用于补偿角度误差的方法与流程

本发明涉及一种用于补偿角度误差的方法。

背景技术：

1、从de102014109693a1中已知一种方法，其中，通过非接触式测量来确定具有旋转轴线的磁体装置的角位置。在此，该磁体装置具有磁体和至少三个磁场传感器，其中，从磁场传感器的信号中借助变换来计算正弦输出信号和余弦输出信号。

2、在分析处理装置中，借助反正切函数，由两个输出信号或者说由这两个输出信号的瞬时值直接计算出旋转角度，即布置在旋转轴线上的磁体或传感器的角位置。

3、通过使用至少三个磁场传感器，可以补偿磁性干扰场，其中，干扰场尤其出现在汽车电子的应用环境中。该装置和该方法不局限于三个磁场传感器。在使用三个以上传感器时，可以更精确地计算角位置。

4、然而，此类方法不适合于补偿定位不准确性和方位不准确性的误差。例如，磁体装置和传感器装置均可能由于公差而彼此轴向错开或者具有倾斜或倾翻。

5、除了非理想的磁特性之外，在信号中并且继而在角度确定时的其他误差尤其也归因于温度变化过程和老化。原则上，误差可以划分为三个类别：

6、-偏移误差，信号的直流分量(gleichanteil)引起所述偏移误差，以及

7、-增益误差，信号的幅度的峰值的偏差引起所述增益误差，以及

8、-正交性误差，两个信号的相移中的偏差引起所述正交性误差。

9、从“应用笔记apn000202_001en”中已知用于补偿这些误差的其他方法。所基于的装置具有用于执行补偿方法的器件。

10、然而，由于误差源的多样性和误差源的叠加(例如磁体装置与传感器装置之间的轴向未对准结合磁体的倾翻)，出现不能利用所提及的补偿方式来校正的效应。

技术实现思路

1、在这种背景下，本发明的任务在于，给出一种扩展现有技术的方法。

2、该任务通过具有权利要求1的特征的用于补偿角度误差的方法来解决。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。

3、根据该主题，提供了一种用于补偿角度误差的方法。

4、执行该方法，用于确定具有永磁体和至少两个磁场传感器的布置的角度值。

5、两个磁场传感器与测量和分析处理装置连接。

6、在永磁体与磁场传感器之间构造有距离。

7、借助强制引导的机械运动，在磁场传感器中产生正弦信号和余弦信号，或者，借助变换来产生正弦信号和余弦信号。

8、由这两个信号，借助反正切函数形成对应于角度值的分析处理信号，其中，布置误差以及来自测量和分析处理单元的误差改变该分析处理信号的形状。

9、在分析处理信号中，所述误差导致角度偏差，其中，为了最小化角度偏差，改变所述信号中的用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值。

10、在此，在一个方法步骤中，求取用于增益和/或正交性的校正值，其中，确定在分析处理信号中的二次谐波和/或在信号中的三次谐波和/或利萨茹图形(lissajousplots)的测量点的密度差中的三次谐波。

11、应注意的是，测量和分析处理单元一般而言不求取用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值，而是应用尤其例如在校准时已求取的用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值。后者更可能在测量和分析处理单元之外发生并且一般而言被保存。

12、换句话说，尤其地，增益误差(即，信号的幅度差异)和/或正交性误差(即，两个信号之间的为90度的相位关系的偏差)在执行该方法之前就是已知的并且被测量和分析处理单元考虑，也就是说，相应地校正信号。

13、应注意的是，与现有技术(在现有技术中，例如考虑信号的最小值和最大值，由此在某些情况下甚至扩大而非缩小最终所得的角度偏差)不同地，在本发明中，利用其他方法来求取用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值，以便可靠地校正二阶角度偏差。

14、应理解，术语“磁场传感器”尤其包括垂直霍尔传感器和/或横向霍尔传感器和/或tmr和/或amr和/或其他类型的传感器。此外，在该布置中也可以使用不同类型的磁场传感器。

15、应注意的是，正弦信号和余弦信号在仅具有恰好两个传感器的实施中也直接作为来自两个磁场传感器的测量信号产生或者只能借助测量信号的变换来导出。尤其在两个以上磁场传感器的情况下，正弦信号和余弦信号一般而言只能借助变换来产生。即使在恰好两个磁场传感器的情况下，视两个磁场传感器的布置而定和/或在使用不同类型的磁场传感器时，例如两个磁场传感器中的一个磁场传感器构造为tmr并且另一个磁场传感器构造为霍尔传感器，变换可能也是必要的。

16、应注意的是，在通过0°至360°时，利萨茹图形中的测量点原则上位于闭合曲线上，其中，在该布置不具有干扰的情况下，该曲线具有恒定的半径并且测量点均匀地分布在圆形线上。换句话说，该曲线是圆形。

17、如果存在干扰，则半径不再恒定并且曲线偏离圆形和/或利萨茹图形上的点的分布不同。

18、应注意的是，概括而言，该方法通过改变用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值来最小化信号中的三次谐波。

19、三次谐波的确定可以直接在信号中被确定或者在由此最终所得的效果(例如，作为二次谐波的分析处理信号的最终所得的角度偏差或两个信号的利萨茹图形的密度差)中被确定。

20、应注意的是，在一个替代方案中，在分析处理信号中应使角度偏差最小化，该角度偏差在那里作为二次谐波出现。换句话说，二次谐波被最小化。

21、在另一个替代方案中，在借助利萨茹图形进行分析处理时，补偿密度差。

22、应注意的是，上述用于减少误差的方案在效果方面是彼此等效的。

23、应理解，可以在信号中直接确定和平衡(abgleichen)误差值，并且接着才借助根据本发明的方法来确定用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值。

24、该方法的优点在于，可以补偿由磁体装置和传感器装置之间的轴向未对准或者说磁体的倾翻引起的误差以及在信号中导致更高阶效应的其他误差原因。

25、尤其地，可以确定正弦和余弦信号中的三次谐波，该三次谐波作为最终所得的旋转角度偏差中的二次谐波出现。应理解，在此考虑至少一次360°的通过是有利的。

26、此外，应注意，利用该方法显著拓展了对呈信号的三次谐波形式出现的角度误差的补偿。

27、由此，一方面，角度测量的可实现的精度提高；另一方面，可以降低对制造公差的要求并且降低了在接合该装置时的效率或者说开销。换句话说，可以降低生产中的成本。

28、应理解，该方法不局限于旋转角度测量。该方法可以用于非接触式路径测量(wegemessung)的所有形式，在该非接触式路径测量中，至少一个永磁体与至少两个磁场传感器组合地产生正弦和余弦信号。这尤其也包括其磁性结构以相应方式设计的任何类型的线性运动。

29、在一个实施方式中，在借助反正切函数计算角度值之后，由360°旋转的最终所得的角度偏差的二次谐波来确定用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值。

30、在一个实施方式中，为了由利萨茹图形的密度差确定用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值，在更恒定的周期速度/频率或者说旋转速度下以固定的采样率记录测量点。

31、在另一个实施方式中，用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值由360°旋转的旋转角度的误差的最终所得的变化过程中的二次谐波的借助dft或fft所计算的分量来确定。

32、在一个扩展方案中，用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值由已通过其他方法产生的校正值的改变结合正弦信号和余弦信号的借助dft或fft所计算的三次谐波来确定。换句话说，借助根据本发明的方法，在由信号中的三次谐波的确定进行校正之后，由二次谐波的确定来计算增益误差和/或用于校正正交性误差的值。

33、在一个扩展方案中，dft计算借助格策尔(goertzel)算法来执行，或者，在一个替代方案中借助正弦拟合(也称为正弦拟合函数)来直接求取二次谐波或三次谐波。换句话说，在该替代方案中，完全不执行fft或dft计算。一个优点是计算能力降低。

34、在一个实施方式中，优选的是，以迭代方式多次执行对用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值的求取。由此，可以进一步提高角度计算的精度。

35、根据另一个扩展方案，在已经求取校正值之后，由信号的变化过程与理想正弦变化过程的比较以及由信号的变化过程与理想余弦变化过程的比较，直接在信号中确定三次谐波。

36、然后，由已求取的校正值和与理想变化过程的偏差来确定用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值。

37、在一个实施方式中，该方法用于在具有永磁体和磁场传感器的布置中确定旋转角位置。

38、在此，该布置具有轴，该轴带有端面和至少一个布置在该端面上或侧向布置在该轴上的永磁体。

39、沿着该轴的假想延长部，布置有磁场传感器。替代地，磁场传感器侧向地布置，即与该轴的假想延长部间隔开地布置。

40、应理解，在该轴与磁场传感器之间构造有距离。

41、测量和分析处理装置与磁场传感器连接，其中，在该轴旋转时，在相应的磁场传感器的输出端上产生正弦信号或余弦信号或者借助变换才获得正弦信号或余弦信号。

42、在一个扩展方案中，磁场传感器沿着x方向间隔开。

43、在另一个扩展方案中，磁场传感器沿x方向直接布置在彼此上和/或沿z方向部分地或完全地彼此上下地布置。

44、在另一个实施方式中，相应三个磁场传感器以像素单元的形式布置，其中，由这三个磁场传感器测量一个磁场的三个不同方向。在一个扩展方案中，多个磁场传感器布置在x-y平面中，优选线性地布置或布置在圆形上。

45、测量和分析处理装置设置为用于，借助反正切函数由所述信号计算对应于旋转角度值的分析处理信号。

46、此外，测量和分析处理装置设置为用于，计算用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值以改变分析处理信号，以便最小化角度偏差。

47、在一个替代的实施方案中，该方法应用在用于求取平移运动路径的角度值的其他布置中。

48、在此，该其他布置包括多个沿着平移路径布置的永磁体对和至少两个沿着该平移运动路径布置的磁场传感器。

49、应理解，磁场传感器与永磁体对间隔开地、相对于彼此地且沿着平移运动路径可运动地布置。

50、此外，设置与磁场传感器连接的测量和分析处理装置。

51、在永磁体对或磁场传感器沿着该路径平移运动时，在相应的磁场传感器的输出端上存在正弦信号或余弦信号，或者，这些信号借助变换来获得。

52、测量和分析处理装置设置为用于，借助反正切函数由所述信号计算对应于角度值的分析处理信号。

53、此外，测量和分析处理装置设置为用于，计算用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值以改变分析处理信号，以便最小化角度偏差。

54、在一个优选实施方案中，测量和分析处理装置设置为用于，借助dft或fft分析处理来确定用于校正增益误差的值和/或用于校正正交性误差的值。

55、在一个扩展方案中，测量和分析处理装置包括格策尔滤波器，或者，测量和分析处理装置设置为用于实施正弦拟合函数。

56、在一个替代的扩展方案中，测量和分析处理装置设置为用于确定利萨茹图形的密度差。

57、在一个优选实施方案中，测量和分析处理装置连同磁场传感器单片地或作为多芯片解决方案集成到ic壳体中。