專利名稱：具有串行讀取的絕對(duì)位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量學(xué)的領(lǐng)域，特別是適于測(cè)量絕對(duì)位置的測(cè)量學(xué)。其更具體地涉及一種絕對(duì)位置傳感器，該絕對(duì)位置傳感器特別應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
通常，絕對(duì)位置傳感器具有許多應(yīng)用，它涉及測(cè)量通過構(gòu)件的移動(dòng)而給出的設(shè)定 點(diǎn)(該構(gòu)件的位置代表了所述設(shè)定點(diǎn))，或涉及伺服領(lǐng)域，對(duì)于這種伺服，可移動(dòng)構(gòu)件的位 置是由致動(dòng)器引起的移動(dòng)的結(jié)果。已經(jīng)提出了用于保證絕對(duì)位置測(cè)量的許多解決方案。這些最簡單的解決方案之一 在于使用可變電阻電位計(jì)，將該電位計(jì)的游標(biāo)與有待測(cè)量的位置直接連接。電位計(jì)的端子 與其游標(biāo)之間的電阻測(cè)量足以推導(dǎo)出絕對(duì)位置。然而，這樣一種解決方案在通過接觸進(jìn)行 測(cè)量時(shí)存在固有的缺陷。所產(chǎn)生的摩擦是磨損的來源，這降低了傳感器的可靠性。正是出于這個(gè)原因開發(fā)了多種無接觸測(cè)量的解決方案，以實(shí)現(xiàn)可接受的魯棒性。 不同的無接觸測(cè)量技術(shù)應(yīng)用例如光的或磁的不同物理現(xiàn)象。通常，與依賴以上提到的基于 電位計(jì)的解決方案的模擬測(cè)量相反，這些無接觸測(cè)量旨在實(shí)現(xiàn)一種數(shù)字式的測(cè)量。為此，傳感器包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，該檢測(cè)器能夠檢測(cè)目標(biāo)模式的過渡，該目標(biāo) 模式存在于相對(duì)于該檢測(cè)器可移動(dòng)的構(gòu)件上。對(duì)這些過渡的檢測(cè)使之能夠產(chǎn)生二進(jìn)制信 號(hào)，然后用指定算法對(duì)該二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行處理。在這些最簡單并且最普通的解決方案中，知道檢測(cè)器是與由多個(gè)平均間隔的脈沖 構(gòu)成的目標(biāo)模式相關(guān)聯(lián)的，以使得該檢測(cè)器能夠?qū)B續(xù)通過的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并且因此測(cè)量 在該檢測(cè)器與支撐該目標(biāo)模式的構(gòu)件之間的相對(duì)移動(dòng)。這還預(yù)先假定知道移動(dòng)的方向。為 了知道利用這種傳感器(它實(shí)質(zhì)上測(cè)量相對(duì)移動(dòng))所測(cè)量的絕對(duì)位置，必需實(shí)現(xiàn)一種相對(duì) 于絕對(duì)參考的定位過程。這種參考可以包括行程結(jié)束停止件，或放置在行程的精確位置中 的標(biāo)志。通常，將這種定位過程付諸實(shí)施是繁重且復(fù)雜的，并且對(duì)于每次發(fā)生檢測(cè)故障時(shí)必 須重復(fù)該過程而言就更是如此。因此，這樣一種定位過程對(duì)于行進(jìn)中的機(jī)動(dòng)車輛而言是難 以實(shí)現(xiàn)的。為了改進(jìn)這種測(cè)量的魯棒性，已經(jīng)提出了增加檢測(cè)器的數(shù)量并且因此增加同一傳 感器內(nèi)部的目標(biāo)模式。為此，如在文件GB-2226720以及EP-0561416中所描述的，多個(gè)檢測(cè) 器被平行地安裝并且對(duì)于在幾個(gè)不同的目標(biāo)模式上的過渡是敏感的。通過使用多個(gè)目標(biāo)模 式可以增強(qiáng)魯棒性，這些目標(biāo)模式被設(shè)計(jì)為在所有這些檢測(cè)器中產(chǎn)生格雷(Gray)碼或相 似的代碼。 此類解決方案的令人滿意之處在于它們實(shí)現(xiàn)了魯棒的且無定位過程的位置測(cè)量。 在另一方面，這些解決方案需要大量的檢測(cè)器，因此造成傳感器成本增加并且最重要的是 降低了它們的可靠性。如果追求較高的傳感器分辨率(這直接導(dǎo)致檢測(cè)器數(shù)量的增加)，這 些缺陷都變得更嚴(yán)重。
本發(fā)明提出要解決的一個(gè)問題是提供一種測(cè)量解決方案，該測(cè)量解決方案具有與 這些現(xiàn)有解決方案相似的分辨率，但使用更少量的檢測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種絕對(duì)位置傳感器，該絕對(duì)位置傳感器包括至少一個(gè)檢測(cè)器， 該檢測(cè)器能夠檢測(cè)存在于相對(duì)這個(gè)檢測(cè)器可移動(dòng)的構(gòu)件上的目標(biāo)模式的過渡。該構(gòu)件相對(duì) 于檢測(cè)器的移動(dòng)性意味著一種相對(duì)移動(dòng)的可能性，從而意味著該檢測(cè)器可以是固定的并且 該可移動(dòng)構(gòu)件在移動(dòng)，或者相反，該檢測(cè)器在支撐該目標(biāo)模式的構(gòu)件的前面移動(dòng)，或者該檢 測(cè)器與該可移動(dòng)構(gòu)件均移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，這種傳感器的特征在于它包括一個(gè)移位寄存器，該移位寄存器能夠記錄源于所述檢測(cè)器的預(yù)定數(shù)目的連續(xù)信息項(xiàng)，以及用于將所述寄存器的值與一組預(yù)定值 相比較的裝置，該組預(yù)定值取決于所述目標(biāo)模式并且代表該檢測(cè)器相對(duì)于支撐該目標(biāo)模式 的構(gòu)件的絕對(duì)位置。換言之，本發(fā)明在于僅使用一個(gè)目標(biāo)模式，該目標(biāo)模式的過渡是通過移位寄存器 而連續(xù)獲得的。因此，這個(gè)寄存器的值在預(yù)定數(shù)目的比特上采用該目標(biāo)模式的一個(gè)部分。通 過將這個(gè)值與可在整個(gè)目標(biāo)模式上觀測(cè)的相同長度的多個(gè)模式部分相比較，可以推導(dǎo)出該 檢測(cè)器相對(duì)于支撐該目標(biāo)模式的構(gòu)件的絕對(duì)位置。注意，這種比較僅從已經(jīng)提供該移位寄存器的所有比特的那一刻起才是可行的。 因此，位置測(cè)量在初始化時(shí)無法立即獲得。然而，這個(gè)缺陷通過以下事實(shí)非常大程度地得到 補(bǔ)償，即該傳感器僅包括該目標(biāo)模式的一個(gè)檢測(cè)器，這極大地提高了其可靠性以及其成本 價(jià)格。實(shí)際上，能夠以不同的方式來饋送該移位寄存器的時(shí)鐘。因此，在第一實(shí)施例中，該傳感器還包括第一附加檢測(cè)器，該第一附加檢測(cè)器能夠 檢測(cè)第一附加模式的多個(gè)周期性過渡，該過渡的周期等于該目標(biāo)模式的最小周期。換言之， 第二檢測(cè)器能夠檢測(cè)與主目標(biāo)模式相干放置的多個(gè)脈沖模式。因此，這些脈沖中的每一個(gè) 允許以主目標(biāo)模式的最大演進(jìn)頻率來偏置該移位寄存器的比特。在第二實(shí)施例中，該目標(biāo)模式本身可以是一種雙相代碼，從而使之能夠以該目標(biāo) 模式的信息項(xiàng)的變化的最大頻率而從中提取信號(hào)?？梢允褂貌煌愋偷碾p相代碼，特別是 曼徹斯特型代碼或雙頻相干相位代碼(也稱為F2F代碼)。在第三實(shí)施例中，該傳感器還可以包括第二附加檢測(cè)器，該第二附加檢測(cè)器能夠 檢測(cè)相對(duì)于該第一附加模式而相移的第二附加模式的多個(gè)周期性過渡?？扇我獾剡x擇這個(gè) 相移，因?yàn)檫@兩個(gè)附加模式不是處于反相，并且這使之能夠檢測(cè)移動(dòng)方向。實(shí)際上，應(yīng)用上 最簡單且最可靠的相移是四分之一周期的相移。這種傳感器可以在不同的應(yīng)用中用來測(cè)量線性運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。在第一種情況下，該 目標(biāo)模式是直線的并且最經(jīng)常被設(shè)計(jì)為以一種往復(fù)的方式來行進(jìn)。在第二種情況下，該目 標(biāo)模式被記錄在一種連續(xù)的循環(huán)環(huán)路之中。作為一種應(yīng)用，可以引用對(duì)轉(zhuǎn)向齒條的絕對(duì)線性位置的測(cè)量，或?qū)Ψ较虮P的絕對(duì) 角度位置的測(cè)量。


參考附圖，通過閱讀下面對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式以及其優(yōu)點(diǎn)將變得 更加明顯，其中-圖1是說明本發(fā)明的運(yùn)轉(zhuǎn)的總體圖；-圖2示出了根據(jù)傳感器的第一實(shí)施例的所存在的模式；-圖3是說明該傳感器的第一實(shí)施例的運(yùn)轉(zhuǎn)的簡圖；-圖4示出根據(jù)傳感器的第二實(shí)施例的所存在的模式；-圖5是說明該傳感器的第二實(shí)施例的運(yùn)轉(zhuǎn)的簡圖；-圖6和圖7是說明該傳感器的第三實(shí)施例的運(yùn)轉(zhuǎn)的簡圖。
具體實(shí)施例方式一般地，如圖1所示，本發(fā)明是基于使用存在于能夠相對(duì)于檢測(cè)器3而移動(dòng)的構(gòu)件 2上的目標(biāo)模式1。因此，這個(gè)檢測(cè)器3檢測(cè)目標(biāo)模式1的過渡并且饋送移位寄存器4，對(duì)該 移位寄存器的輸出5進(jìn)行分析然后將它們與參考表6相比較并且指示如此測(cè)量出的絕對(duì)位置7。在圖2和圖3所示的第一實(shí)施例中，傳感器10包括串行目標(biāo)模式21，該串行目標(biāo) 模式包括不同的二進(jìn)制信息項(xiàng)22、23，它們例如可以是由線性反饋移位寄存器LFSR生成。 這個(gè)LFSR包括構(gòu)成移位寄存器的給定數(shù)目N的級(jí)聯(lián)觸發(fā)器，以及在一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)器的輸 出上得到其輸入的一個(gè)“異”門，并且該輸出被送入移位寄存器的輸入。這個(gè)LSFR如同計(jì) 數(shù)器那樣生成非常準(zhǔn)確的二進(jìn)制代碼序列。通過對(duì)該異門的輸入進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇，甚至能 夠使得可能代碼的數(shù)量最大化。這個(gè)目標(biāo)模式21是與第二脈沖模式25相關(guān)聯(lián)的，該第二 脈沖模式的周期與該目標(biāo)模式的周期相同。對(duì)于包括2n比特的串行目標(biāo)模式，第一檢測(cè)器26讀取該串行目標(biāo)模式21并且饋 送N比特(在圖3中N = 4)移位寄存器的輸入27。第二檢測(cè)器28讀取脈沖目標(biāo)模式25 并且饋送該移位寄存器的時(shí)鐘29。當(dāng)至少N比特的移動(dòng)發(fā)生在相同的方向上時(shí)(在已知移動(dòng)方向的前提下)，包含在移位寄存器24中的代碼給出了絕對(duì)位置的信息項(xiàng)。這種實(shí)施例特別適合于其中移動(dòng)被操 縱和控制的系統(tǒng)，這樣移動(dòng)方向因而是已知的。在圖4和圖5所示的第二實(shí)施例中，使用單一的串行目標(biāo)模式41，該串行目標(biāo)模式 本身包括脈沖模式。為此，該目標(biāo)模式的代碼是一種雙相代碼?？梢允褂貌煌愋偷拇a， 特別是曼徹斯特型代碼，其中“1”是由上升沿表示而“0”是由下降沿表示。在圖4中示出 了另一種令人滿意的雙相代碼。它是一種F2F型代碼或者也是雙頻相干相位代碼，其中“ 1，， 是由頻率為F的方波信號(hào)的半周期來表示而“0”是由頻率為2F的方波信號(hào)的一個(gè)周期來 表示。在此情況下，為了讀取目標(biāo)模式41，單個(gè)檢測(cè)器42是必需的。雙相譯碼器43能夠分 別提取代表絕對(duì)位置的二進(jìn)制信息44以及饋送移位寄存器24的時(shí)鐘信號(hào)45。當(dāng)至少N比特的移動(dòng)發(fā)生在相同的方向上時(shí)(在已知這個(gè)移動(dòng)方向的前提下)，包 含在該移位寄存器中的代碼給出了絕對(duì)位置信息項(xiàng)，以及移動(dòng)的近似速度，該速度使之能 夠正確地提取脈沖模式。當(dāng)移動(dòng)速度是已知的并且被控制時(shí)，這個(gè)實(shí)施例特別有利，其使之 能夠增加檢測(cè)的魯棒性以及效力。
在圖6和圖7所示的第三實(shí)施例中，使用串行目標(biāo)模式1以及以方波信號(hào)形式的、 處于相位正交的兩個(gè)附加模式62、63。對(duì)于包括2n比特的串行目標(biāo)模式，第一檢測(cè)器65讀取串行目標(biāo)模式61并且饋送 N比特移位寄存器24的輸入端。第二檢測(cè)器66讀取第一方波信號(hào)目標(biāo)模式62并且饋送移 位寄存器24的時(shí)鐘67。第三檢測(cè)器68讀取第二方波目標(biāo)模式63，該第二方波信號(hào)目標(biāo)模 式與第一方波信號(hào)目標(biāo)模式62處于相位正交。這個(gè)第三檢測(cè)器69與第二檢測(cè)器66的輸 出端共同地饋送方向檢測(cè)裝置70，該方向檢測(cè)裝置能夠從移動(dòng)方向中推導(dǎo)出一個(gè)信息項(xiàng)。 在一個(gè)特別的形式中，這個(gè)檢測(cè)裝置70能夠確定至少N比特的移動(dòng)已經(jīng)發(fā)生在相同的方向 上，并且因此確定該移位寄存器已經(jīng)被適當(dāng)?shù)仞佀?，并且位置測(cè)量是恰當(dāng)?shù)摹?這個(gè)實(shí)施例特別適合于其中移動(dòng)方向事前是未知的或者會(huì)經(jīng)常演變的情況。 從上面的描述可知，根據(jù)本發(fā)明的傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)并且特別是需要很少數(shù)量 的檢測(cè)器，因?yàn)檫@些傳感器在一些實(shí)施例中利用單個(gè)檢測(cè)器來運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，這些傳感器的魯 棒性以及成本價(jià)格是特別吸引人的。
權(quán)利要求
一種具有串行讀取的絕對(duì)位置傳感器(10)，該絕對(duì)位置傳感器包括能夠檢測(cè)目標(biāo)模式(2)的過渡的至少一個(gè)檢測(cè)器(3)，所述目標(biāo)模式存在于相對(duì)于所述檢測(cè)器(3)可移動(dòng)的構(gòu)件(1)上，其特征在于，它包括能夠記錄源自所述檢測(cè)器(3)的預(yù)定數(shù)目的連續(xù)信息項(xiàng)的移位寄存器，以及用于將所述寄存器的值(5)與一組預(yù)定值(6)相比較的裝置，該組預(yù)定值每個(gè)都對(duì)應(yīng)于該檢測(cè)器(3)相對(duì)于該目標(biāo)模式(2)的一個(gè)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，它還包括第一附加檢測(cè)器(28)，該第一附 加檢測(cè)器能夠檢測(cè)第一附加模式(25)的周期性過渡，該第一附加模式的周期等于該目標(biāo) 模式的最小周期。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，它還包括第二附加檢測(cè)器(69)，該第二附 加檢測(cè)器能夠檢測(cè)從所述第一附加模式(62)移相的第二附加模式(63)的周期性過渡。
4.如權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，所述相移是四分之一周期。
5.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，源自所述附加檢測(cè)器(28)的信號(hào)饋送所 述移位寄存器(24)的時(shí)鐘(29)。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述目標(biāo)模式(41)是一種雙相代碼。
7.如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，所述雙相代碼是曼徹斯特型代碼或者雙 頻相干相位代碼。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述目標(biāo)模式被線性地記錄在支撐它的 所述構(gòu)件上。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于，所述目標(biāo)模式以循環(huán)環(huán)路的方式被記錄 在支撐它的所述構(gòu)件上。
10.一種為測(cè)量電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向齒條的絕對(duì)線性位置而對(duì)如以上權(quán)利要求之一所述的 傳感器的使用。
11.一種為測(cè)量車輛方向盤的角度位置而對(duì)如權(quán)利要求1至9之一所述的傳感器使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有串行讀取的絕對(duì)位置傳感器(10)，該絕對(duì)位置傳感器包括能夠檢測(cè)目標(biāo)模式(2)的過渡的至少一個(gè)檢測(cè)器(3)，該目標(biāo)模式存在于相對(duì)所述檢測(cè)器(3)可移動(dòng)的構(gòu)件(1)上。該傳感器的特征在于，包括能夠存儲(chǔ)來自所述檢測(cè)器(3)的預(yù)定數(shù)目的連續(xù)數(shù)據(jù)的移位寄存器，以及用于將所述寄存器的值(5)與一組預(yù)定值(6)相比較的裝置，該組預(yù)定值每個(gè)都對(duì)應(yīng)于該檢測(cè)器(3)相對(duì)于該目標(biāo)模式(2)的一個(gè)位置。
文檔編號(hào)G01D5/249GK101802558SQ200880107295
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者C·當(dāng)萬年, L·阿爾伯特 申請(qǐng)人:雷諾股份公司