CN112444193B - 旋转角度测量方法和旋转角度测量电路 - Google Patents

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Abstract

旋转角度测量方法和电路，提供旋转角度测量***，其具有轴、发送器、带有第一类型的至少一个磁场传感器的第一传感器***用于检测磁场分量Bz和带有第二类型的至少一个磁场传感器的第二传感器***用于检测磁场分量Bx、By，在第一时间点，用每个传感器***求取第一或第二测量值，对每个测量值确定第一或第二旋转角度值，由第一旋转角度值和两个传感器***之间的已知恒定角度偏移来确定第一输出旋转角度值作为参考值，求取第二旋转角度值与第一输出旋转角度值的偏差，或者通过改变第二测量值来最小化偏差并且将通过最小化获得的新的第二旋转角度值作为最终输出值输出，或者将该偏差与阈值比较并且将第一输出旋转角度值作为最终输出值输出。

Description

旋转角度测量方法和旋转角度测量电路
技术领域
本发明涉及一种旋转角度测量方法和一种旋转角度测量电路。
背景技术
尤其由机动车领域中的应用已知集成式旋转角度确定传感器单元。在此，例如借助磁场传感器由对磁通量的测量来确定轴的位置。
正是在该领域中安全要求特别高。所述要求通过工业标准、例如ISO26262来定义。该ISO标准例如定义安全等级A至D、所谓的汽车安全完整性等级(ASIL)，其中，ASIL A表示最低的安全等级并且ASIL D表示最高的安全等级，每个安全等级定义不同的要求。
要求例如是关于测量方法以及硬件的一定冗余。
发明内容
在这种背景下，本发明的任务是提供一种用于旋转角度测量***的旋转角度测量方法以及一种旋转角度测量电路，其扩展现有技术并且尤其提供一种特别故障安全但仍简单且成本有利的解决方案。
通过具有根据本发明的特征的旋转角度测量方法以及根据本发明的旋转角度测量电路来解决该任务。本发明的有利构型是说明书的内容。
根据本发明的第一主题提出一种旋转角度测量方法，其中，提供旋转角度测量***、第一传感器***和第二传感器***，所述旋转角度测量***具有可围绕旋转轴线旋转地支承的轴和产生或改变磁场的发送器(Geber)，所述第一传感器***具有第一类型的至少一个磁场传感器，所述第二传感器***具有第二类型的至少一个磁场传感器。
第一传感器***检测第一磁场分量，并且第二传感器***检测第二和第三磁场分量，其中，第一、第二和第三磁场分量分别彼此垂直地延伸。
此外，第一传感器***的每个针对轴的一旋转角度所求取的旋转角度值相对于第二传感器***的针对轴的同一旋转角度所求取的旋转角度值具有已知的恒定角度偏移。
在第一时间点，利用第一传感器***求取至少一个第一测量值并且利用第二传感器***求取至少一个第二测量值，对于所述至少一个第一测量值确定第一旋转角度值并且对于所述至少一个第二测量值确定第二旋转角度值。
由第一旋转角度值和角度偏移来确定第一输出旋转角度值作为第二传感器***的参考值，并且求取第二旋转角度值与第一输出旋转角度值的偏差。
或者通过改变所述至少一个第二测量值并且重新计算第二旋转角度值来最小化偏差并且将通过最小化获得的新的第二旋转角度值或至少一个被改变的测量值作为最终输出值输出，或者将该偏差与阈值进行比较并且将第一输出旋转角度值作为最终输出值输出。
应当理解，第一类型和第二类型例如在基本测量原理方面有所不同，其中，两个传感器***分别包括相应类型的一个或多于一个的传感器。
此外，每个传感器***设计成用于提供一个或多个(例如模拟的)测量值作为用于旋转角度确定的基础。相应地，按照根据本发明的方法，借助以不同方式工作的传感器针对轴的同一位置分别求取旋转角度值。
然而，通过传感器***或者说各个传感器的布置得出传感器***之间的恒定角度偏移或者说被传感器***针对同一旋转角度所确定的角度值。
因此，尤其在两个传感器***集成在一个单元中的构型中，角度偏移是恒定的，因为传感器***彼此间的相对布置不会改变。
例如在校准的范畴内，优选在生产过程结束时，角度偏移是可求取的。
所述角度偏移描述两个传感器***的特性曲线的比例关系或者说相对变化曲线。
借助第一传感器***所求取的值与借助第二传感器***所求取的值之间的角度偏移优选地被存储为恒定的角度值。
替代地，表格、即所谓的查找表(Look-up-Table)对于每个角度值存储与所求取的角度相关的角度偏移的大小、即值。
换句话说，对第一传感器***的特性曲线的每个值分配第二传感器***的特性曲线的考虑到该角度偏移的值。
还应当理解，所提及的方法步骤不必全部以所提及的顺序进行。
重要的是，测量值在同一时间点(即在尽可能小的时间间隔内)被第一传感器***和第二传感器***检测。
相反地，第二旋转角度值的确定不必在确定第一旋转角度值的同时或之后立即进行。更确切地说，根据一种实施方式，在已经确定第一输出旋转角度值之后才确定第二旋转角度值。
例如通过角度偏移的相加或者借助表格/查找表来确定第一输出旋转角度值。
因此，第一输出旋转角度值近似地表示用于第二传感器***的预期旋转角度值。
第一输出旋转角度值优选地用作用于第二传感器***的参考值，其中，由于两个传感器***的不同类型的传感器的不同特性可能产生在借助第一传感器***所求取的参考值与借助第二传感器***所求取的旋转角度值之间的差异。
优选地，由第一传感器***检测第一磁场分量Bz，并且由第二传感器***检测第二磁场分量Bx和第三磁场分量By。
磁场分量Bx、By和Bz彼此正交地延伸。
两种类型的传感器例如在灵敏度、散射场相关性、温度相关性、使用寿命漂移方面或在角度噪声方面有所不同。
例如，如果第一传感器***与散射场不相关并且第二传感器***具有测量值的明显的散射场相关性，则第一输出旋转角度值和第二旋转角度值之间的差异就相应于散射场影响。
根据该方法，将该差异作为第二旋转角度值与第一输出旋转角度值的偏差来求取。
或者根据第一替代的实施方式，将所述偏差用于在将第二旋转角度值作为最终输出值(即作为结果或者说当前旋转角度值)输出之前对该第二旋转角度值进行校正。替代地(即根据第二替代的实施方式)，将偏差作为控制值使用，其中，将基于第一旋转角度值的第一输出旋转角度值作为最终输出值输出。
应当理解，所述偏差也可以存储为控制值，因此可以监控两个传感器***的长期行为。
例如通过如下方式进行第二旋转角度值的校正(即偏差的最小化)：改变当前的第二测量值，随后基于被改变的测量值来重新计算第二旋转角度值。根据一种扩展方案，在新求取的偏差低于一偏差阈值之后中断该最小化方法。
该方法满足高的安全标准，因为使用具有不同传感器的两个传感器***用于旋转角度确定。附加地，根据另一扩展方案，(例如在主从配置中)传感器***和/或传感器***的传感器分别冗余地构造用以提高安全性。
将第二测量值用于偏差的最小化的优点在于，可以以简单的方式在模拟式部件中进行改变。然后，尤其存在模拟的被改变的测量值，该被改变的测量值可以作为最终结果(即作为最终输出值)特别简单地并入现有***中。
根据第一实施方式，每个传感器***分别具有相应类型的至少两个传感器和/或旋转角度测量***具有两个第一传感器***和两个第二传感器***。
在另一实施方式中，第一磁场分量与旋转轴线平行地、成至多1°或至多0.1°的角度延伸。
根据另一实施方式，所述第一类型包括霍尔传感器，并且第一传感器***包括至少两个传感器。通过使用至少两个霍尔传感器能够实现散射场无关性，其中，所述霍尔传感器例如是水平霍尔传感器、也称为霍尔板或Z板。然而，霍尔传感器的分辨率通常不优于0.1°。
在另一扩展方案中，所述第二类型是磁阻传感器，例如所谓的各向异性磁阻(AMR)传感器或巨磁阻(GMR)传感器或隧道磁阻(TMR)传感器。尤其地，TMR传感器例如在360°上实现0.01°的分辨率。应当理解，磁阻传感器通常具有四个磁阻元件，所述四个磁阻元件布置为惠斯通电桥、尤其布置为全桥或半桥。
根据另一实施方式，通过在一个步骤或多个步骤中匹配第二角度值来实现偏差的最小化，即为了最小化第二旋转角度值而被改变仅一次或者多次。最小化例如在调节回路(Tracking-Loop)内进行，其中，该回路例如包括以下步骤：改变第二测量值、重新计算第二旋转角度值和确定偏差。
所述回路近似地表示一种锁相回路(Phase-Locked-Loop，PLL)。借助该回路例如通过动用不具有缺陷或仅有少量缺陷的第一传感器***来对第二传感器***的基本缺陷(例如测量值与散射场的高度相关性)进行补偿或校正。例如，因此可以补偿散射场的影响。
根据本发明的另一主题，旋转角度测量电路具有第一测量值处理单元、第二测量值处理单元和评估单元。
所述第一测量值处理单元具有：至少一个输入接口，用于接收第一传感器***的至少一个测量值；第一旋转角度确定单元，用于由第一传感器***的至少一个测量值来确定第一旋转角度；输出值确定单元，用于根据第一旋转角度和第一传感器***与第二传感器***之间的已知的恒定角度偏移来确定第一输出旋转角度值；和输出接口，用于输出第一输出旋转角度值。
所述第二测量值处理单元具有：至少一个输入接口，用于接收第二传感器***的至少一个测量值；第一信号处理单元，用于预处理至少一个测量值；和两个输出接口，用于输出第二传感器***的两个经预处理的测量值。
所述评估单元具有：至少两个输入接口，用于从第一测量值处理单元接收第一输出旋转角度值并且从第二测量值处理单元接收第二传感器***的至少一个经预处理的测量值；至少一个输出接口；旋转角度确定单元；比较单元；和第二信号处理单元。
所述第二信号处理单元设计成用于将第二传感器***的至少一个经预处理的测量值在考虑偏差的情况下改变或保持原状并作为至少一个经进一步处理的测量值传递给旋转角度确定单元。
在此，所述旋转角度确定单元设计成用于由第二传感器***的至少一个经进一步处理的测量值确定第二旋转角度值，并且所述比较单元设计成用于确定第一输出旋转角度值与第二旋转角度值之间的偏差并且将所述偏差传递给第二信号处理单元。
所述评估单元的至少一个输出接口设计成用于将第二旋转角度值或第二传感器***的至少一个经进一步处理的测量值作为最终输出值输出。替代地，所述第一测量值处理单元具有另外的输出接口，用于将第一输出旋转角度值作为最终输出值输出，并且所述评估单元的输出接口设计成用于输出偏差或者输出通过将偏差与阈值进行比较而求取的控制值。
应当理解，被第一或者说第二测量值处理单元接收的测量值的类型以及数量与相应传感器***的一个或多个传感器相关。所述测量值处理单元具有相应数量的输入接口。
测量值例如是被传感器输出的电压、即作用在输入接口的电压。除了与旋转角度或者说主导磁场相关的信号分量外，测量值还可以具有其他分量、例如偏移量。
已知各种不同的传感器***和传感器布置的多种变型用于确定旋转角度，它们具有不同的优点和缺点。
在这里，一单元被称为传感器***，所述单元包括至少一个传感器并且通常包括控制单元并且输出包括至少一个通常是模拟的信号的信号量，其中，所述信号量足以确定轴的旋转角度。
例如，所述第一传感器***包括三个水平霍尔传感器，所述三个水平霍尔传感器在围绕轴的旋转轴线的圆上布置在固定的角度位置处，其中，每个霍尔传感器检测平行于旋转轴线延伸的第一磁场分量。
例如，由传感器单元的控制单元输出两个电压作为测量值，其中，每个电压由三个传感器的三个霍尔电压中的分别两个形成。因此，第一传感器***将提供两个测量值，这两个测量值适合作为用于确定轴的旋转角度的基础并且在此与散射场无关。
所述第二传感器***例如包括两个磁阻传感器、例如两个AMR传感器或两个TMR传感器或两个GMR传感器，其中，所述两个传感器例如在围绕轴的旋转轴线的圆上布置在彼此对置的位置处，并且一个传感器检测与旋转轴线垂直地延伸的第二磁场分量，而另一传感器检测与第二分量以及旋转轴线正交地延伸的第三磁场分量。
相应地，第二传感器***的控制单元提供相应于第二或者说第三磁场分量的两个电压，并且所述两个电压适合作为用于确定旋转角度的基础。
通过信号处理单元对测量值的预处理例如包括数字化和/或计算出偏移量(例如运行电压、相位等)。
此外应当理解，根据本发明的旋转角度测量方法可以借助所述旋转角度测量电路来执行。
所述评估单元的部件形成与锁相回路(phase locked loop，PLL)相当的回路并且能够近似地根据第一测量值来调节第二测量值。在改变测量值时所执行的操作近似地相应于旋转一被确定为偏差的角度。
各个部件或者说单元是模拟的(即借助模拟部件)和/或数字的(即借助软件)，其例如在(未进一步详细说明的)微控制器(μC)上和/或作为特殊应用集成电路(ASIC)实现。通过硬件解决方案尤其可以达到高的速度。
应当理解，在数字式地实施的情况下，首先借助模数转换器对传感器***的通常是模拟的测量值进行转换或者说电路具有相应的转换器。
优选地，至少所述两个旋转角度确定单元、输出角度确定单元以及比较单元构造为软件和/或ASIC。
优选地，第一和第二信号处理单元或者两个都是模拟的或者两个都构造为软件和/或ASIC。
换句话说，尤其评估单元(即调节回路)不仅具有模拟的部件、而且具有数字的部件。
此外应当注意，所述评估单元优选地具有另外的输出接口，用于输出另外的值、例如第二传感器单元的至少一个经进一步处理的测量值和/或所述偏差。
根据第一实施方式，所述第一测量值处理单元在每个输入接口与第一旋转角度确定单元之间分别具有模数转换器，用于将第一传感器***的至少一个测量值转换为数字信号，其中，第一旋转角度确定单元和输出值确定单元设计成用于处理数字信号。
在另一实施方式中，所述第二测量值处理单元在每个输入接口和第一信号处理单元之间分别具有模数转换器，用于将第二传感器***的至少一个测量值转换为数字信号，其中，评估单元的第二信号处理单元设计成用于处理数字信号。
根据一种替代的实施方式，所述评估单元在第二信号处理单元与第二旋转角度确定单元之间具有至少一个模数转换器，用于将至少一个经进一步处理的测量值数字化，并且在比较单元与第二信号处理单元之间具有数模转换器，用于将偏差转换为模拟信号，其中，第二旋转角度确定单元和比较单元以及第一测量值处理单元设计成用于处理数字信号，第二信号处理单元以及第二测量值处理单元设计成用于处理模拟信号。
在该实施方式中，第二传感器单元或者说电路的相应输入接口的信号路径直到评估单元的第二旋转角度确定单元保持完全是模拟的。
附图说明
以下参照附图进一步阐述本发明。在此，以相同的名称标记相同类型的部分。所示的实施方式是极其示意性的，即距离以及横向和竖直延伸不成比例并且彼此之间不具有可推导的几何关系，除非另有说明。附图示出：
图1旋转角度测量方法的根据本发明的第一实施方式的示意性流程，
图2旋转角度测量方法的根据本发明的第二实施方式的示意性流程，
图3旋转角度测量电路的根据本发明的第一实施方式的视图。
具体实施方式
图1的图示示出根据本发明的第一实施方式的旋转角度测量方法的流程，以便借助发送器、具有第一类型的至少一个磁场传感器的第一传感器***、具有第二类型的至少一个磁场传感器的第二传感器***来确定可围绕旋转轴线旋转地支承的轴的旋转角度。
在第一时间点t1，借助第一传感器***求取第一测量值S1并且借助第二传感器***求取第二测量值T1，其中，第一传感器***检测第一磁场分量Bz，第二传感器***检测第二磁场分量Bx和第三磁场分量By，并且磁场分量Bx、By和Bz彼此正交地延伸。
已知旋转角度值之间的由于两个传感器***的布置而存在的恒定角度偏移ΔΦ，该恒定角度偏移针对同一轴位置借助两个传感器***来求取。
对于第一测量值S1求取第一旋转角度值Φ1。随后根据该第一旋转角度值Φ1和角度偏移ΔΦ来确定第一输出旋转角度值ΦA1作为第二传感器***的参考值/比较值。
此外，在求取第一旋转角度值Φ1和/或求取第一输出旋转角度值ΦA1之前、期间或之后，由第二传感器***的第二测量值T1求取第二旋转角度值Φ2。
接下来求取第二旋转角度值Φ2与第一输出旋转角度值ΦA1的偏差D1。在运行至少一次的回路L1中将偏差D1最小化。在回路L1中，基于偏差D1直接地或者通过改变当前的第二测量值T1并重新确定第二旋转角度值Φ2来改变第二旋转角度值Φ2并且重新确定现在已改变的第二旋转角度值Φ2与第一输出旋转角度值ΦA1的偏差D1。
例如一直运行回路L1，直到偏差值D1低于一阈值。
此外，将第二旋转角度值Φ2作为最终输出值ΦE输出。
在图2的图示中示出根据本发明的旋转角度测量方法的第二实施方式。以下仅阐述与图1中所示实施方式的区别。
将第一输出旋转角度值ΦA1作为最终输出值ΦE输出。求取偏差D1，但在回路中不将其用于校正/优化第二旋转角度值Φ2，而是仅将其与阈值进行比较用于监控两个传感器***，其中，借助误差值ER输出或者说显示阈值超出量。
在图3的图示中示出旋转角度测量电路SCH的根据本发明的第一实施方式。
旋转角度测量电路SCH具有第一测量值处理单元M1、第二测量值处理单元M2和评估单元AE。
在所示实施例中，第一测量值处理单元M1具有两个输入接口、旋转角度确定单元W1、输出值确定单元AU和输出接口。
所述输入接口设计成用于与第一传感器单元(未示出)连接，以便从第一测量单元获得两个第一测量信号S1和S2。借助第一旋转角度确定单元W1可以由通过输入接口被第一传感器单元接收的两个第一测量值S1和S2来确定第一旋转角度值Φ1。
输出值确定单元AU设计成用于接收第一旋转角度值Φ1并且根据第一旋转角度值Φl和第一传感器***与第二传感器***之间的已知的恒定角度偏移ΔΦ来确定第一输出旋转角度值ΦA1。为此，在输出值确定单元AU中存储有角度偏移ΔΦ或者存储有具有相应地经换算的角度值的表格、查找表。输出接口设计成用于输出第一输出旋转角度值ΦA1。
在所示实施例中，第二测量值处理单元M2具有用于接收第二传感器***的两个测量值T1和T2的两个输入接口、第一信号处理单元SV1以及输出接口。第一信号处理单元SV1设计成用于处理两个测量值T1和T2并且将它们作为经预处理的测量值T1'和T2'通过输出接口输出。
评估单元AE设计成用于通过两个输入接口从第二测量值处理单元M2接收两个经预处理的测量值T1'和T2'，并且借助第二信号处理单元SV2在考虑偏差D1的情况下将所述两个经预处理的测量值改变或保持原状并作为经进一步处理的测量值传递给评估单元AE的第二旋转角度确定单元W2。
第二旋转角度确定单元W2设计成用于由第二传感器单元的两个经进一步处理的测量值T1”和T2”来确定第二旋转角度值Φ2，并将该第二旋转角度值Φ2传递给评估单元AE的比较单元VE。
比较单元VE设计成用于通过评估单元AE的另外的输入接口从第一测量值处理单元M1接收第一旋转角度值Φ1、从第二旋转角度确定单元W2接收第二旋转角度值Φ2、确定第二旋转角度值Φ2与第一旋转角度值Φ1的偏差并且将所述偏差传递给第二信号处理单元SV2。
此外，评估单元AE具有输出接口，用于将第二旋转角度值Φ2作为最终输出值ΦE输出。
替代地(以虚线示出)，第一测量值处理单元M1具有另外的输出接口，用于输出第一输出旋转角度ΦA1或第一旋转角度值Φ1，其中，所述评估单元AE的输出接口例如适合于输出偏差D1。
在另一替代方案(以点划线示出)中，评估单元AU具有两个输出接口，其中，所述输出接口设计成用于分别输出第二传感器单元的两个经进一步处理的测量值T1”或T2”中的一个。
根据第一实施方式，旋转角度确定电路SCH的所有布置在点状线L上方的部件都模拟式地实施，而布置在该线下方的部件都数字式地实施。替代地，例如旋转角度确定电路SCH的所有部件都数字式地实施。应当理解，在必要时、尤其当测量信号S1、S2和/或T1、T2是模拟的和/或是在数字和模拟部件之间时，旋转角度确定电路SCH包括相应的转换器。

Claims (11)

1.一种旋转角度测量方法，其中，
-提供旋转角度测量***、第一传感器***和第二传感器***，所述旋转角度测量***具有能够围绕旋转轴线旋转地支承的轴和产生或改变磁场的发送器，所述第一传感器***具有第一类型的至少一个磁场传感器，所述第二传感器***具有第二类型的至少一个磁场传感器，
-所述第一传感器***检测第一磁场分量Bz，并且所述第二传感器***检测第二磁场分量Bx和第三磁场分量By，其中，所述第一磁场分量、所述第二磁场分量和所述第三磁场分量分别彼此垂直地延伸，
-所述第一传感器***的针对所述轴的一旋转角度所求取的每个旋转角度值相对于所述第二传感器***的针对所述轴的同一旋转角度所求取的旋转角度值具有已知的恒定角度偏移(ΔΦ)，
-在第一时间点t1，利用所述第一传感器***求取至少一个第一测量值(S1)，并且利用所述第二传感器***求取至少一个第二测量值(T1)，
-对于所述至少一个第一测量值(S1)确定第一旋转角度值(Φ1)，并且对于所述至少一个第二测量值(T1)确定第二旋转角度值(Φ2)，
-由所述第一旋转角度值(Φ1)和所述角度偏移(ΔΦ)确定第一输出旋转角度值(ΦA1)作为用于所述第二传感器***的参考值，
-求取所述第二旋转角度值(Φ2)与所述第一输出旋转角度值(ΦA1)的偏差(D1)，并且
-或者通过改变至少一个第二测量值(T2)和重新计算所述第二旋转角度值(Φ2)来最小化所述偏差(D1)，并且将通过最小化所获得的新的第二旋转角度值(Φ2)或至少一个被改变的第二测量值(T2)作为最终输出值(ΦE)输出，
-或者将所述偏差(D1)与阈值进行比较并且将所述第一输出旋转角度值(ΦA1)作为最终输出值(ΦE)输出。
2.根据权利要求1所述的旋转角度测量方法，其特征在于，每个传感器***分别具有相应类型的至少两个传感器。
3.根据权利要求1或2所述的旋转角度测量方法，其特征在于，所述旋转角度测量***具有两个第一传感器***和两个第二传感器***。
4.根据权利要求1或2所述的旋转角度测量方法，其特征在于，所述第一磁场分量Bz与所述旋转轴线平行地延伸或与所述旋转轴线成至多1°或至多0.1°的角度延伸。
5.根据权利要求1或2所述的旋转角度测量方法，其特征在于，所述第一类型是霍尔传感器，并且所述第一传感器***包括至少两个传感器。
6.根据权利要求1或2所述的旋转角度测量方法，其特征在于，所述第二类型是磁阻传感器。
7.根据权利要求1或2所述的旋转角度测量方法，其特征在于，通过在一个步骤或多个步骤中匹配所述第二旋转角度值(Φ2)来实现所述偏差(D1)的最小化。
8.一种旋转角度测量电路(SCH)，其具有
-第一测量值处理单元(M1)、第二测量值处理单元(M2)和评估单元(AE)，其中，
-所述第一测量值处理单元(M1)具有：至少一个输入接口，用于接收第一传感器***的至少一个测量值(S1，S2)；第一旋转角度确定单元(W1)，用于由所述第一传感器***的至少一个测量值(S1，S2)来确定第一旋转角度(Φ1)；输出值确定单元(AU)，用于根据所述第一旋转角度(Φ1)以及根据所述第一传感器***与第二传感器***之间的已知的恒定角度偏移(ΔΦ)来确定第一输出旋转角度值(ΦA1)；和输出接口，用于输出所述第一输出旋转角度值(ΦA1)，
-所述第二测量值处理单元(M2)具有：至少一个输入接口，用于接收第二传感器***的至少一个测量值(T1，T2)；第一信号处理单元(SV1)，用于预处理所述至少一个测量值(T1，T2)；和至少一个输出接口，用于输出所述第二传感器***的至少一个经预处理的测量值(T1'，T2')，
-所述评估单元(AE)具有：至少两个输入接口，用于从所述第一测量值处理单元(M1)接收所述第一输出旋转角度值(ΦA1)并且从所述第二测量值处理单元(M2)接收所述第二传感器***的至少一个经预处理的测量值(T1'，T2')；至少一个输出接口；第二旋转角度确定单元(W2)；比较单元(VE)；和第二信号处理单元(SV2)，其中，
-所述第二信号处理单元(SV2)设计成用于将所述第二传感器***的至少一个经预处理的测量值(T1'，T2')在考虑偏差(D1)的情况下改变或保持原状并作为至少一个经进一步处理的测量值(T1”，T2”)传递给所述第二旋转角度确定单元(W2)，
-所述第二旋转角度确定单元(W2)设计成用于由所述第二传感器***的至少一个经进一步处理的测量值(T1”，T2”)来确定第二旋转角度值(Φ2)，并且
-所述比较单元(VE)设计成用于确定所述第一输出旋转角度值(ΦA1)与所述第二旋转角度值(Φ2)之间的偏差(D1)并且将所述偏差(D1)传递给所述第二信号处理单元(SV2)，其中，
-或者所述评估单元(AE)的至少一个输出接口设计成用于将所述第二旋转角度值(Φ2)或所述第二传感器***的至少一个经进一步处理的测量值(T1”'，T2”')作为最终输出值(ΦE)输出，
-或者所述第一测量值处理单元(M1)具有另外的输出接口，用于将所述第一输出旋转角度值(ΦA1)作为最终输出值(ΦE)输出，并且所述评估单元(AE)的至少一个输出接口设计成用于输出所述偏差(D1)或者输出通过将所述偏差(D1)与阈值进行比较而求取的控制值。
9.根据权利要求8所述的旋转角度测量电路(SCH)，其特征在于，所述第一测量值处理单元(M1)在每个输入接口与所述第一旋转角度确定单元(W1)之间分别具有模数转换器，用于将所述第一传感器***的至少一个测量值(S1，S2)转换为数字信号，其中，所述第一旋转角度确定单元(W1)和所述输出值确定单元(AU)设计成用于处理数字信号。
10.根据权利要求8或9所述的旋转角度测量电路(SCH)，其特征在于，所述第二测量值处理单元(M2)在每个输入接口与所述第一信号处理单元之间分别具有模数转换器，用于将所述第二传感器***的至少一个测量值(T1，T2)转换为数字信号，其中，所述评估单元(AE)的第二信号处理单元(SV2)设计成用于处理数字信号。
11.根据权利要求8或9所述的旋转角度测量电路(SCH)，其特征在于，
-所述评估单元(AE)在所述第二信号处理单元(SV2)与所述第二旋转角度确定单元之间具有至少一个模数转换器，用于将所述至少一个经进一步处理的测量值(T1”，T2”)数字化，并且
-在所述比较单元(VE)与所述第二信号处理单元(SV2)之间具有数模转换器，用于将所述偏差(D1)转换为模拟信号，其中，
-所述第二旋转角度确定单元(W2)和所述比较单元(VE)以及所述第一测量值处理单元(M1)设计成用于处理数字信号，并且
-所述第二信号处理单元(SV2)以及所述第二测量值处理单元(M2)设计成用于处理模拟信号。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4095491B1 (en) * 2021-05-27 2023-06-28 Melexis Technologies SA Magnetic position sensor system, method and device with error detection
CN114739357B (zh) * 2022-04-08 2023-09-22 上海中车艾森迪海洋装备有限公司 水下机器人的连续滚转角测量方法、装置及电子设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102141371A (zh) * 2010-02-03 2011-08-03 迈克纳斯公司 用于确定传感器装置和磁场之间的角度的角度传感器和方法
CN104677266A (zh) * 2015-01-20 2015-06-03 江苏多维科技有限公司 强磁场误差校准的磁电阻角度传感器及其校准方法
CN105403233A (zh) * 2014-09-10 2016-03-16 英飞凌科技股份有限公司 线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法
CN105547142A (zh) * 2014-10-09 2016-05-04 罗伯特·博世有限公司 用于探测在旋转构件处的旋转角度的传感器组件
JP2017011850A (ja) * 2015-06-19 2017-01-12 東芝産業機器システム株式会社 回転電機の回転子
CN109990697A (zh) * 2017-12-05 2019-07-09 英飞凌科技股份有限公司 磁性角度传感器装置和用于估计旋转角度的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7877884B2 (en) * 2004-11-20 2011-02-01 Harrill Mitchell C Dynamic axle alignment system onboard a vehicle
DE102006018627A1 (de) * 2006-04-21 2007-10-25 Siemens Ag Magnetischer Drehwinkelgeber
DE102008001408A1 (de) * 2008-04-28 2009-10-29 Robert Bosch Gmbh Offsetwinkelbestimmung bei Synchronmaschinen
DE102012202404B4 (de) * 2012-02-16 2018-04-05 Infineon Technologies Ag Drehwinkelsensor zur absoluten Drehwinkelbestimmung auch bei mehrfachen Umdrehungen
US9523589B2 (en) * 2013-02-12 2016-12-20 Asahi Kasei Microdevices Corporation Rotation angle measurement apparatus
JP6210284B2 (ja) * 2013-09-18 2017-10-11 株式会社ジェイテクト 回転角検出装置
DE102013222534A1 (de) * 2013-11-06 2015-05-07 Robert Bosch Gmbh Elektromaschine
US9470552B2 (en) 2014-02-06 2016-10-18 Infineon Technologies Ag Axial and perpendicular angle sensor in single package
EP3147631B1 (en) * 2015-08-25 2019-10-23 IDT Europe GmbH 360° magnetic rotary position sensor system and method for calculating high precision 360-degrees absolute angle of a rotating body
US10836429B2 (en) * 2016-07-20 2020-11-17 Tdk Corporation Angle sensor and angle sensor system
JP6350834B2 (ja) * 2016-09-30 2018-07-04 Tdk株式会社 角度センサおよび角度センサシステム
DE102016124952B4 (de) * 2016-12-20 2019-05-29 Infineon Technologies Ag Magnetisches Winkelerfassungssystem und Betriebsverfahren
KR20190094510A (ko) * 2018-02-05 2019-08-14 주식회사 엔엠씨 센서리스 제어를 이용한 모터의 전기각 오프셋 측정 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102141371A (zh) * 2010-02-03 2011-08-03 迈克纳斯公司 用于确定传感器装置和磁场之间的角度的角度传感器和方法
CN105403233A (zh) * 2014-09-10 2016-03-16 英飞凌科技股份有限公司 线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法
CN105547142A (zh) * 2014-10-09 2016-05-04 罗伯特·博世有限公司 用于探测在旋转构件处的旋转角度的传感器组件
CN104677266A (zh) * 2015-01-20 2015-06-03 江苏多维科技有限公司 强磁场误差校准的磁电阻角度传感器及其校准方法
JP2017011850A (ja) * 2015-06-19 2017-01-12 東芝産業機器システム株式会社 回転電機の回転子
CN109990697A (zh) * 2017-12-05 2019-07-09 英飞凌科技股份有限公司 磁性角度传感器装置和用于估计旋转角度的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Magnetic structure of the MnGe helimagnet and representation analysis;Yaouanc, A等;《PHYSICAL REVIEW B》;20170515;第95卷(第17期);全文 *
霍尔转子位置预估方法及其误差校正;荀倩 等;《电工技术学报》;20170325;第32卷(第6期);145-155 *
面向GIC的巨磁阻电流传感器的特性研究;王诗月 等;《中国科学:技术科学》;20180120(第01期);71-82 *

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