DE102005019815A1 - Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung - Google Patents

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Koichiro Kariya Matsumoto
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Abstract

Eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung (10) besteht aus einer mit einem drehbaren Gegenstand (1) verbundenen Magnetsensoreinheit und umfasst einen Permanentmagneten (12, 14) und ein Paar von Magnetsensorelementen (20, 22) zur Erzeugung eines Paars von Signalen und eine elektrische Berechnungseinheit (30), welche aus den Signalen eine Winkelgeschwindigkeit berechnet. Die elektrische Berechnungseinheit (30) berechnet die Winkelgeschwindigkeit durch die folgenden Schritte: Bilden von Sinus- und Kosinusfunktionen eines Winkels THETA' aus den Signalen; Bilden einer Sägezahnkurve aus dem Winkel THETA'; Bilden einer Tabelle, welche ein positives oder negatives Vorzeichen der Signale und der Sägezahnkurve des Winkels THETA' bei einer Vielzahl von Drehwinkeln des drehbaren Gegenstands darstellt; Bilden eines Paars von Kurven von Ausgangswinkeln THETA¶1¶ und THETA¶2¶ im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360 DEG , indem eine Drehposition des drehbaren Gegenstands aus einer Kombination des positiven oder negativen Vorzeichens des Signals und der Sägezahnkurve des Winkels THETA' unterschieden wird; und selektives Verwenden von Kurven der Ausgangswinkel THETA¶1¶ und THETA¶2¶ zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung, welche die Drehgeschwindigkeit eines drehbaren Objekts erfasst.
  • Eine aus einem Paar von magnetischen Erfassungselementen und einem Magnetfeld-Setzbauteil zusammengesetzte Magnetsensoreinheit ist als eine Vorrichtung zur Erfassung des Drehwinkels eines drehbaren Objekts bzw. Gegenstands gut bekannt, wie beispielsweise in der JP-A-2002-340511 offenbart. Bei einer derartigen Vorrichtung stellt ein Paar von Sensorelementen Signale Va und Vb zur Verfügung, wie in 16 gezeigt. Dann wird eine Sägezahnwellenkurve von trigonometrischen Werten θ' zur Verfügung gestellt, welche dem Arcustangens der Signale Va und Vb entsprechen, wie in 17 gezeigt. Dann können mehrere Drehwinkelbereiche des drehbaren Objekts zwischen 0° und 360° aus Kombinationen des positiven und negativen Vorzeichens der Ausgangssignale Va und Vb ermittelt werden, wie in 20 gezeigt. Daher kann der Drehwinkel des drehbaren Objekts bzw. Gegenstands in Hinblick auf 360° aus dem Ausgangswinkel θ ermittelt werden, wie in 18 gezeigt, so dass die Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Gegenstands theoretisch durch Differenzieren des Ausgangswinkels θ erlangt werden kann. Ist es jedoch beabsichtigt, die Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Gegenstands aus dem Drehwinkel um 360° herum aus dem Ausgangswinkel θ zu erlangen, wird sich eine Schwierigkeit ergeben, da sich der Ausgangswinkel θ vor oder nach 360° zu stark ändert, als dass man ihn differenzieren kann, wie in 19 gezeigt.
    •
  • Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine Winkelgeschwindigkeit ungeachtet der Winkelposition akkurat erfassen kann.
  • Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands eine Magnetfeld-Setzeinrichtung, eine Sinussignal-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Paars von erstem sinusförmigem Signal Va und einem zweiten sinusförmigem Signal Vb und einer Winkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung. Die Winkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung berechnet die Winkelgeschwindigkeit mit einem aus den folgenden Schritten bestehenden Verarbeitungsprogramm:
    Bilden eines Paars von trigonometrischen Funktionen eines trigonometrischen Werts θ' aus den sinusförmigem Signalen Va und Vb; bilden einer Tabelle, welche positive oder negative Vorzeichen des Paars der sinusförmigem Signale Va, Vb und der trigonometrischen Werte θ' bei einer Vielzahl von Drehwinkeln des drehbaren Gegenstands zeigt;
    Unterscheiden einer Drehposition des drehbaren Gegenstands aus Kombinationen des positiven oder negativen Vorzeichens des ersten und zweiten sinusförmigen Signals Va, Vb und den trigonometrischen Werten θ'; bilden eines Paars von Sägezahnkurven von Ausgangswinkeln θ1, θ2 in Hinblick auf einen Winkelbereich von 360°, welche sich untereinander in der Phase unterscheiden, indem Versatzwerte zu den trigonometrischen Werten θ' gemäß der zuvor unterschiedenen Drehposition addiert werden; und selektives Verwenden von Kurven der Ausgangswinkel θ1 und θ2 zum Berechnen der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands.
  • Bei der zuvor beschriebenen Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung wird eine des Paars von trigonometrischen Funktionen aus einer Summe der sinusförmigen Signale Va und Vb gebildet; und die andere des Paars von trigonometrischen Funktionen wird aus einer Differenz zwischen den sinusförmigen Signalen Va und Vb gebildet. Darüber hinaus wird das positive oder negative Vorzeichen der Spannungssignale Va und Vb vernachlässigt, wobei sich das Vorzeichen von einem zu dem anderen ändert, wenn eine Drehposition des drehbaren Gegenstands aus Kombinationen des positiven oder negativen Vorzeichens des ersten und zweiten sinusförmigen Signals Va, Vb und der trigonometrischen Werte θ' unterschieden wird. Die zweite Einrichtung kann aus einem Paar von Hallelementen zusammengesetzt sein. In diesem Fall sind die Hallelemente vorzugsweise in dem Magnetfeld angeordnet, so dass sie zueinander mit einem Winkel von 90° geneigt sind. Die zweite Einrichtung kann aus einem Paar von magnetischen Widerstandselementen anstelle der Hallelemente zusammengesetzt sein.
    •
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Charakteristika bzw. Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sowie der Funktionen von mit der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang stehenden Teilen werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und der Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Schaubild einer Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 einen Graphen einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und dem Ausgangswinkel der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 einen Graphen einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und seiner Winkelgeschwindigkeit;
  • 4 eine Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen Drehwinkelbereichen, positiven und negativen Vorzeichen von Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit, trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 5 ist eine weitere Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen Drehwinkelbereichen, positiven und negativen Vorzeichen von Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit, trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 6 einen Graphen zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und der Ausgangsspannung einer Magnetsensoreinheit einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 eine Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkelbereich und Kombinationen von positiven oder negativen Vorzeichen der Summe und Differenz von Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit, trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 8 eine weitere Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkelbereich und Kombinationen von positiven oder negativen Vorzeichen der Summe und Differenz von Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit, trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 9 ein schematisches Schaubild einer Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 10 einen Graphen zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und den Ausgangsspannungen einer Magnetsensoreinheit einer Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 11 einen Graphen zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und trigonometrischen Werten der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 12 einen Graphen zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und Ausgangswinkeln der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13 eine Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen den Drehwinkelbereichen, Kombinationen des positiven oder negativen Vorzeichens der Summe und Differenz von Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit, trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 14 eine Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen den Drehwinkelbereichen, Kombinationen des positiven und negativen Vorzeichens der Summe und Differenz von verschiedenen Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit von weiteren trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 15 eine Tabelle der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen Drehwinkelbereichen, Kombinationen von positiven und negativen Vorzeichen von Ausgangssignalen der Magnetsensoreinheit, trigonometrischen Werten und Ausgangswinkeln;
  • 16 einen Graphen einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und den Ausgangsspannungen einer Magnetsensoreinheit einer Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung des Standes der Technik;
  • 17 einen Graphen einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und trigonometrischen Werten der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung des Standes der Technik;
  • 18 einen Graphen zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und Ausgangswinkeln der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung des Standes der Technik;
  • 19 einen Graphen zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands und der von der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur Verfügung gestellten Winkelgeschwindigkeit; und
  • 20 eine Tabelle zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen Drehwinkelbereichen und Kombinationen von positiven und negativen Vorzeichen von Ausgangssignalen einer Magnetsensoreinheit der Winkelgeschwindigkeits- Erfassungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, welche in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 5, 16 und 17 wird eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands 1, wie beispielsweise einer Kurbelwelle oder eines Fahrzeugrads beschrieben. Die Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 10 umfasst ein Paar von Permanentmagneten 12 und 14, ein Paar von Hallelementen 20 und 22 und eine (nachfolgend als die ECU bezeichnete) elektronische Steuereinheit 30.
  • Die Permanentmagnete 12, 14 stellen in dem Raum zwischen ihnen ein im Allgemeinen gleichförmiges Magnetfeld oder eine konstante Magnetflussdichte zur Verfügung. Das Paar von Hallelementen 20, 22 weist dieselbe Konstruktion auf und sie sind in dem Raum zwischen den Permanentmagneten 12, 14 derart angeordnet, dass sie zueinander mit einem Winkel α (beispielsweise 90°) und zu dem Magnetfeld mit der Hälfte des Winkels α geneigt sind. Daher erzeugt das Hallelement 20, wenn sich der drehbare Gegenstand 1 dreht und die Hallelemente mit elektrischer Energie versorgt werden, ein sinusförmiges Spannungssignal Va und das Hallelement 22 erzeugt ein sinusförmiges Spannungssignal Vb, wie in 16 gezeigt. Die beiden sinusförmigen Spannungssignale Va, Vb unterscheiden sich in der Phase voneinander um 90° und sind durch die folgenden Gleichungen definiert: Va = kBI·sinθ' (1) Vb = kBI·sin(θ' + 90°) = kBI·cosθ' (2)
  • Die ECU 30 weist einen Speicher auf, welcher ein Verarbeitungsprogramm zur Erlangung der Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Gegenstands 1 speichert. Die ECU 30 berechnet tanθ' durch die folgende Gleichung (3) und einen (nachfolgend als ein trigonometrischer Wert oder Basiswinkel bezeichneten) Winkel θ', welcher zuvor unter Bezugnahme auf 17 beschrieben wurde, durch die folgende Gleichung (4). tanθ' = sinθ'/cosθ' = Va/Vb (3) θ' = arctan(Va/Vb) (4)
  • Die ECU 30 unterscheidet eine Winkelposition des drehbaren Gegenstands 1 im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° durch eine Kombination des positiven und negativen Vorzeichens der Spannungssignale Va, Vb und der trigonometrischen Werte θ'. Die ECU 30 stellt ein Paar von Sägezahnwellenkurven von Ausgangswinkeln θ1 und θ2 zur Verfügung, indem Versatzwinkel von 180° oder 360° zu dem trigonometrischen Wert θ' addiert werden, wie in 2, 4 und 5 gezeigt, bei welchen der Buchstabe N anzeigt, dass das positive oder negative Vorzeichen vernachlässigt ist, um die Winkelposition zu unterscheiden.
  • Der in 4 gezeigte Versatzwinkel für die Kurve von Ausgangswinkeln θ1 ändert sich nicht bei einem Drehwinkel von 180° sondern ändert sich bei Drehwinkeln 0° (360°), 90° und 270°, wobei sich das positive oder negative Vorzeichen des trigonometrischen Werts θ' von einem zu dem anderen ändert. Das heißt, der Versatzwinkel ändert sich von 360° zu 0° bei einem Drehwinkel von 0°, von 0° zu 180° bei einem Drehwinkel von 90° und von 180° zu 360° bei einem Drehwinkel von 270°.
  • Andererseits ändert sich der in 5 gezeigte Versatzwinkel für die Kurve von Ausgangswinkeln θ2 nicht bei einem Drehwinkel von 0° (360°), sondern ändert sich bei Drehwinkeln von 90°, 180° und 270°, wobei sich das positive oder negative Vorzeichen des trigonometrischen Werts θ' von einem zu dem anderen ändert. Das heißt, die Versatzwinkel ändern sich von 360° zu 0° bei einem Drehwinkel von 180°, von 180° zu 360° bei einem Drehwinkel von 90° und von 0° zu 180° bei einem Drehwinkel von 270°.
  • Auch wenn der trigonometrische Wert θ' bei den Drehwinkeln 90° und 270° beispielsweise nicht berechnet werden kann, da Va/Vb mit Vb = 0 gemäß der Gleichung (4) gilt, kann er auf 90° gesetzt werden, um die entsprechenden Ausgangswinkel 90° und 270° zur Verfügung zu stellen.
  • Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° akkurat oder ohne Störungen erfasst werden, wie in 3 gezeigt, wenn die Kurven der Ausgangswinkel θ1 und θ2 selektiv Verwendung finden, wobei das positive oder negative Vorzeichen der Spannungssignale Va und Vb vor und nach den Drehwinkeln 0° (360°) und 180° vernachlässigt werden. Das heißt, wenn der Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands ungefähr 180° beträgt, wird die Winkelgeschwindigkeit aus der Kurve des Ausgangswinkels θ1 berechnet. Andererseits wird die Winkelgeschwindigkeit aus der Kurve des Ausgangswinkels θ2 berechnet, wenn der Drehwinkel eines drehbaren Gegenstands ungefähr 360° beträgt.
  • Ist das Paar von Hallelementen 20, 22 in dem Raum zwischen den Permanentmagneten 12, 14 derart angeordnet, dass die Hallelemente 20, 22 bei einem Winkel α, welcher ein anderer als 90° ist, zueinander geneigt sind, erzeugt das Hallelement 20 ein sinusförmiges Spannungssignal Va und das Hallelement 22 erzeugt ein sinusförmiges Spannungssignal Vb, wobei sich die beiden sinusförmigen Spannungssignale Va, Vb voneinander in der Phase durch einen Winkel · unterscheiden und durch die folgenden Gleichungen definiert sind. tan θ' = cotα·(Va – Vb)/(Va + Vb) (5) θ' = arctan{cotα·(Va – Vb)/(Va + Vb)} (6)
  • Daher kann die Winkelgeschwindigkeit auf die selbe Weise, wie zuvor beschrieben, akkurat erfasst werden.
  • Nachfolgend wird eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 6 bis 8 beschrieben. Die Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 10 ist in der Konstruktion im Wesentlichen dieselbe mit Ausnahme des Verarbeitungsprogramms zur Erlangung der Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Gegenstands 1, welches in der ECU 30 installiert ist.
  • Die ECU 30 stellt ein Paar von Sägezahnwellenkurven von Ausgangswinkeln θ1 und θ2 zur Verfügung, indem Versatzwinkel zu dem trigonometrischen Wert θ' addiert werden, wie in 7 und 8 gezeigt, bei welchen ein Buchstabe N anzeigt, dass das positive oder negative Vorzeichen vernachlässigt wird, um die Winkelposition zu unterscheiden. Bei diesem Fall finden das positive und negative Vorzeichen der Summe (das heißt Va + Vb) und der Differenz (das heißt Va – Vb) der Spannungssignale Va und Vb zur Unterscheidung der Winkelposition des drehbaren Gegenstands anstelle des positiven und negativen Vorzeichens von jeweils den Spannungssignalen Va, Vb Verwendung. Die Summe und die Differenz können wie folgt ausgedrückt werden: Va + Vb = kBI·sinθ + kBI·cosθ = √2kBI·sin (θ + 45) (7) Va – Vb = kBI·sinθ – kBI·cosθ = √2kBI·sin(θ – 45) (8)
  • Dann können die Ausgangswinkel θ1 und θ2 bestimmt werden, indem das positive oder negative Vorzeichen von Va + Vb, Va – Vb und der trigonometrische Wert θ' kombiniert werden, wie in 7 und 8 gezeigt.
  • Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° erfasst werden, indem Kurven der Ausgangswinkel θ1 und θ2 selektiv Verwendung finden, und während das positive oder negative Vorzeichen der Spannungssignale auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel vernachlässigt werden.
  • Nun wird eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 40 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
  • Die Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 40 umfasst ein Paar von Permanentmagneten 12 und 14, drei Hallelemente 20, 22 und 24 und die ECU 30.
  • Die Hallelemente 20, 22, 24 weisen dieselbe Konstruktion auf und sind in dem Raum zwischen dem Permanentmagneten 12, 14 derart angeordnet, dass sie bei einem Winkel von 90° zueinander geneigt sind. Daher erzeugen die Hallelemente 20, 22 und 24, wenn sich der drehbaren Gegenstand 1 dreht und die Hallelemente mit elektrischer Energie versorgt werden, sinusförmige Spannungssignale, welche sich voneinander um 90° in elektrischem Winkel unterscheiden. Mit anderen Worten erzeugt das Hallelement 20 ein sinusförmiges Spannungssignal Va, das Hallelement 22 erzeugt ein sinusförmiges Spannungssignal Vb, und das Hallelement 24 erzeugt ein sinusförmiges Spannungssignal Vc, wie in 10 gezeigt.
  • Die ECU 30 berechnet unter Verwendung der Gleichung (5) und (6) aus den Spannungssignalen Va und Vb einen trigonometrischen Wert θ0' und aus den Spannungssignalen Va und Vc einen trigonometrischen Wert θ1', welche ein Paar von in 11 gezeigten Sägezahnkurven bilden.
  • Die ECU 30 unterscheidet Winkelpositionen des drehbaren Gegenstands 1 im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° durch Kombinationen des positiven und negativen Vorzeichens der Spannungssignale (Va + Vb), (Va – Vb) und der trigonometrischen Werte θ0', θ1', wie in 13 und 14 gezeigt, wodurch ein Paar von Sägezahnwellenkurven von Ausgangswinkeln θ0 und θ1 zur Verfügung gestellt wird, indem Versatzwinkel zu den trigonometrischen Werten θ0', θ1' addiert werden, wie in 12 gezeigt.
  • Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstandes im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° durch selektive Verwendung von Kurven der Ausgangswinkel θ0 und θ1 erlangt werden, während das positive oder negative Vorzeichen der Spannungssignale Va und Vb vor und nach den Drehwinkeln 90° und 370° vernachlässigt wird.
  • Werden die Hallelemente derart angeordnet, dass sie mit einem Winkel α zueinander geneigt sind, der von 90° verschieden ist, unterscheiden sich die beiden sinusförmigen Spannungssignale Va, Vb in der Phase voneinander durch den Winkel α und werden durch die Gleichungen (5) und (6) definiert. Daher kann die Winkelgeschwindigkeit auf dieselbe Weise, wie zuvor beschrieben, akkurat erfasst werden.
  • Nachfolgend wird eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 1, 15 und 16 beschrieben.
  • Die Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung umfasst ein Paar von Hallelementen 20 und 22, wie in 1 gezeigt.
  • Die ECU 30 berechnet unter Verwendung eines Verarbeitungsprogramms und der Gleichungen (3) und (4) einen in 11 gezeigten trigonometrischen Wert θ0' aus den in 16 gezeigten Spannungssignalen Va und Vc.
  • Die ECU 30 unterscheidet eine Winkelposition des drehbaren Gegenstands 1 in Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° durch eine Kombination des positiven und negativen Vorzeichens der Spannungssignale Va, Vb und der trigonometrischen Werte θ0'. Die ECU 30 stellt eine Sägezahnwellenkurve eines anderen trigonometrischen Werts θ1' zur Verfügung, indem ein Versatzwinkel von 90° zu dem trigonometrischen Wert θ0 1 addiert wird, welche als die Ausgangswinkel Verwendung finden. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360° erfasst werden, indem die Kurven der trigonometrischen Werte θ0', θ1' im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen selektiv verwendet werden.
  • Die bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen verwendeten Hallelemente können durch magnetische Widerstandselemente ersetzt werden.
  • Die trigonometrischen Werte θ0', θ1' der Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel können als die Ausgangswinkel auf dieselbe Weise wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel Verwendung finden.
  • Bei der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre spezifischen Ausführungsbeispiele offenbart. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass verschiedenste Modifikationen und Änderungen zu den spezifischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne sich von dem Geltungsbereich der Erfindung zu entfernen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist. Dementsprechend ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung eher in einem veranschaulichenden als in einem beschränkenden Sinn zu betrachten.
  • Eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung (10) besteht aus einer mit einem drehbaren Gegenstand (1) verbundenen Magnetsensoreinheit und umfasst einen Permanentmagneten (12, 14) und ein Paar von Magnetsensorelementen (20, 22) zur Erzeugung eines Paars von Signalen und eine elektrische Berechnungseinheit (30), welche aus den Signalen eine Winkelgeschwindigkeit berechnet. Die elektrische Berechnungseinheit (30) berechnet die Winkelgeschwindigkeit durch die folgenden Schritte: Bilden von Sinus- und Kosinusfunktionen eines Winkels θ' aus den Signalen; Bilden einer Sägezahnkurve aus dem Winkel θ'; Bilden einer Tabelle, welche ein positives oder negatives Vorzeichen der Signale und der Sägezahnkurve des Winkels θ' bei einer Vielzahl von Drehwinkeln des drehbaren Gegenstands darstellt; Bilden eines Paars von Kurven von Ausgangswinkeln θ1 und θ2 im Hinblick auf einen Winkelbereich von 360°, indem eine Drehposition des drehbaren Gegenstands aus einer Kombination des positiven oder negativen Vorzeichens des Signals und der Sägezahnkurve des Winkels θ' unterschieden wird; und Selektives Verwenden von Kurven der Ausgangswinkel θ1 und θ2 zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands.

Claims (10)

  1. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit einer ersten Einrichtung (12, 14) zum Setzen eines fixen Magnetfelds, einer zweiten Einrichtung (20, 22) zur Erzeugung einer Vielzahl von verschiedenen Signalen, welche sich mit Änderung der Richtung des Magnetfelds ändern, einer dritten Einrichtung (30) zur Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit aus dem ersten und zweiten Signal, ein Bauteil, welches an einer der ersten Einrichtung und zweiten Einrichtung fixiert ist, so dass es sich relativ zu der anderen dreht, um einen drehbaren Gegenstand (1) zu tragen, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einrichtung (30) ein Verarbeitungsprogramm umfasst, mit den Schritten des Berechnens eines Paars von trigonometrischen Funktionen eines Basiswinkels θ' aus den Signalen; Unterscheidens einer Vielzahl von Drehwinkelbereichen des drehbaren Gegenstands aus Kombinationen von positiven oder negativen Vorzeichen des Signals und des Basiswinkels θ', Bildens von zwei Sägezahnkurven aus einem ersten und zweiten Winkel θ1, θ2, welche sich in einem Winkelzyklus von 360° ändern, und die sich in der Phase voneinander durch den Basiswinkel θ' unterscheiden, und selektiv Differenzieren von Kurven des ersten und zweiten Winkels θ1, θ2, um dadurch die Winkelgeschwindigkeit eines drehbaren Gegenstands zu erfassen.
  2. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Sägezahnkurven des ersten und zweiten Winkels θ1, θ2 gebildet wird, indem ausgewählte Versatzwerte zu dem Basiswinkel θ' addiert werden.
  3. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine des Paars von trigonometrischen Funktionen aus einer Summe eines Paars der Signale gebildet wird, und die andere des Paars von trigonometrischen Funktionen aus einer Differenz zwischen den Signalen des Paars gebildet wird.
  4. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das positive oder negative Vorzeichen des Signals vernachlässigt wird, wo sich das Vorzeichen von einem zu dem anderen ändert, wenn Drehwinkelbereiche des drehbaren Gegenstands unterschieden werden.
  5. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung (20, 22) ein Paar von Hallelementen aufweist.
  6. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallelemente in dem Magnetfeld derart angeordnet sind, dass sie mit einem Winkel von 90° zueinander geneigt sind.
  7. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung ein Paar von magnetischen Widerstandselementen aufweist.
  8. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung drei Signale Va, Vb, Vc erzeugt, und durch den Schritt des Berechnens eines Paars von trigonometrischen Funktionen des Basiswinkels aus den drei Signalen.
  9. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Einrichtung ein Paar von Hallelementen aufweist.
  10. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Hallelemente in dem Magnetfeld derart angeordnet sind, dass sie mit einem Winkel von 90° zueinander geneigt sind.
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