專利名稱：用于固有安全的車輪轉(zhuǎn)速檢測的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的轉(zhuǎn)速檢測方法、一
種根據(jù)權利要求3的前序部分所述的用于車輪或其它旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速檢測的 系統(tǒng)、以及一種按照權利要求15所述的用于避免或抑制對/f茲場干擾分量的 測量的傳感器模塊。
背景技術：
用于汽車領域的主動傳感器已多次為人所知。主動傳感器有2線設計 和3線設計。本發(fā)明的說明書以通常用于制動系統(tǒng)中的2線設計為例。然 而，在本發(fā)明的意義上，該基本思想也可使用于例如在發(fā)動機和/或變速器 應用中很普及的3線設計。
這些現(xiàn)有技術在圖1中示意示出。在圖la中，傳感器1和ECU(ABS 控制器的電控單元，或通用的電控單元)2通過2線回路3、 4彼此導電相 連。為了傳感器的運行，運行電壓vb是必要的，該電壓由ECU提供給接 線柱K1、 K2。信號電流Is通過傳感器流回到ECU，其電流強度隨著由編 碼器5產(chǎn)生并在ECU中解碼的轉(zhuǎn)速信息的節(jié)拍而變化。在圖lb中，傳感 器6和ECU7通過3線回路8、 9、 IO彼此導電相連。這里，為了傳感器 的運行，運行電壓Vb也是必要的，該電壓由ECU提供給接線柱Kl，、 K2，。 傳感器通過接線柱K3提供給ECU —包含傳感器信息的信號電壓Vs。
圖2示出具有2線接口的主動輪速傳感器的兩個典型變型的內(nèi)部系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)。圖2a示意示出不帶附加功能的用于單向轉(zhuǎn)速檢測的傳感器。輪速傳 感器1包括一傳感器模塊，該傳感器模塊包括與一電子信號處理級SC連 接的磁阻傳感器元件S。該傳感器元件通過磁場H與編碼器E耦合。以車
輪轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的編碼器以增量模式調(diào)制包含車輪轉(zhuǎn)速信息的氣隙磁場H。傳 感器元件S和信號處理級SC從該氣隙磁場的調(diào)制中產(chǎn)生一用于控制調(diào)節(jié) 器級M的信號電壓，該調(diào)節(jié)器級M又控制電源11，使得編碼器的增量模 式被示為外加的(eing印raegt)信號電流Isl。圖2b示意示出用于雙向檢 測車輪轉(zhuǎn)速和/或傳遞附加的(診斷)參數(shù)的傳感器。與前面不同，這里信
號處理級分在兩個電路WS和ZI中。WS級用于處理來自編碼器信號的車 輪轉(zhuǎn)速信息，而ZI用于單獨處理來自傳感器/編碼器接口的附加信息。這 樣的信息可以是例如旋轉(zhuǎn)方向和氣隙尺寸。在信號級SL中，由WS和ZI 處理過的信號^皮合成為一用于控制調(diào)節(jié)器級M的信號，該調(diào)節(jié)器級M又 控制電源11,使得控制信號中所包含的車輪轉(zhuǎn)速信息和附加信息的協(xié)議被 示為外加的信號電流Is2。按照現(xiàn)有技術，現(xiàn)在使用3電平協(xié)議 (3國Pegel-Protoko11)或PWM (脈寬調(diào)制)協(xié)議。
一方面，鐵磁體齒輪或者多孔板可以用作編碼器，它們與永久磁鐵聯(lián) 合產(chǎn)生可變的磁場氣隙；另一方面，也可以使用永久磁化的南北極區(qū)域， 該區(qū)域以交替的順序嵌入例如輪軸軸承密封內(nèi)。必要的輔助磁鐵作為傳感 器模塊的機械組成部分內(nèi)置在傳感器中。本發(fā)明的說明在下文限制于實質(zhì) 性的技術應用，即磁阻傳感器與永久磁化的編碼器的組合；然而，對于專 家/專業(yè)人員來說，可以將本發(fā)明的原理直接應用在與鐵磁體編碼器的組合 中，這同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
器元件的具體物理環(huán)境的參考方向和特征曲線。圖3a示出圖2a中的在車 輪轉(zhuǎn)動運行時幾何上對齊于永久磁化的編碼器磁道13的特殊的磁阻傳感 器模塊12。編碼器磁道平坦地位于XY平面內(nèi)并且相對于傳感器元件在Y 方向上運動。傳感器模塊的部件14包括由四個磁阻式坡莫合金一 (巴伯電 極(Barberpole ))—阻抗17構(gòu)成的電橋電路16,如圖3b所示。阻抗層 平面與編碼器的平面一樣平行于XY平面延伸。圖3c示出信號電壓Vss與 氣隙磁場強度Hy, Hxl和Hy, Hx2的關系的工作特征曲線。這里，Hy 是在編碼器磁道運行方向上的磁場分量，而Hx是在橫向于Hy方向上的編
碼器的磁場分量。這里，Hxl和Hx2表示在x方向上指向相反的磁場分量。 圖3c表明，變換編碼器磁化分量Hxl、 Hx2會導致特征曲線18、 19鏡像 對稱。與變換的Hx磁場分量的下綴相聯(lián)系的特征曲線的變換跳躍式發(fā)生， 并被稱作"觸發(fā)/翻轉(zhuǎn)"。觸發(fā)會導致非期望的編碼信號失真(加倍)并干 擾車輪轉(zhuǎn)速檢測。在現(xiàn)在的實踐中，這樣避免觸發(fā)，即， 一沿X方向極化
的所謂的偏置》茲體15產(chǎn)生一所謂的輔助^t場(Sttttzfeld)，該輔助/磁場大 于》茲場分量Hxl、 Hx2并因此固定兩個特征曲線中的一個，例如18。
圖4用于解釋在X方向上出現(xiàn)編碼器磁場分量的原因。圖4a示出一 編碼器在XZ平面內(nèi)的視圖，該編碼器具有從磁道21出發(fā)到由金屬板22 制成的鐵f茲4妄地(Eisenrtickschlu卩)的;茲場20。編碼器,茲道的場線在寬闊 的中間區(qū)域內(nèi)平行于Z方向發(fā)出，而在邊緣區(qū)域，發(fā)出方向附加向X方向 傾斜。這些Hx分量具有非均勻的特征，對于轉(zhuǎn)速測量來說是不符合期望 的。當傳感器模塊12相對于中線僅僅偏置很小時，如圖4a所示，沒有值 得提及的Hx分量起作用，使得偏置磁體15的場強始終占主導地位并且特 征曲線18 ^皮穩(wěn)定地施加。
在圖4b的編碼器中，傳感器以相對于中間位置相同的偏置距離到達一 已經(jīng)包括明顯的Hx分量的磁場線區(qū)域，使得特征曲線的穩(wěn)定性受到了危 害。當編碼器僅具有窄的讀入磁道和/或具有強的磁化強度和/或傳感器模塊 定位在離讀入磁道的中間向外較遠處和/或傳感器模塊定位在離編碼器表 面很近處時，該危害是很嚴重的。因此，其中一個參數(shù)或其中多個參數(shù)的 組合的強烈影響可能出現(xiàn)有危害的情況，在該情況下會發(fā)生上述的觸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，抵消或防止上述觸發(fā)的發(fā)生或提出一種通用的技術， 該技術可以這樣提高傳感器模塊的固有安全性，即使得不希望的觸發(fā)被防 止，例如被抑制或者被自動識別出，并且傳感器模塊向ECU傳送信號報 告這一狀態(tài)。
按照本發(fā)明，這一 目的通過按照權利要求1所述的用于轉(zhuǎn)速檢測的方
法、按照權利要求3所述的用于車輪或其它旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速檢測的系統(tǒng)以及 按照權利要求15所述的用于抑制對磁場千擾分量的測量的傳感器模塊來 實現(xiàn)。
本發(fā)明的基本思想是，使用兩個各具有至少 一個傳感器的信號電路， 其中這兩個信號電路在測量由運動的磁體編碼器調(diào)制的磁場方面在測量技 術上具有不同的設計。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的原理基本上在于，有規(guī)律地(當兩個輸出信號相 等時)通過電控單元對其中一個信號電路的輸出信號進行分析，而當兩個 信號電路的輸出信號不相等時對另一個信號電路的輸出信號進行分析。對 于這兩個例如能表示被監(jiān)控的車輪轉(zhuǎn)速的輸出信號相等的情況，通過按照 本發(fā)明的系統(tǒng)，關于正確測得轉(zhuǎn)速的安全性得到提高。合適的是，當輸出 信號不相等時將信號電路與控制單元連接，以更大可能性地提供正確信息。
偏置磁體不僅是指永久磁鐵，也指電磁鐵，該偏置磁鐵用于產(chǎn)生確定 的偏置磁場強度。
磁場傳感器元件是指可以測量磁場并且將確定的大小的該磁場轉(zhuǎn)換成 一合適的測量值并輸出的傳感器元件，也尤其是磁電轉(zhuǎn)換器元件，例如 GMR傳感器元件或霍爾電橋。
在本申請框架內(nèi)公開并要求保護的方向和距離的技術規(guī)格可理解為基 于這一前提，即這些技術規(guī)格也覆蓋具有確定公差的實施例或這些技術規(guī) 格基本上適用的實施例。
傳感器模塊是指至少具有一個傳感器元件的模塊，但不必是用于信號 分析的電子電路也不必是用于數(shù)字式數(shù)據(jù)處理的電子電路。但是有可能并 安排，在傳感器模塊中不僅內(nèi)置一用于信號分析的電子電路而且可選擇地 內(nèi)置一用于數(shù)字式數(shù)據(jù)處理的電子電路。傳感器模塊可以是本發(fā)明所提出 的系統(tǒng)的部件。
第一信號電路優(yōu)選地具有比第二信號電路高的靈敏度。因此，雖然一 方面第一信號電路對弱的信號有反應，但是另一方面輕微的干擾信號也更 容易使結(jié)果失真。在這種情況下，切換到較不易受干擾的第二信號電路。 實踐中，通過這種組合，可顯著提高所述系統(tǒng)在裝配位置方面的公差。如 果例如第一信號電路的傳感器元件與編碼器之間的距離非常小，那么并不 能排除第一信號電路的錯誤信息。但是，在這種小距離情況下，第二信號 電路卻能以大的可能性輸出正確的信息。
合適的是，通過切換到第二信號電路可立即更正由第 一信號電路上的 觸發(fā)引起的錯誤的車輪轉(zhuǎn)速信息。
為了得到特別大的所述系統(tǒng)的裝配位置的公差，推薦采用按照權利要
求5所述的特征。由此確保給出一裝配位置，在該裝配位置所述系統(tǒng)冗佘 地并因此以高的安全性工作。如果氣隙進一步減小，則兩個信號電路的靈 敏度增加。這雖然最終會導致第一信號電路的觸發(fā)，但同時也會提高第二 信號電路的靈敏度，使其以大的可能性給出正確的轉(zhuǎn)速。
優(yōu)選地，兩個信號電路的傳感器元件設置在一個共同的殼體內(nèi)并且優(yōu) 選具有一個共同的偏置磁體。
本發(fā)明提出了 一種用于避免或抑制對由磁體編碼器的運動調(diào)制的磁場 干擾分量的測量的傳感器模塊。該傳感器模塊由至少 一個第 一和第二磁場 傳感器元件以及至少一個偏置磁體組成；其中，參照笛卡爾坐標系，磁體 編碼器的由其半徑定義的編碼表面基本上平行于x-y平面地設置，偏置磁 體的磁化方向和磁場傳感器元件各自的傳感器表面排列成基本上平行于磁 體編碼器的編碼表面并因此平行于x軸，并且第一磁場傳感器元件和第二 磁場傳感器元件設置成在z方向上到磁體編碼器的距離不同。
傳感器模塊的這些一_具體地，兩個一一磁場傳感器優(yōu)選地具有不同 的靈敏度。
合適的是，傳感器模塊的磁場傳感器元件和偏置磁體相互間而且相對 于磁體編碼器這樣設置，即，使第一磁場傳感器元件以比至少另一個磁場
傳感器元件更高的電平檢測由磁體編碼器調(diào)制的z方向上的磁場分量，并 且第二磁場傳感器元件以至少一個確定的電平檢測由偏置磁體調(diào)制的x方
向上的磁場分量，該電平比經(jīng)過磁體編碼器調(diào)制的X方向上的磁場分量更強。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的應用領域并不局限于旋轉(zhuǎn)的車輪，而是也可以類 似地十分有效地應用于線性運動的情況。然而，特別有利的是應用于對應
于按照權利要求6所述的特征的發(fā)明。
優(yōu)選地，通過該系統(tǒng)輸出描述所述系統(tǒng)狀態(tài)的信號，并且由此在分析 由該系統(tǒng)給出的信息時可以考慮該系統(tǒng)的狀態(tài)。
其它優(yōu)選的實施形式參見從屬權利要求和借助于示意圖對實施例進行 的以下說明。
所提出的系統(tǒng)優(yōu)選地用于這樣的固有安全的(eigensicher )車輪轉(zhuǎn)速 檢測，該固有安全的車輪轉(zhuǎn)速檢測利用具有傳感器元件的所謂主動傳感器 基于特別是各向異性的磁阻效應來進行。本發(fā)明可以用在設備制造和機械 制造的所有領域中，尤其是汽車領域，這里又主要是電子控制的制動系統(tǒng) 領域。其中，可以分別地使用提出的方法和本發(fā)明的系統(tǒng)，也可以單獨或 相互組合地使用本發(fā)明的傳感器模塊。


下列附圖用于解釋現(xiàn)有技術、采用的參考方向和具有不同實施形式的 本發(fā)明。附圖中
圖1示出兩個輪速檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理；
圖2是典型的傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖3是本說明書所依據(jù)的參考方向和特征曲線；
圖4示出磁性感應器的磁場線示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖6示出在已知的車輪轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)中使用的信號協(xié)議；
圖7示出傳感器元件在空間上分開的原理；
圖8示出空間上分開的信號電路的第一個實施例；
圖9示出空間上分開的信號電路的第二個實施例；
圖IO示出通過不同的固有各向異性而分開的原理；
圖11示出影響固有各向異性的參數(shù)；
圖12示出在本發(fā)明中可應用的靈敏的電橋結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖13示出在本發(fā)明中可應用的電橋結(jié)構(gòu)的幾何變型。
具體實施例方式
圖5示出一示例性的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由編碼器23和與ECU25連接的固 有安全的傳感器24構(gòu)成。傳感器24包括兩個磁阻傳感器元件Sl和S2， 這兩個傳感器元件通過適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)措施一一通常情況下通過兩個具有不同 的氣隙磁場強度H1和H2的磁場氣隙一一與編碼器磁耦合，其中本發(fā)明考 慮到了 H1=H2的特殊情況并且也用作實施例進行介紹。來自每個傳感器 元件的車輪轉(zhuǎn)速信號分別通過附屬的信號處理級26、 27進行處理。對于文 中作為重疊的例子示出的按照圖2b所示類型的車輪轉(zhuǎn)速傳感器，從傳感器 元件Sl中輸出一附加信息ZI1,該附加信息在其功能方面相當于在圖2b 中所述的以ZI表示的信息。處理級26、 27的信號頻率在頻率比較儀級28 中進行一致性比較。比較儀級28產(chǎn)生關于信號頻率一致或不一致的狀態(tài)位 作為結(jié)果協(xié)議。同時，比較儀級28控制一電子換向開關29，該換向開關 可二選一地將來自Sl、 26或者來自S2、 27的信號電路與信號邏輯電路30 連接起來，而附加信息ZIl、 ZI2的信號電路始終與該信號邏輯電路30連 接在一起。由此信號邏輯電路產(chǎn)生一信號協(xié)議，該信號協(xié)議通過調(diào)制器M 和電源11構(gòu)造成一信號電流才莫式并傳輸至ECU25。
因此，始終存在一個具有最大靈敏度的信號電路，使得在未被干擾的 正常情況下在氣隙最大的同時達到編碼器磁道的最小偏差，而同時始終存 在一個觀測信號電路，其靈敏度這樣設計，使得在所有的磁場條件下能可 靠地防止觸發(fā)。這里，提出下面的設計準則
用于設計較靈敏電路的傳感器靈敏度的一個示例性條件這樣給出，即， 當達到某一氣隙長度一一在該氣隙長度，具有(例如，6dB)安全性的非 靈敏電路的信號可以被識別出高于噪聲一一時，具有(例如，6dB)安全 性的較靈敏電路不允許受到觸發(fā)的危險。
將要說明的示例性實施變型及其組合的技術原理能夠進行廣泛的多樣
化設計。
推薦下面的信號分析變型，以提高車輪轉(zhuǎn)速傳感器針對觸發(fā)的固有安
全性
情況1:
頻率(靈敏電路)等于頻率(觀測電路) 令冗余度報告 令高的固有安全性 今僅使用靈敏電路
情況2:
頻率(靈敏電路)不等于頻率(觀測電路)
令關于觸發(fā)狀態(tài)的診斷報告可在信號協(xié)議中證實
今僅4吏用觀測電路
今可獲得為緊急運行保留的車輪轉(zhuǎn)速信息
圖6示出現(xiàn)在常用的信號協(xié)議和將關于觸發(fā)的診斷信息傳遞到ECU 的可能性。
圖6a示出為單向車輪轉(zhuǎn)速檢測建立的用作標準的2電平協(xié)議。這里， 將通過一常數(shù)靜態(tài)電平相對于ECU的觸發(fā)狀態(tài)示為例子。
圖6b示出一汽車工業(yè)同樣使用的3電平協(xié)議。其中，轉(zhuǎn)速信息通過電 平Ih來識別，而不同的附加信息，如旋轉(zhuǎn)方向、氣隙尺寸在電平范圍Im 和Il內(nèi)在一系列位中順序編碼。存在有利的可能性，即這些位中的一位用 于觸發(fā)狀態(tài)的編碼。與已經(jīng)存在的氣隙診斷相聯(lián)系使得可控制實質(zhì)改善的 安裝安全性。
圖6c示出汽車工業(yè)同樣使用的PWM協(xié)議。這里，觸發(fā)狀態(tài)可以通過 一確定的相對于ECU的脈寬比例來證實。
為了實現(xiàn)靈敏信號電路和觀測信號電路的特性，提出了兩個技術方案， 這兩個方案既可以二選一地也可以相互組合地使用。第一個二選一的方案 基于在相對于編碼器的XY平面的Z方向上使用兩個相互空間偏置的相同
靈敏度的傳感器結(jié)構(gòu)(例如電橋)。第二個二選一的方案基于在一平行于
編碼器的XY平面的平面內(nèi)使用兩個不同靈敏度的傳感器結(jié)構(gòu)。第三個方 案是在相對于編碼器的XY平面的Z方向上相互空間偏置的兩個不同靈敏 度的傳感器結(jié)構(gòu)的組合。從這些方案中可產(chǎn)生傳感器模塊的不同的實施形 式。
圖7示出一示例性的傳感器模塊的方案，在該方案中，兩個在Z方向 上相互偏置的傳感器結(jié)構(gòu)一一主要是電橋結(jié)構(gòu)一一相對于相同的參考磁場 強度可以具有既可相同也可不同的按照本發(fā)明的傳感器靈敏度。兩個具有 靈敏的電橋結(jié)構(gòu)或磁場傳感器元件34、 35的硅載體32、 33設置在由塑料 材料制成的殼體31內(nèi)。在Z方向上的空間偏置通過這兩個芯片的"背對 背的布置"來產(chǎn)生。由于兩個傳感層在Z方向上的空間偏置， 一單獨的沿 X方向4 L化的偏置^茲體36相對于編碼器37的》茲場分量以不同的》茲場強度 偏壓兩個傳感層，其中編碼器37具有磁性層21和鐵磁接地22。傳感器的 讀入磁道相對于編碼器的中線磁道在X方向上偏置，使得Hx干擾分量38 逆向作用在可能導致觸發(fā)的偏置磁場上。本發(fā)明中，該示例性傳感器模塊 使用以下的技術逆流/反轉(zhuǎn)(Gegenlaeufigkeit),使得不僅實現(xiàn)所要求的最 大靈敏的電路而且同時實現(xiàn)最大的抵制觸發(fā)的觀測電路傳感器結(jié)構(gòu)35 到偏置磁體的距離L3相對較大，而到編碼器表面的距離L4相對較小，也 就是說，當偏置分量Hx相對較弱時編碼器的相對較強的磁場分量Hy起作 用。因此，結(jié)構(gòu)/磁場傳感器元件35如所要求的那樣高度靈敏。對于傳感 器結(jié)構(gòu)/磁場傳感器元件34來說情況正好相反。到偏置磁體的距離Ll相對 較小，而到編碼器表面的距離L2相對較大，也就是說，當偏置分量Hx相 對較強時，編碼器的不會引起觸發(fā)的相對較弱的逆序千擾分量起作用。為 了進一步與給定的傳感器一編碼器一氣隙一接口相匹配，可以采用技術上 有利的下列參數(shù)變量可能性的組合
選擇硅載體層的厚度，以匹配磁場傳感器元件34、 35在Z方向上 的相互間的距離
通過選擇在殼體31內(nèi)的安裝深度來選擇硅載體層組件到編碼器表
面的距離
*匹配由偏置》茲體產(chǎn)生的/F茲場強度
*通過選擇位于偏置磁體與硅載體層組件中間的殼體層厚度來匹配
偏置磁體到硅載體層組件的幾何距離 *分別選擇兩個磁場傳感器元件或磁阻式結(jié)構(gòu)34、 35中每個的各自
的靈敏度
圖8示出一個按照圖7的方案的傳感器模塊的另一個示例性的實施形 式的示意圖。圖8a是剖視圖8b的三維視圖。這里，偏置磁體39作為磁性 層(例如，釤鈷(SmCo)磁性層)施加在引線框架40上。引線框架引出 端41和引線框架配對件42構(gòu)成傳感器模塊的2線接頭(必需的澆注殼體 47未示出)。在磁性層上面設置一具有ASIC44的硅芯片43，該硅芯片用 于根據(jù)圖2調(diào)節(jié)信號直至產(chǎn)生信號流。在該ASIC上，彼此間以一定的側(cè) 向距離設置兩個具有磁阻式電橋45、 46的硅載體433、 444，其中電橋46 用倒裝芯片技術、電橋45用粘接技術與ASIC導電連接。相對于編碼器磁 道48,電橋45用作靈敏電路的磁場傳感器元件而電橋46用作觀測電路的 抗觸發(fā)的磁場傳感器元件。
圖9示出傳感器模塊的另兩種變型。兩種變型的共同之處是引線框架 40、偏置^茲體39、具有ASIC44的硅芯片43的分層，如在圖8中已知； 其區(qū)別在于磁性層不是設置在引線框架上而是設置在硅芯片43的背面上。 在圖9a中，由兩片相互"背對背"機械固定的硅芯片49、 51構(gòu)成的片堆 通過磁場傳感器元件52借助于倒裝芯片技術與ASIC導電接觸，而磁場傳 感器元件50通過粘接與ASIC相連接。按照圖9a的整個系統(tǒng)具有傳感器 模塊的功能元件。在按照圖9b的一變型中，在具有相同功能的情況下，一 單個的硅芯片53代替按照圖9a的片堆49、 51作為兩個磁阻傳感器元件 54、 55的載體。
圖10示出在相同的XY平面內(nèi)相互偏置的兩個傳感器結(jié)構(gòu)一一主要是 電橋一一的可選方案的實施例，這兩個傳感器結(jié)構(gòu)相對于相同的參考磁場 強度具有不同的傳感器靈敏度。 一具有靈敏電橋結(jié)構(gòu)或磁場傳感器元件說明書第11/12頁
58、 59的硅載體57設置在由塑料材料制成的殼體56內(nèi)。這兩個電橋結(jié)構(gòu) 或傳感器元件的空間偏置發(fā)生在平行于編碼器37的XY平面的硅載體平面 內(nèi)。由于兩個傳感層在X和/或Y方向上的空間偏置， 一單獨的沿X方向 極化的偏置磁體36相對于編碼器37的磁場分量以不同的磁場強度Hx偏 壓兩個傳感層，其中編碼器37具有磁性層21和鐵磁接地22。傳感器的讀 入磁道相對于磁體編碼器的中線磁道在X方向上偏置，使得Hx干擾分量 38逆向作用在可能會導致觸發(fā)的偏置磁場上。本發(fā)明中，該示例性的實施 形式使用了一種在圖11中示出的技術可能性，即，在寬范圍內(nèi)改變磁阻式 結(jié)構(gòu)的固有各向異性，以同時實現(xiàn)所要求的最大靈敏電路和最大抗觸發(fā)的 觀測電路。已知，由坡莫合金(作為最重要的磁阻材料)制成的條帶狀阻 抗60的固有各向異性的值HO基本上取決于條帶寬度與層厚度的比值，如 H0的公式所給出的并因此可在寬廣的界限內(nèi)變化。靈敏電路要求具有低 的固有各向異性的傳感器，也就是說，具有相對薄的、寬的條帶形狀；相 反，觀測電路則要求具有高的固有各向異性的傳感器，也就是說，具有相 對厚的、窄的條帶形狀。與合適尺寸的偏置磁化相聯(lián)系一一該偏置磁化足 夠地支持抗觸發(fā)的傳感器結(jié)構(gòu)的固有各向異性并同時不會太強烈地限制靈 敏電路的靈敏度一一使得本發(fā)明的目的可以以簡單的方式示例性地實現(xiàn)。
圖12示出兩個信號電路的傳感器元件的電路連接。在圖12a中，靈敏 電路獲得具有與電位無關的信號電壓Vsl的磁阻式全橋R1、 R2、 R3、 R4， 而抗觸發(fā)的觀測電路獲得具有與(大地)電位有關的電壓Vs2的磁阻式半 橋R5、 R6。在圖12b中，兩個電路包括具有附屬的與電位無關的信號電 壓Vs4、 Vs3的全橋A、 B、 C、 D和A，、 B，、 C，、 D，。為了線性化運作的 特征曲線，將一個巴伯電極結(jié)構(gòu)疊放在磁阻式條帶狀阻抗上，或者條帶狀 阻抗本身在巴伯電極模式中進行幾何校準，這時就可以放棄附加的上層結(jié) 構(gòu)。
圖13示出按照圖12b的磁阻式橋式阻抗的不同有利幾何系統(tǒng)形式， 其中，這些阻抗布置成平行于硅載體的XY芯片平面。圖下面所示的箭頭 表示運動的編碼器磁道相對于橋式阻抗的Y運動方向。在圖13a中，觀測
電路的兩個電橋支路在編碼器磁道的運動方向上包圍著設置在中夾的靈敏
電路的電橋。在圖13b中，靈敏電路的兩個電橋支路包圍著設置在中央的 觀測電路的電橋。在圖13c中，觀測電路的兩個電橋支路沿偏置磁場的方 向包圍著設置在中央的靈敏電路的電橋。在圖13d中，靈敏電路的兩個電 橋支路在偏置磁場方向上包圍著設置在中央的觀測電路的電橋。在圖13e 中，觀測電路的電橋元件中心地包圍著設置在中央的靈敏電路的電橋元件， 而在圖13f中恰好相反。在圖13g中，靈敏電路和觀測電路的電橋支路在 Y運動方向上相互交替排布。
權利要求
1.一種用于通過傳感器檢測車輪或其它旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速的方法，其中所述傳感器通過磁場與編碼器(5，13，23)耦合，而所述編碼器本身與所述旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)，其特征在于，對至少兩個單獨的、具有至少一個自己的傳感器元件(S，S1，S2)的信號電路(S1，f1；S2，f2)的信號進行相互比較，并根據(jù)比較結(jié)果將兩個信號電路中的一個與設置在下游的電控單元(ECU)(25)連接起來。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，第一信號電路(S1， fl) 具有與第二信號電路(S2, f2)不同的靈敏度。
3. —種用于通過傳感器(24)檢測車輪或其它旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)， 其中所述傳感器通過磁場(HI, H2)與編碼器(23)耦合，而所述編碼器 本身與旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)，所述系統(tǒng)特別是用于實施按照權利要求1和2所 述的方法，其特征在于，所述傳感器(24)包括兩個單獨的、具有至少一 個自己的傳感器元件(SI, S2)、并優(yōu)選地具有自己的信號處理級(26, 27)的信號電路(S1， fl; S2， f2)，這兩個信號電路的輸出信號在比較 儀(28)中進行相互比較，并根據(jù)比較儀(28)的比較結(jié)果將兩個信號電 路中的第一信號電路(Sl， fl)或第二信號電路(S2， f2)與設置在下游 的電控單元(ECU ) ( 25 )相連接。
4. 按照權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一信號電路(S1， fl) 具有比第二信號電路(S2， f2)大某一確定值的靈敏度，并且第一信號電 路(Sl, fl)這樣設計和/或設置，使得觸發(fā)未被排除，而第二信號電路(S2， f2)這樣設計和/或設置，使得觸發(fā)被排除。
5. 按照權利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二信號電 路(S1， fl; S2， f2)這樣設計和/或設置，使得當達到某一氣隙長度時， 第一信號電路(S1， fl)不再受到觸發(fā)的危險，在該氣隙長度第二信號電 路(S2， f2)的信號可以被識別出高于噪聲。
6. 按照權利要求3至5中一項或多項所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩個信號電路(S1， fl; S2， f2)的輸出信號描述編碼器以及因此描述旋轉(zhuǎn)體 的轉(zhuǎn)速；當比較儀中兩個信號電路(Sl， fl; S2， O)的輸出信號相等時， 第一信號電路與設置在下游的電控單元(ECU) (25)相連接；而當兩個 信號電路(Sl, fl; S2， f2)的輸出信號不相等時，笫二信號電路(S2， f2)與設置在下游的電子控制單元(ECU) (25)相連接。
7. 按照權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，當兩個信號電路(S1， fl; S2， ￡2)的輸出信號相等時，通過傳感器可輸出一做出冗余報告和/或 描述傳感器的高固有安全性的信息；當兩個信號電路(S1， fl; S2, f2) 的輸出信號不相等時，通過傳感器可輸出一做出第一信號電路故障狀態(tài)的 診斷報告的信息。
8. 按照權利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，當?shù)诙盘栯娐?S2， f2)與電控單元(25)連接時，電控單元可獲得緊急運行的車輪轉(zhuǎn)速信息。
9. 按照權利要求3至8中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩個信號 電路(S1， fl; S2, f2)的傳感器元件幾乎具有相等的靈敏度，并且在相 對于編碼器(23)的XY平面的Z方向上相互在空間上偏置。
10. 按照權利要求3至8中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一信 號電路(Sl， fl)的傳感器元件(Sl)具有比第二信號電路(S2, f2)的 傳感器元件(S2)高的靈敏度，并且這兩個傳感器元件(Sl， S2)基本上 設置在與編碼器(23)的XY平面平行的平面內(nèi)。
11. 按照權利要求9和10所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一信號電路 (S1, fl)的傳感器元件(Sl)具有比第二信號電路(S2， f2)的傳感器元件高的靈敏度，并且這兩個傳感器元件在相對于編碼器的XY平面的Z 方向上相互在空間上偏置。
12. 按照權利要求3至11中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，屬于 第一信號電路(S1, fl)的傳感器元件(Sl)配設有f茲阻式全橋，而屬于 第二信號電路(S2， O)的傳感器元件優(yōu)選地配設有磁阻式半橋。
13. 按照權利要求3至12中任一項所迷的系統(tǒng)，其特征在于，兩個 信號電路(Sl, fl; S2， f2)的傳感器元件優(yōu)選地上下分層疊放或者并排放置地設置在一共同的硅芯片(43)上，并且該硅芯片配設有ASIC,在 該硅芯片中至少內(nèi)置有用于屬于信號電路(Sl， fl; S2， f2)的電路的基 礎部件。
14. 按照權利要求12或13所述的系統(tǒng)，其特征在于，偏置》茲性層和 具有ASIC的硅芯片(43)與引線框架(40)相連接地上下分層疊放。
15. —種用于避免或抑制對由磁體編碼器(5， 13， 23, 37)的運動 調(diào)制的磁場干擾分量的測量的傳感器模塊，該傳感器模塊由至少一個第一 磁場傳感器元件(35， 45， 50, 54)和至少一個第二磁場傳感器元件(34, 46, 52, 55)以及至少一個偏置磁體(36, 39)組成，其特征在于，參照 笛卡爾坐標系，》茲體編碼器(5， 13， 23, 37)的由其半徑定義的編碼表面 基本上平行于x-y平面地設置，偏置磁體的磁化方向和磁場傳感器元件(34， 35， 45, 46, 50， 52， 54， 55)各自的傳感器表面排列成基本上平行于磁 體編碼器(5, 13, 23， 37)的編碼表面并因此平行于x軸，并且第一磁場 傳感器元件(35， 45， 50， 54)和第二磁場傳感器元件(34, 46， 52, 55) 設置成在z方向上到磁體編碼器(5, 13, 23, 37)的距離不同。
16. 按照權利要求15所述的傳感器模塊，其特征在于，所述的至少 兩個磁場傳感器元件(34， 35, 45, 46， 50, 52， 54, 55, 58, 59)具有 不同的靈敏度。
17. 按照權利要求15或16所述的傳感器模塊，其特征在于，磁場傳 感器元件(34, 35, 45, 46， 50， 52， 54， 55, 58， 59)和偏置》茲體(36, 39)相互間以及相對于磁體編碼器(5， 13, 23， 37)這樣設置，即，使第 一/f茲場傳感器元件(35, 45， 50， 54)在z方向上以一高于至少另一個^茲 場傳感器元件(34， 46， 52， 55)的電平檢測經(jīng)過磁體編碼器(5， 13, 23， 37)調(diào)制的磁場分量，并且第二磁場傳感器元件(34， 46， 52， 55)以至 少一個確定的電平檢測由偏置磁體(36, 39)調(diào)制的x方向上萬茲場分量， 該電平比經(jīng)過磁體編碼器(5， 13， 23， 37)調(diào)制的x方向上的磁場分量更 強。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其用于汽車領域的使用傳感器(1，6)特別是主動傳感器(1)來檢測車輪或其它旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，該傳感器通過磁場與編碼器(23)耦合并且其自身與旋狀體一起旋轉(zhuǎn)。在已知的系統(tǒng)中，如果傳感器裝置(S1、S2)和編碼器(23)之間的間隙變得太小，那么就會發(fā)生觸發(fā)并因而使測得的車輪轉(zhuǎn)速加倍。這會導致在汽車安全性裝置中出現(xiàn)問題，這些安全性裝置為了其有序的工作方式而需要正確的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。為了提高已知系統(tǒng)的裝配位置的公差，提出使用兩個單獨的配備有不同靈敏度的傳感器裝置(S1，S2)的信號電路(S1，f1；S2，f2)。其中，信號電路(S1，f1；S2，f2)這樣設計，即，使一個具有最大靈敏度的信號電路(S1，f1)始終存在，從而在未受干擾的正常情況下在氣隙最大的同時達到編碼器磁道的最小的偏差，而同時始終存在觀測信號電路(S2，f2)，其靈敏度這樣設計，使得在所有磁場條件下能可靠地防止發(fā)生觸發(fā)。
文檔編號G01P3/487GK101176002SQ200680017085
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權日2005年5月17日
發(fā)明者K·林克, P·洛貝格, W·弗利茨 申請人:大陸-特韋斯貿(mào)易合伙股份公司及兩合公司