bei einer anderen Ausführungsform können der Winkel und der Radius, die durch Verwenden der Differenzverstärker 250 und 252, die in 2D gezeigt sind, berechnet werden, verwendet werden, um einen erwarteten Wert in Zusammenhang mit einem dritten Erfassungskanal zu berechnen, der eine unterschiedliche Kombination von zwei Halbbrückenausgängen von den Sensorelementen 102a und 102b empfängt. Der erwartete Wert kann einer der Werte sein, die zum Beispiel zu einer verarbeiteten Version einer der Spannungen der Tabelle 2 gehören. Der erwartete Wert kann dann mit einem Wert verglichen werden, der von dem dritten Erfassungskanal erzeugt wird.
2E zeigt eine Schaltung, die ausgebildet ist, um Halbbrückenausgänge zu verarbeiten. Diese Schaltung kann in Verbindung mit irgendeinem der Konzepte und Vorteile umgesetzt werden, die mit Halbbrücken verbunden sind, die hier zum Zweck der Berechnung von Winkel und/oder Radius besprochen werden. 2E veranschaulicht eine analoge Schaltung zum Korrigieren der Phasenverschiebung, die zeitaufwändige Berechnung verringern kann. Bei einigen Ausführungsformen können mindestens einige der Berechnungen, die von dem Prozessor 210 ausgeführt werden können, von der analogen Schaltung, die in 2E veranschaulicht ist, ausgeführt werden, um Sin(V_SIN)- und Cos(V_COS)-Signale auszugeben. Es kann vorteilhaft sein, mindestens einige der Berechnungen, die von einer analogen Schaltung ähnlich der in 2E offenbarten ausgeführt werden, umzusetzen, was zum Beispiel Rechenzeit einsparen kann.
3A zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Fehlererfassungsverfahren, das hier beschrieben ist, gemäß einer Ausführungsform umsetzt. Das Verfahren kann mit den Schaltungselementen und einem oder mehreren Modulen des Prozessors, der in den 2A–2C veranschaulicht ist, und/oder in Verbindung mit den Schaltungen, die in den 2D–2E veranschaulicht sind, ausgeführt werden.
Bei Vorgang 302 werden zwei Ausgangssignale aus zwei Kombinationen von zwei von vier Halbbrückenausgängen magnetischer Sensorelemente berechnet. Die zwei Ausgangssignale, die bei Vorgang 302 berechnet werden, können zum Beispiel den Ausgängen aus dem ersten und dem zweiten Kanal entsprechen. Bei Vorgang 304 können der Winkel und der Radius basierend auf den zwei Ausgangssignalen aus dem Vorgang 302 bestimmt werden. Bei Vorgang 306 kann das erwartete dritte Ausgangssignal basierend auf dem Winkel und dem Radius, die bei Vorgang 304 bestimmt wurden, bestimmt werden. Bei Vorgang 305 können das dritte Ausgangssignal oder Daten, die zu dem dritten Kanal gehören, bestimmt oder erhalten werden. Bei Vorgang 308 können die erwarteten Ausgänge und der bestimmte oder erhaltene Ausgang des dritten Kanals verglichen werden, um zum Beispiel den Unterschied zwischen den erwarteten und den bestimmten Werten zu berechnen. Bei Vorgang 310 kann bestimmt werden, ob der Unterschied zwischen den erwarteten und bestimmten Ausgängen des dritten Kanals größer ist als ein Schwellenwert. Falls der Unterschied größer ist als der Schwellenwert, kann bei Vorgang 314 ein Fehler angegeben werden. Falls der Unterschied nicht größer ist als der Schwellenwert, kann der Vorgang 300 zu Vorgang 312 weitergehen, um den berechneten Winkel zu verwenden.
Bei einigen Ausführungsformen können die Vorgänge in 3A von den diversen Elementen der Schaltungen, die in den 2A–2E gezeigt sind, ausgeführt werden. Zum Beispiel kann Vorgang 304 durch das Messungsberechnungsmodul 212 in den 2B und 2C ausgeführt werden, und die Vorgänge 306, 308 und 310 können zum Beispiel durch das Fehlererfassungsmodul 214 in den 2B und 2C ausgeführt werden.
3B zeigt ein anderes beispielhaftes Flussdiagramm, das das Fehlererfassungsverfahren, das hier beschrieben ist, gemäß einer Ausführungsform umsetzt. Das Verfahren kann mit analogen Schaltungselementen und einem oder mehreren Modulen des Prozessors, der in den 2A–2C veranschaulicht ist, und/oder in Verbindung mit den Schaltungen, die in den 2D–2E veranschaulicht sind, ausgeführt werden.
Bei Vorgang 352 können zwei unterschiedliche Ausgangssignale aus unterschiedlichen Kombinationen von zwei von vier magnetischen Halbbrücken-Sensorelementausgängen bestimmt werden. Bei Vorgang 354 können zwei Magnetfeldwinkel separat basierend auf den zwei Ausgangssignalen von Vorgang 352 bestimmt werden. Bei Vorgang 356 können die zwei separat bestimmten Magnetfeldwinkel verglichen werden, um zum Beispiel den Unterschied zwischen den zwei Magnetfeldwinkeln zu berechnen. Bei Vorgang 358 kann bestimmt werden, ob der Unterschied zwischen den zwei Magnetfeldwinkeln oberhalb eines Schwellenwerts liegt. Falls der Unterschied größer ist als der Schwellenwert, kann bei Vorgang 362 ein Fehler angegeben werden. Falls der Unterschied nicht größer ist als der Schwellenwert, kann der Vorgang 350 zu Vorgang 360 weitergehen, um einen der berechneten Winkel zu verwenden.
Bei einigen Ausführungsformen können die Vorgänge in 3B von den diversen Elementen der Schaltungen, die in den 2A–2E gezeigt sind, ausgeführt werden. Die Vorgänge 352 und 354 können zum Beispiel durch das Messungsberechnungsmodul 212 in den 2B und 2C ausgeführt werden, und die Vorgänge 356 und 358 können zum Beispiel durch das Fehlererfassungsmodul 214 in den 2B und 2C ausgeführt werden.
Aspekte dieser Offenbarung können in diversen elektronischen Vorrichtungen umgesetzt werden. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können, ohne auf sie beschränkt zu sein, elektronische Verbraucherprodukte, Teile von elektronischen Verbraucherprodukten, elektronische Testausstattung, Fahrzeugelektroniksysteme usw. aufweisen. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können, ohne auf sie beschränkt zu sein, Rechenvorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen, elektronische Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeug-Elektroniksysteme usw. aufweisen. Ferner können die elektronischen Vorrichtungen unfertige Erzeugnisse aufweisen.
Außer wenn es der Kontext unmissverständlich anders erfordert, sind in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Wörter „umfassen”, „umfassend”, „aufweisen”, „aufweisend” und dergleichen in einem inklusiven Sinn im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinn zu verstehen, das heißt in dem Sinn von „aufweisend, aber nicht beschränkt auf”. Zusätzlich beziehen sich die Wörter „hier”, „oben”, „unten” und Wörter mit ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als ein Ganzes und nicht auf irgendwelche besonderen Abschnitte dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es erlaubt, können Wörter in der oben stehenden ausführlichen Beschreibung bestimmter Ausführungsformen, die die Singular- oder Pluralzahl verwenden, auch jeweils die Plural- oder Singularzahl aufweisen. Wenn der Kontext es erlaubt, soll das Wort „oder” in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen alle der folgenden Auslegungen des Worts decken: irgendeines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und irgendeine Kombination der Elemente in der Liste.
Außerdem soll konditionelle Sprache, die hier verwendet wird, wie zum Beispiel, unter anderen, „kann”, „könnte”, ”z. B.”, „zum Beispiel”, „wie zum Beispiel” und dergleichen, außer wenn spezifisch Anderes angegeben ist oder anderswie in dem Kontext, wie er verwendet wird, verstanden wird, im Allgemeinen vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände enthalten, während andere Ausführungsformen sie nicht enthalten. Solche konditionelle Sprache bezweckt daher im Allgemeinen nicht anzudeuten, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Art für eine oder mehrere Ausführungsformen gefordert werden, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise Logik enthalten, um mit oder ohne Zutun oder Aufforderung des Autors zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände enthalten sind oder in irgendeiner besonderen Ausführungsform auszuführen sind.
Die oben stehende Beschreibung und Ansprüche können auf Elemente oder Merkmale als miteinander „verbunden” oder „gekoppelt” verweisen. Wie hier verwendet, außer wenn ausdrücklich Anderes angegeben ist, bedeutet „verbunden”, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal und nicht notwendigerweise mechanisch verbunden ist. Ebenso, außer wenn ausdrücklich Anderes angegeben ist, bedeutet „gekoppelt”, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal und nicht notwendigerweise mechanisch gekoppelt ist. Obwohl die unterschiedlichen Skizzen, die in den Figuren gezeigt sind, beispielhafte Einrichtungen von Elementen und Bauteilen abbilden, können daher zusätzliche eingreifende Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Bauteile in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein (unter der Annahme, dass die Funktionalität der abgebildeten Schaltungen nicht negativ beeinflusst wird).
Wie hier verwendet, enthält der Begriff „bestimmen” eine große Vielfalt von Handlungen. Zum Beispiel kann „bestimmen” Berechnen, Verarbeiten, Ableiten, Untersuchen, Nachschlagen (zum Beispiel Nachschlagen in einer Tabelle, einer Datenbank oder einer anderen Datenstruktur), Ermitteln und dergleichen enthalten. „Bestimmen” kann auch Empfangen (zum Beispiel Empfangen von Informationen), Zugreifen (zum Beispiel Zugreifen auf Daten in einem Speicher) und dergleichen enthalten. „Bestimmen” kann auch Lösen, Auswählen, Wählen, Erstellen und dergleichen enthalten. Ferner kann eine „Kanalbreite”, wie sie hier verwendet wird, eine Bandbreite bei bestimmten Aspekten enthalten oder als solche bezeichnet werden.
Die verschiedenen Vorgänge und Verfahren, die oben beschrieben sind, können durch irgendein geeignetes Mittel ausgeführt werden, das in der Lage ist, die Vorgänge auszuführen, wie zum Beispiel unterschiedliche Hardware und/oder Software-Bauteile, Schaltungen und/oder Modul(e). Im Allgemeinen können die Vorgänge, die in den Figuren veranschaulicht sind, durch entsprechende funktionale Mittel ausgeführt werden, die zum Ausführen der Vorgänge fähig sind.
Die diversen veranschaulichenden Logikblöcke, Module und Schaltungen, die in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, können mit einem Allzweckprozessor, einem digitalen Signalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate Array(FPGA)-Signal oder einer anderen programmierbaren Logikvorrichtung (PLD), separater Gate- oder Transistorlogik, separaten Hardwarebestandteilen oder irgendeiner Kombination davon, die konzipiert ist, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen, umgesetzt oder ausgeführt werden. Ein Allzweckprozessor kann ein Mikroprozessor sein, aber in der Alternative kann der Prozessor irgendein handelsüblicher Prozessor, Controller, Mikrocontroller oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen umgesetzt sein, zum Beispiel eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, einer Mehrzahl von Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren verbunden mit einem DSP-Kern, oder irgendeiner anderen solchen Konfiguration.
Die hier offenbarten Verfahren weisen einen oder mehrere Schritte oder Handlungen zum Verwirklichen des beschriebenen Verfahrens auf. Die Verfahrensschritte und/oder Handlungen können miteinander ausgetauscht werden, ohne vom Geltungsbereich der Ansprüche abzuweichen. Mit anderen Worten können, außer wenn eine spezifische Reihenfolge von Schritten oder Handlungen spezifiziert ist, die Reihenfolge und/oder der Gebrauch spezifischer Schritte und/oder Handlungen geändert werden, ohne vom Geltungsbereich der Ansprüche abzuweichen.
Es ist klar, dass die Umsetzungen nicht auf die präzise Konfiguration und Bauteile, die oben veranschaulicht sind, beschränkt sind. Diverse Abänderungen, Änderungen und Variationen können an der Einrichtung, dem Betrieb und den Einzelheiten der Verfahren und Geräte, die oben beschrieben sind, vorgenommen werden, ohne vom Geltungsbereich der Umsetzungen abzuweichen.
Obwohl diese Erfindung hinsichtlich bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurde, fallen andere Ausführungsformen, die für den Durchschnittsfachmann ersichtlich sind, darunter Ausführungsformen, die nicht alle der Merkmale und Vorteile, die hier dargelegt sind, aufweisen, ebenfalls in den Geltungsbereich dieser Erfindung. Außerdem können die verschiedenen Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Zusätzlich können bestimmte Merkmale, die in dem Kontext einer Ausführungsform gezeigt sind, auch in andere Ausführungsformen aufgenommen werden.

Claims

Gerät zur Sensorfehlererfassung, wobei das Gerät Folgendes aufweist: einen ersten Kanal, der ein erstes Magnetsensorelement aufweist, wobei der erste Kanal ausgebildet ist, um erste Kanaldaten bereitzustellen, einen zweiten Kanal, der ein zweites Magnetsensorelement aufweist, wobei der zweite Kanal ausgebildet ist, um zweite Kanaldaten bereitzustellen, einen dritten Kanal, der ausgebildet ist, um ein erstes Signal von dem ersten Sensorelement und ein zweites Signal von dem zweiten Sensorelement zu empfangen, wobei der dritte Kanal ausgebildet ist, um dritte Kanaldaten bereitzustellen, und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: erste Kanaldaten von dem ersten Kanal, zweite Kanaldaten von dem zweiten Kanal, und die dritten Kanaldaten zu empfangen, erwartete dritte Kanaldaten aus den ersten Kanaldaten und den zweiten Kanaldaten zu berechnen, und einen Sensorfehler mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich der erwarteten dritten Kanaldaten mit den dritten Kanaldaten zu erfassen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei: das zweite Sensorelement in einem ersten Winkel nicht gleich null in Bezug auf das erste Sensorelement ausgerichtet ist, und der dritte Kanal ausgebildet ist, um das erste Signal von dem ersten Magnetsensorelement und das zweite Signal von dem zweiten magnetischen Sensorelement zu empfangen.
Gerät nach Anspruch 2, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um: einen Winkel und einen Radius mindestens teilweise basierend auf den ersten Kanaldaten und den zweiten Kanaldaten zu bestimmen, und die erwarteten dritten Kanaldaten mindestens teilweise basierend auf dem Winkel und dem Radius zu berechnen.
Gerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste und das zweite Magnetsensorelement einen Magnetwiderstandsensor aufweisen.
Gerät nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der erste Winkel etwa 45 Grad beträgt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste, zweite und dritte Kanal jeweils ferner einen Verstärker und eine Abtastschaltung aufweisen.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Sensorelement eine erste Vollbrücke aufweist und das zweite Sensorelement eine zweite Vollbrücke aufweist, und wobei das erste Signal ein Ausgang von einer Halbbrücke der ersten Vollbrücke ist und das zweite Signal ein Ausgang von einer Halbbrücke der zweiten Vollbrücke ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Sensorelement eine erste Vollbrücke aufweist, und das zweite Sensorelement eine zweite Vollbrücke aufweist, und wobei der erste Erfassungskanal ausgebildet ist, um zwei Halbbrückenausgänge der ersten Vollbrücke zu verarbeiten, und der zweite Erfassungskanal ausgebildet ist, zwei Halbbrückenausgänge der zweiten Vollbrücke zu verarbeiten.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Sensorelement gemeinsam angeordnet sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Element ausgebildet sind, um einen Differenzausgang bereitzustellen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gerät ausgebildet ist, um ein Fehlerflag als Reaktion darauf, dass der erfasste Fehler einen Schwellenwert erfüllt, bereitzustellen.
Elektronisches Servolenkungssystem, das das Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur Sensorfehlererfassung, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Empfangen erster Sensordaten von einem ersten Kanal und zweiter Sensordaten von einem zweiten Kanal, Bestimmen eines Winkels und eines Radius mindestens teilweise basierend auf den ersten Sensordaten und den zweiten Sensordaten, Berechnen der erwarteten dritten Sensordaten mindestens teilweise basierend auf dem Winkel und dem Radius, und Erfassen des Sensorfehlers mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich der erwarteten dritten Sensordaten mit den dritten Sensordaten, wobei der erste Kanal ein erstes Magnetsensorelement aufweist, wobei der zweite Kanal ein zweites Magnetsensorelement aufweist, wobei das zweite Magnetsensorelement in einem ersten Winkel in Bezug auf das erste Sensorelement ausgerichtet ist, wobei der dritte Kanal ausgebildet ist, um ein erstes Signal von dem ersten magnetischen Sensorelement zu empfangen und ein zweites Signal von dem zweiten magnetischen Sensorelement zu empfangen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bestimmen des Winkels das Berechnen eines Winkels unter Verwenden einer arctan-Funktion aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, das ferner das Bereitstellen eines Fehlersflags als Reaktion darauf, dass der erfasste Fehler einen Schwellenwert erfüllt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, wobei das erste und das zweite Magnetsensorelement jeweils einen anisotropen Magnetwiderstand(AMR)-Sensor aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, wobei der erste Winkel etwa 45 Grad beträgt.
Gerät zur Sensorfehlererfassung, wobei das Gerät Folgendes aufweist: einen ersten Kanal, der ein erstes Magnetsensorelement aufweist, das eine erste Vollbrücke aufweist, die zwei Halbbrückenausgänge hat, einen zweiten Kanal, der ein zweites Magnetsensorelement aufweist, das eine zweite Vollbrücke aufweist, die zwei Halbbrückenausgänge hat, einen dritten Kanal, der ausgebildet ist, um ein erstes Signal von einem der Halbbrückenausgänge der ersten Vollbrücke und ein zweites Signal von einem der Halbbrückenausgänge der zweiten Vollbrücke zu empfangen, und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: erste Kanaldaten von dem ersten Kanal zu empfangen, zweite Kanaldaten von dem zweiten Kanal zu empfangen und dritte Kanaldaten von dem dritten Kanal zu empfangen, einen ersten Wert aus zwei der ersten Kanaldaten, zweiten Kanaldaten und dritten Kanaldaten zu berechnen und einen zweiten Wert aus anderen zwei der ersten Kanaldaten, zweiten Kanaldaten und dritten Kanaldaten zu berechnen, und einen Sensorfehler mindestens teilweise basierend auf einem Vergleich des ersten Werts mit dem zweiten Wert zu erfassen.
Gerät nach Anspruch 18, das ferner Differenzverstärker aufweist, wobei jeder der Differenzverstärker ausgebildet ist, um ein Signal von der ersten Vollbrücke und ein Signal von der zweiten Vollbrücke zu empfangen, und wobei jeder der Differenzverstärker ausgebildet ist, um unterschiedliche Kombinationen von Signalen von der ersten und von der zweiten Vollbrücke zu empfangen, wobei der Prozessor mit den Differenzverstärkern in Kommunikation steht, und wobei die ersten Kanaldaten, die zweiten Kanaldaten und die dritten Kanaldaten zu Ausgängen der Differenzverstärker gehören.
Gerät nach Anspruch 18 oder 19, wobei der erste Wert ein erster Magnetwinkel und der zweite Wert ein zweiter Magnetwinkel ist.