旋转编码器的制造方法
旋转编码器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及编码器尤其是旋转编码器的改进，涉及使用旋转编码器确定对象的位 置的方法，以及涉及包含旋转编码器的车辆转向系统。
【背景技术】
[0002] 以下是已知的：提供包括检测器和以北极和南极的交替序列布置的磁性元件的轨 道的编码器，该检测器产生在靠近北极之一时具有第一状态并且在与南极之一对立时具有 第二状态的输出信号。这样，随着轨道通过检测器，检测器的输出将是在第一状态和第二状 态之间交替的调制信号。
[0003] 具有一个检测器的编码器在使用上是受限的，原因在于其不可能辨别轨道移动的 方向。这可以通过使用两个检测器来克服，其中这两个检测器彼此偏移的量小于北极的中 心与相邻南极的中心之间的间隔。这在附图的图2和图3中被示出。这两个检测器通常是相 同的但是具有彼此偏移的两个模式，随着轨道移动每一个检测器都产生第一状态和第二状 态的交替序列。
[0004]来自这些检测器的两个输出的组合值将经历四种状态，如附图的图7中的状态机 所示的，并且通过识别最新的状态改变前后的状态，识别轨道旋转方向是可能的。每个状态 改变将发生在检测器穿过两个相邻极相交的边缘时。如果磁极都是相等的长度，那么这些 边缘将围绕轨道均匀地间隔开，并且如果检测器被间隔开等于极中心之间的间隔的一半的 角度，那么当轨道以恒定速度旋转时，状态将以定期的等距的时间间隔发生改变。因此，可 以根据每个状态改变之间的经历时间来确定速度。
[0005] 如果编码器轨道具有许多极(在实际编码器中总是这样），那么状态改变本身将不 会唯一标识轨道的位置。在一个完整的旋转期间，给定的状态改变将出现多次，并且这将在 编码器的进一步绕转中被重复。然而，通过对状态改变进行计数，产生相对于已知基准位置 的位置信号也是可能的。
[0006] 以下是已知的：如果磁体之间的间隔不理想，或者如果外部影响（例如其它磁体） 引起被检测器观察到的由磁体发出的磁场的失真，那么这种形式的编码器将遭受不精确 性。检测器的转换阈值的变更也可能导致不精确性。这可能导致组合输出信号发生状态改 变的位置与预期位置有小的偏移。例如，在当轨道以恒定的速度旋转时改变应当以相等的 时间间隔出现的情况中（如上面所描述的），随着改变出现在与理想的预期位置偏移的位 置，这种误差可能会导致这些状态改变之间的不同时序。
[0007] 申请人已经发现旋转编码器轨道的状态改变的这种位置偏移可能会导致在从编 码器输出的位置信号中存在不想要的谐波频率。例如，在编码器轨道包括以恒定的角速度 旋转的具有36个磁体的环形盘片的情况下，可能观测到36阶的噪声分量。当位置信号正用 于敏感应用(例如在电力辅助转向系统的发动机的发动机控制电路的控制环中）时，在谐波 频率与发动机部件或转向系统的其它部件的共振频率相互作用的情况下，这种噪声可能会 导致声学噪声。
【发明内容】
[0008] 根据第一方面，本发明提供了一种旋转编码器组件，包括：
[0009] 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；
[0010] 处于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴 旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码 区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0011]处于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并被布置为 随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，该输出信 号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；
[0012] 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，其中，随着所述编码器 旋转，所述状态从一个变化到另一个，
[0013] 其特征在于还包括：
[0014] 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关 联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之 时可能出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差，以及
[0015] 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信 号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿 值所指示的量。
[0016] 本发明因此提供了 一种编码器，其包括存储器，存储器存储与状态改变或转换相 关联的补偿值。在出现组合输出信号的状态改变或转换中的相应一个时对位置信号进行更 新之时，使用这些存储的值来校正位置信号。使用表示改变的位置的平均误差的补偿值，已 经发现能够产生谐波水平被大大降低或甚至完全被消除的位置信号。
[0017] 每个所存储的补偿值可以从对来自两个检测器的组合输出信号的对应状态改变 的多个实例进行观测中推导出来，将多个观测进行组合以提供被存储作为该补偿值的算数 平均值。
[0018] 每个所存储的补偿值可以指示状态改变（即状态之间的转换）相对于被选择作为 参考状态改变的一个状态改变的位置的相对位置。因此可以根据机械角度值或电角度误差 值来表示误差。可以选择任意一个状态改变来作为参考状态改变。
[0019] 处理单元可以包括适合于通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单元：
[0020] 在所述存储器(或不同存储器）中记录在状态改变的完整周期中每个状态改变出 现的相对时刻，周期与每个状态改变至少一次相对应，
[0021] 确定全部改变都出现所花费的总时间，以第一状态改变开始并且结束于所述第一 状态改变再次出现之时，
[0022] 确定所述总时间在每个状态改变之间的部分，
[0023] 基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变之外的每个状态 改变的补偿值;以及
[0024]随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，其导致全部补偿值的和等于零。
[0025]所述编码器可以被布置为通过将所存储的补偿值与所述中间补偿值组合来更新 所存储的补偿值。例如，更新可以包括形成所存储的值和所述中间值的加权和。
[0026] 因此，平均可以是状态机的若干周期（即，转换的一个重复)的平均。
[0027] 所述编码器可以被布置为在所述编码器以超过最小阈值角速度旋转时执行所述 更新。为了正确地运行，所述编码器在捕获时间期间必须以恒定速度旋转。
[0028] 处理器可以在与编码器在第一方向上的旋转相关联的状态改变出现的情况下对 所述位置信号进行递增，并且可以在与相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时 对所述位置信号进行递减。
[0029] 所述编码器可以包括Nep个编码区域，并且它们可以与相邻编码区域等距地间隔 开。可以存在以交替模式布置的两种类型的编码区域，每个检测器根据其观察到哪个类型 来产生不同的响应。例如，一种类型可以是北极，而另一种是南极，检测器可能是霍尔效应 传感器。
[0030] 每个区域的中心可以与靠近的区域间隔开360/Nep度。在Nep大于2的情况下，那么 在每个完整的旋转中，检测器的组合输出信号的每个状态改变将出现至少两次，从而允许 计算均值并将其存储在存储器中。
[0031] 这两个检测器可以在角度上偏移l/4*360/Nep度。
[0032] 所述编码器可以与发动机相关联，并且用于产生指示所述发动机的机械位置或电 气位置的发动机位置信号。那么，所述处理单元可以通过以下公式根据计数信号生成所述 位置信号：
[0033] 位置=M0D360(计数信号值X 360°x Np/(4x Nep))+所存储的补偿值；
[0034] 在位置是电气位置的情况下，所存储的补偿值是存储器中的与最新的状态改变相 关联的值，Nep是编码器的极的数量，并且Np是转子磁极对的数量，其定义了发动机的每个 机械绕转的电气周期的数量。
[0035] 在存在两个检测器的情况下，这两个输出信号的值将采用 四个唯一的状态，从而 给出四个对应的唯一的状态改变，每个在机器状态周期期间出现一次，但是在所述编码器 的每个旋转期间出现很多次。
[0036] 因此，所述存储器可以仅仅存储四个平均位置误差值，每个转换一个。与如果针对 每个可能的编码器位置存储一个位置误差值将需要的相比，仅仅存储四个值(每个状态改 变一个)使用少得多的存储器。例如，在具有36个极和2个传感器(每个传感器2个状态)的情 况下，将需要存储36x2x2 = 144个值而不是4个，从而给出了因子为36的节省。获知所有这些 值的时间也将是较大的。
[0037] 所述编码器的编码区域中的每一个可以由磁体的极来定义，极被布置为北极和南 极的交替模式。那么，所述编码器的检测器可以包括霍尔效应传感器或对磁场敏感的其它 设备。
[0038] 也可以使用其它类型的编码区域，但是在每种情况中，优选的是存在以交替模式 布置在编码器轨道周围的两个不同基本编码区域。例如，所述编码区域可以包括两个不同 的色斑，例如红色和绿色，所述两个不同的色斑以交替模式或红色-绿色-红色-绿色等布 置，以与光学检测器一起使用，所述光学检测器产生在其观察到红色时具有第一值并且在 其观察到绿色时具有第二值的输出信号。
[0039] 所述检测器可以产生在面向北极时具有第一值并且在面向南极时具有第二值的 输出信号。因此，状态将随着磁体穿过检测器而发生改变。
[0040] 所述编码器可以包括多于两个的检测器，例如三个或四个检测器，并且在这样的 情况中，组合输出信号可以具有多于四个的可能状态改变(在编码器具有两个检测器的情 况下存在四个可能状态改变）。例如，在具有三个检测器的情况下，将存在8个不同的状态改 变。所述存储器可以为不同状态改变中的每一个存储一个校准值。
[0041] 在本申请中描述的编码器校准和补偿因此可以延伸到将两个或更多个传感器与 编码区域的轨道一起使用的任何位置传感器的校准和补偿。术语编码器应当被宽泛地解释 为涵盖将位置转换成电气信号的任意传感器，并且可以延伸为包括线性编码器以及旋转编 码器。
[0042] 根据第二方面，本发明提供了一种对如下类型的旋转编码器进行校准的方法，所 示旋转编码器包括:环形轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同编码 区域，
[0043] 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区 域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于 这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0044] 第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移， 并且被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替 输出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测 器；以及
[0045] 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计 数来生成位置信号，
[0046] 其中，所述方法包括以下步骤：
[0047] 在使用所述编码器之前，使所述编码器旋转完整绕转的至少一部分；
[0048] 针对所述组合输出信号的每个状态改变，记录指示所述编码器相对于预定角位置 基准的角位置的位置值；
[0049] 针对每个状态改变，确定所记录的位置与预期理想位置之间的误差；
[0050] 针对与所述输出信号的每个状态改变相关联的所记录的位置的全部，确定平均位 置误差值；
[0051 ]将每一个所述平均位置误差值存储在存储器中。
[0052]可以在第一次使用所述编码器之前，例如在制造、安装或试运转期间，执行所述方 法的步骤。可替换地，可以在每次使用所述编码器之前，例如在其开启之后，执行这些步骤。
[0053]在另一替换中，可以在使用所述编码器期间执行这些步骤，使得对于"使用之前"， 我们的意思是在紧邻生成位置信号之前的某个时刻执行这些步骤。
[0054]记录每个状态改变的相对于理想预期位置的位置的步骤可以包括:记录使用辅助 位置测量设备的第二位置测量。如果第二设备是被校准的，那么可以假定这些测量是精确 的并且表示实际的位置。
[0055]可以在编码器的一个完整旋转期间进行测量。因此，每个补偿值将包括每个状态 改变的若干测量的平均。例如，如果编码器轨道包括36个编码器极，那么在每个旋转中每个 状态改变将出现36次，并且补偿值将表示每个状态的36次测量的平均。
[0056]根据第三方面，本发明提供了一种对如下类型的旋转编码器的性能进行改进的方 法，所述旋转编码器包括:环形轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同 编码区域，
[0057]第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区 域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于 这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0058]第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移， 并且被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替 输出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测 器；以及
[0059] 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计 数来生成位置信号，
[0060] 其中，所述方法包括以下步骤：
[0061] 使所述编码器旋转状态改变的周期，在所述周期中，所述组合输出信号的状态经 历每个可能的状态改变一次；
[0062] 针对每个状态改变，记录该状态改变出现的时刻，并记录在所述周期中第一状态 改变与相同的状态改变在所述周期中下一次出现之间的总经历时间；
[0063] 根据这些时刻确定每个状态改变的补偿值，其指示该状态改变相对于序列中的邻 近状态改变的位置误差；
[0064]确定所述第一状态改变的补偿值，其导致全部补偿值的组合和等于零;以及
[0065] 将这些补偿值存储在存储器中以供所述编码器使用。
[0066] 在该方法中，编码器不是通过将传感器输出与第二传感器进行比较来校准的，而 是通过将一个周期上的状态改变的时刻与理想时刻进行比较来实现性能改进。这些理想时 刻将依赖于检测器与编码区域之间的已知间隔，并且这样，所述方法相对于设备自身的理 想性能"校准"设备的输出。
[0067]所述方法适合于与包括以已知的理想方式围绕轨道间隔开的编码区域的类型的 编码器一起使用，使得如果该编码器以理想的方式运行，那么当以恒定速度旋转时在一个 周期中出现的状态改变之间的时间将是相等的。这也取决于检测器之间的间隔被正确地设 置。
[0068]所述方法可以与彼此没有偏移编码区域之间的间隔的一半的检测器一起使用，这 将导致转换之间的时刻的改变。如果检测器的相对位置是已知的，那么这可以被可以根据 已知间隔来计算理想的时刻的方法考虑。
[0069]在已知或假定编码器的速度恒定时，所述方法可以包括记录状态改变。
[0070]可以根据下面的表达式表格，根据经历的时间来生成补偿值：
[0072]表1 一编码器比率计算，取决于旋转方向
[0073]其中，TO、1、2、3是相应状态改变的时间，并且T4是第一状态改变第二次出现的时 间。
[0074]所述方法可以被重复多次，其中只要计算了新的补偿值就对所存储的补偿值进行 更新，更新的步骤包括将所存储的值与新的补偿值进行组合，使得所存储的值表示时间上 的平均值。可以通过将权重应用于所存储的值和新的值之后对加权的值进行求和并除以权 重的和，来对它们进行组合。
[0075] 所存储的值可以通过使它们经过具有新的更新的补偿值的滤波器而得到。所述滤 波器可以由以下表达式来定义：
[0076] 更新的所存储的补偿值=(I-Kf)X当前的所存储的补偿值+(Kf X 新的补偿值）。
[0077] 其中，Kf是滤波器常数(0〈Kf〈 = l)。
[0078] 所述方法可以包括定期地更新所存储的补偿值。
[0079] 所述方法可以包括:监测编码器的速度；以及如果编码器正以高于预定阈值的速 度旋转，那么只确定新的补偿值。
[0080] 根据第四方面，本发明提供了一种与如下类型的旋转编码器一起使用的旋转编码 器后处理装置，所述旋转编码器包括：
[0081] 环形轨道，具有交替的编码区域；
[0082] 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区 域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于 这两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0083]第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移 并被配置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输 出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第二检测 器；
[0084]其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，随着所述编码器旋转， 所述状态从一个改变到另一个，
[0085]其中，所述后处理装置包括：
[0086]存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可 能的状态改变在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时可 能出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及 [0087]处理单元，其用于生成在存在这两个检测器的输出信号的组合状态的改变时被更 新的位置信号，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的量。
[0088]所述编码器可以根据这两个输出信号的所述组合值生成计数信号，并且所述后处 理装置可以接收该计数信号并通过对该计数信号进行处理来生成所述位置信号。
[0089] 可替换地，所述编码器可以直接输出这两个输出信号，并且所述后处理单元可以 在生成所述位置信号时生成计数信号。所述编码器和后处理电路可以包括关于本发明的第 一方面所描述的任何特征，并且可以实现第二和第三方面的方法。
[0090] 根据第五方面，本发明提供了一种用于车辆的转向系统，包括根据第一方面的编 码器，所述编码器已经根据本发明的第二方面的方法或第三方面的方法进行了校准。
【附图说明】
[0091] 现在将参考附图仅仅通过例子的方式来描述本发明的两个实施例，在附图中：
[0092] 图1是包括根据本发明的方面的编码器的转向组件的示意图；
[0093] 图2是示出了向图1的发动机控制器提供位置测量信号的编码器的关键功能组件 的方框图；
[0094] 图3是编码器的编码器盘片和检测器的相对位置的平面图；
[0095] 图4是图4的编码器的一部分的详细平面图，其示出了磁极和检测器的相对位置；
[0096] 图5是示出了来自两个检测器P和Q的输出信号的值与组合输出信号所表示的对应 的四个编码器状态〇、1、2、3的时序图；
[0097] 图6示出了由于箭头所表示的状态改变而引起的计数信号的变化，其随着编码器 在一个方向上旋转以及随着编码器在另一个方向上旋转而出现；
[0098] 图7是通过箭头示出了随着编码器旋转四个可能的状态改变的状态图；
[0099] 图8的图示出了状态改变所出现的编码器的每个位置的测量的位置误差以及每个 状态改变集合的平均误差值，即与状态改变0-2相对应的全部误差的平均值、与状态改变ΙΟ 相对应的全部误差的平均值 ，以此类推；
[0100] 图9是用于通过将计数值与所存储的补偿值进行组合来生成编码器位置值的方法 的概述；
[0101] 图10是与图10类似的示出了用于通过观察改变出现的相对时刻来更新所存储的 值的方法的概述；以及
[0102] 图11的时序图示出了编码器状态改变的理想位置、有缺陷的编码器中的编码器边 缘的实际位置以及在编码器状态改变的完整周期期间相对位置误差对状态发生改变的时 亥IJ的影响。
【具体实施方式】
[0103] 在图1中示出了电力辅助转向系统。系统10包括电发动机11，其通过变速箱或传动 带连接到转向轴(未示出）的一部分。在使用过程中，发动机11将辅助扭矩施加到转向轴，所 述扭矩帮助驾驶员转动方向盘。为了确定需要多少辅助扭矩，扭矩传感器(未示出）附接到 转向轴，并向发动机控制器提供指示转向轴所承载的扭矩的扭矩信号。
[0104] 发动机是三相AC发动机，其是通过将来自发动机控制器21的脉冲宽度调制电压波 形22应用到三个相中的每一个进行驱动的。这样的发动机和PffM方案在本领域中是公知的， 在这里不对其进行详细描述。除非发动机驱动方案是公知的无位置传感器方案之一，否者 必须提供位置传感器12,其将指示发动机转子的角位置的位置信号馈送到发动机控制器21 中。如所示的，传感器12包括连接到发动机11的输出轴13的旋转编码器，但是该旋转编码器 也可以连接到转向轴。
[0105] 其包括附接于发动机11的输出轴13的编码器盘片14。盘片14也可以在图3和图4中 看见，包括Nep个编码器极磁体，在该情况中是36个磁体编码器极，被布置成北极和南极的 交替序列。每个磁体具有相同的宽度，并且每个磁体的中心与相邻磁体的中心间隔开360/ Nep 度。
[0106] 编码器12包括支撑支架15,其在位置上相对于发动机机箱是固定的，使得其并不 随着编码器的旋转而移动。支架15支撑两个传感器16、17(这里被称为传感器P和Q)，在该实 施例中每一个传感器都包括霍尔效应传感器。每个传感器的活动部分面向磁体，使得来自 每个霍尔效应传感器的输出信号将是两种状态中的一种，这取决于其"看到"的是磁编码器 轨道上的北极还是南极。为了方便起见，在这里将状态定义为1和0。两个传感器P和Q(同相 和正交）围绕编码器轨道的圆周偏移1/4*360度/N印的角距离。
[0107] 随着发动机旋转，来自每个PQ传感器的输出信号根据面向磁体的磁轨道极性而改 变状态，从而产生重复模式的脉冲串，如图5中所示，其中，编码器每隔l/4*360/Nep度改变 一次状态(P和Q的组合状态）。
[0108] 根据旋转的方向，看到磁轨道的边缘的传感器先改变。这可以用于确定旋转的方 向。也可以在图6中看到这种情况。两个输出信号的组合值将在四个可能的状态中的一个之 间进行改变，状态序列取决于编码器的盘片旋转的方向，如图6和图7中所示的。为了方便起 见，状态被称为状态〇、1、2和3。
[0109] 在图2中示意性地示出了位置传感器。在该例子中，编码器包括计数器19,并且其 可以根据编码器旋转的方向进行递增/递减，编码器旋转的方向是根据状态改变来识别的， 如图6中所示的。处理器19将计数器的值用作对编码器的位置的测量的基础，并且就是这个 位置测量被馈送到发动机控制器。在该例子中，如图6中所示的，对于状态序列〇、2、3、1、 0……，位置计数递增，而对于序列0、1、3、2、0……，位置计数递减，但是这是任意的并且可 以交换。
[0110] 实际上，在存在由于编码器轨道缺陷、来自附近磁场的磁干扰、传感器转换等级以 及轨道和检测器之间的气隙变化等等引起的误差的情况下，状态转换将不会每隔1/4*360/ Nep度出现一次。可以在图8中看到这种潜在误差的例子。
[0111] 为了降低这些误差的影响，编码器包括存储器20和处理器19。当然，这也可以作为 后处理装置的一部分而与编码器分离地被提供，编码器仅仅提供P和Q信号，并且可选地产 生计数。计数也可以由分立的后处理电路来进行。
[0112] 存储器20存储校准值，状态机中的每个转换一个值。将这些值存储在由状态改变 编排索引的查找表中。每个校准值表示在编码器轨道的完整绕转的至少一部分期间机器中 的状态改变的位置与预期位置相比的平 均误差。处理单元在检测到机器状态的改变时产生 使用所存储的校准值校正的位置信号。例如，如果平均误差值指示边缘的位置不在理想位 置，那么改变出现的时间将被延迟等于所存储的值的量。
[0113]将状态改变的位置移动的角度量取决于在存储器中存储的值。
[0114] 下面给出生成校准值的两种可能方式。
[0115] 离线校准
[0116] 可以在图8中看到示例性的测量，其中示出了在一个机械绕转期间对于4个编码器 状态的各个状态转换以及它们的平均值。在我们查看相对的改变-改变误差时，可以去除任 何DC偏置，即应当去除所有状态的平均值以在零度周围偏置，使得：
[0117] 误差 〇〈>1+误差200+误差302+误差 1〈>3 = 0
[0118] 其中，误差x〈>y是与从状态y到状态X的改变或从状态X到状态y的改变相对应的所 存储的校准值。
[0119] -个机械绕转期间的净影响为0°度，这意味着用于确保位置传感器与后面的EMF 对齐的任何对齐偏移都不受影响。例如，如果将这种算法引入到现有系统中，那么任意位置 传感器对齐校正都将仍然是有效的，并且不需要重新校准，其中重新校准是一种高代价的 并耗时的操作。
[0120] 在具有4个平均状态转换误差值的集合的情况下，可以对编码器位置计算进行修 改以包括补偿项，如图10中所示。
[0121] 注意，补偿值是可以用机械角度或电气角度来表示的，例如，对于4个极对的机器 而言，1°的机械误差在电气参考系中是4°的误差。对于具有Np个极对的发动机而言，编码器 位置的计算(其中补偿以电气角度为单位)是：
[0122] 编码器位置=M0D360(编码器计数X 360°x Np/(4x Nep))+编码器状态补偿
[0123] 其中，编码器状态补偿是基于最新的状态改变而从编码器补偿表中提取的。
[0124] 在线校准
[0125] 对第二传感器的离线校准的替换是在发动机正常运行期间计算平均补偿。这是通 过将离线补偿算法修改为包括自适应计算以在正常运行期间而不是离线地获知偏移来实 现的。并不是观察改变出现的绝对位置，而是使用序列中的改变的相对位置。在图11和12中 示出了修改的算法。
[0126] 可以针对编码器状态机的每个周期执行一次调整算法。选择一个状态转换来作为 参考转换，这种选择是任意的，但是在该情况中已经选择了〇-1。其可以针对每个周期（周 期包括每个状态改变仅仅出现一次的全部序列)来执行调整算法，或者可以定期地（以预设 的时间间隔，或者在满足预设条件时，或者以随机的或伪随机的时间间隔)执行调整算法。
[0127] 在图10中概括了调整原理，并且其用作描述算法的基础。
[0128] 在周期结束处，在参考状态改变(转换(0-1))上，之前的4个编码器状态转换的时 刻信息用于估计每个状态转换的位置误差。理想的编码器具有等距的边缘;实际上，并不总 是这样，并且在状态在规模上不均匀时出现边缘到边缘误差。假定对于编码器状态的一个 周期而言速度是恒定的（在一个编码器周期的小角距离上这是可能的），那么在该周期期间 边缘应当均匀地出现在0、0.25、0.5、0.75和1.0处，其中0和1.0是相同的参考状态转换。
[0129] 通过在这个时段期间捕获转换时间，可以估计等效的边缘位置，并且可以将所计 算的边缘到边缘误差(补偿)项（即时刻误差)表示成整个时间（t〇-t4)的比率。随后可以将 该比率表示成被定标到旋转的总距离(Nep X 4)的位置误差。根据旋转方向，0-1参考转换 之后的状态将是〇或1。3个状态的比率值是不同的，这取决于旋转方向（参见图3 )，并且在表 1中概括了这些比率值，其中EST是编码器状态转换2-0、3-2或1 一3。
[0131] 表1 一编码器比率计算，取决于旋转方向
[0132] 之后可以使用调整比率来计算误差(补偿)值：
[0133] 误差[EST]=编码器调整比率[EST]x(Nep X 4)
[0134] 将这些误差项存储在编码器补偿表中。特定编码器的补偿项将是固定的。为了鲁 棒性，可以对编码器补偿表的更新进行过滤，以降低边缘时刻的测量误差的影响，例如
[0135] 编码器补偿表[EST] = ((l_Kf)x编码器补偿表[EST]) + (Kf X误差[EST])
[0136] 其中Kf是过滤器常数(0〈Kf〈 = l)。
[0137] 与离线校准一样，补偿的净影响应当为零，以避免引入位置偏移。该信息可以用于 计算参考转换的正确值：
[0138] 编码器补偿表[0_1]=-(编码器补偿表[2_0]+编码器补偿表[3_2]+编码器补偿表 [1_3])〇
[0139] 与离线算法一样，基于最新的编码器状态转换来应用补偿：
[0140] 编码器位置=M0D360(编码器计数X 360x Np/4xNep)+编码器状态补偿
[0141] 其中编码器状态补偿是基于最新的状态转换从编码器补偿表中提取的。
[0142] 限制调整条件
[0143] 为了成功地调整，发动机必须旋转；以零速度是不可能调整的。限制调整算法运行 的速度范围是有优势的，从而在速度下降到低于指定阈值时禁止调整。类似地，在上限速度 阈值以上禁止调整也可以是有优势的。可以将滞后应用于这些阈值以最小化调整内外的抖 动。
[0144] 虽然已经基于具有由交替的北极和南极形成的编码区域的编码器详细地描述了 本发明，但是在本发明的范围内也可以使用其它编码区域。例如，编码区域可以包括不同透 射率或反射率(可能是不同颜色）的区域，并且检测器可以包括光学检测器。随着这些区域 移动经过检测器将出现转换，并且检测器看到颜色反射率的改变。可以提供光源，作为编码 器的一部分，其将光指引到编码区域上(其中光可以被反射回检测器)或者将光指引到编码 器背后（其中光可以部分地透过编码区域到达编码器上或者被编码区域阻挡）。重要的是， 必须存在至少两个不同类型的编码区域，以便获得利用两个检测器识别的四个状态改变的 完整集合。
【主权项】
1. 一种旋转编码器组件，包括： 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式； 位于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转 经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码区域 中的哪个正面向所述第一检测器； 位于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并且被布置为随 着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，所述输出信 号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器； 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一状态，所述状态随着所述编码器旋 转而从一个改变到另一个； 其特征在于所述旋转编码器组件还包括： 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可能的 状态改变能够在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时出 现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号在这两个检测器的输出信号的组合状 态存在改变时被更新，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的 量。2. 根据权利要求1所述的旋转编码器组件，其中，每个所存储的补偿值是从对来自这两 个检测器的组合输出信号的对应状态改变的多个实例进行观察而推导出的，多个观察被组 合以提供算数平均值，所述算数平均值作为该补偿值而被存储。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的旋转编码器组件，其中，每个所存储的补偿值指 示一状态改变相对于被选择作为参考状态改变的一个状态改变的位置的相对位置的误差。4. 根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单元包括适于 通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单元： 记录完整的状态改变周 期中每个状态改变出现的相对时刻，周期与每个状态至少改变 一次相对应； 确定开始于第一状态改变并结束于该第一状态改变再次出现之时所有改变都出现所 花费的总时间； 确定该总时间中的处于每个状态改变之间的部分； 基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变之外的每个状态改变 的补偿值;以及 随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，所述中间补偿值导致全部补偿值的和等于 零。5. 根据权利要求4所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单元被布置为通过将所存储 的补偿值与所述中间补偿值组合来更新所存储的补偿值。例如，所述更新可以包括形成所 存储的值与所述中间值的加权和。6. 根据权利要求5所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单元被布置为在所述编码器 以最小阈值角速度以上旋转时执行所述更新。7. 根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，所述处理器适合于在与 所述编码器在第一方向上的旋转相关联的状态改变出现的情况下对所述位置信号进行递 增，并且适合于在与所述编码器在相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时对所 述位置信号进行递减。8. 根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，所述编码器的所述编码 区域每一个都是由磁体的极定义的，所述极被布置成北极和南极的交替模式。9. 一种对如下类型的旋转编码器进行校准的方法，所述旋转编码器包括:环形轨道，所 述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同编码区域； 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区域的 轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于这两 个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器； 第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移，并且 被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出 信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；以 及 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计数来 生成位置信号， 其中，所述方法包括以下步骤： 在使用所述编码器之前，使所述编码器旋转完整绕转的至少一部分； 针对所述组合输出信号的每个状态改变，记录指示所述编码器相对于预定角位置基准 的角位置的位置值； 针对每个状态改变，确定所记录的位置与预期理想位置之间的误差； 针对与所述输出信号的每个状态改变相关联的所记录的位置的全部，确定平均位置误 差值；以及 将每一个所述平均位置误差值存储在存储器中。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法的步骤是在所述编码器的第一次使用 之前在所述旋转编码器的制造、安装或试运行期间执行的。11. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述步骤是在使用所述解码器测量位置期间执 行的。12. 根据权利要求9、10或11所述的方法，其中，记录每个状态改变相对于理想预期位置 的位置的步骤包括记录使用辅助位置测量设备的第二位置测量。13. 根据权利要求9、10、11或12所述的方法，其中，所述测量是在所述编码器的一个完 整的旋转期间进行的，使得每个补偿值将包括针对每个状态改变的若干测量的平均。14. 一种对如下类型的旋转编码器的性能进行改进的方法，所述旋转编码器包括:环形 轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同编码区域； 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区域的 轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于这两 个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器； 第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移，并且 被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出 信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；以 及 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计数来 生成位置信号， 其中，所述方法包括以下步骤： 使所述编码器旋转状态改变的一个周期，在所述周期中，所述组合输出信号的状态经 历每个可能的状态改变一次； 针对每个状态改变，记录该状态改变出现的时刻，并记录在所述周期中第一状态改变 与相同的状态改变在所述周期中下一次出现之间的总经历时间； 根据这些时刻确定每个状态改变的补偿值，其指示该状态改变相对于序列中的邻近状 态改变的位置误差； 确定所述第一状态改变的补偿值，其导致全部补偿值的组合和等于零；以及 将这些补偿值存储在存储器中以供所述编码器使用。15. 根据权利要求14所述的方法，包括：只有在已知或假定所述编码器的速度恒定时才 记录所述状态改变。16. -种与如下类型的旋转编码器一起使用的旋转编码器后处理装置，所述旋转编码 器包括： 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式； 第一检测器，其位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区域 的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于这 两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第一检测器； 第二检测器，其位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移并 被配置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出 信号，该输出信号的状态取决于这两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第二检测器； 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，随着所述编码器旋转，所述 状态从一个改变到另一个， 其中，所述后处理装置包括： 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可能的 状态改变能够在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时出 现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号在这两个检测器的输出信号的组合状 态存在改变时被更新，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的 量。17. 根据权利要求16所述的旋转编码器后处理装置，其中，所述编码器根据这两个输出 信号的组合值生成计数信号，并且所述后处理装置接收此计数信号并通过对所述计数信号 进行处理来生成所述位置信号。18. 根据权利要求16所述的旋转编码器后处理装置，其中，所述编码器直接输出这两个 输出信号，并且所述后处理单元在生成所述位置信号时生成计数信号。19. 一种用于车辆的转向系统，包括适于监测所述转向系统的电动机的角位置的旋转 编码器，所述旋转编码器装置如权利要求1所述或者根据权利要求9-15中的任意一项所述 的方法被校准。20.-种基本上在本文中参考附图描述并在附图中示出的旋转编码器装置、旋转编码 器后处理装置以及校准旋转编码器的方法。
【专利摘要】一种旋转编码器组件，包括：环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；第一检测器和第二检测器，每一个都被布置为随着具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器时产生各自的交替输出信号，这两个输出信号的组合值呈现多个唯一的状态，随着编码器旋转这些状态从一个变化到另一个。存储器存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时可能出现，并且每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差。处理单元用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿值所指示的量。
【IPC分类】G01D18/00, G01D5/244, G01D5/14
【公开号】CN105492869
【申请号】CN201480047229
【发明人】C·D·狄克逊, C·B·威廉姆斯
【申请人】Trw有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月10日
【公告号】EP3019832A2, US20160146638, WO2015004472A2, WO2015004472A3
【技术领域】
[0001] 本发明涉及编码器尤其是旋转编码器的改进，涉及使用旋转编码器确定对象的位 置的方法，以及涉及包含旋转编码器的车辆转向系统。
【背景技术】
[0002] 以下是已知的：提供包括检测器和以北极和南极的交替序列布置的磁性元件的轨 道的编码器，该检测器产生在靠近北极之一时具有第一状态并且在与南极之一对立时具有 第二状态的输出信号。这样，随着轨道通过检测器，检测器的输出将是在第一状态和第二状 态之间交替的调制信号。
[0003] 具有一个检测器的编码器在使用上是受限的，原因在于其不可能辨别轨道移动的 方向。这可以通过使用两个检测器来克服，其中这两个检测器彼此偏移的量小于北极的中 心与相邻南极的中心之间的间隔。这在附图的图2和图3中被示出。这两个检测器通常是相 同的但是具有彼此偏移的两个模式，随着轨道移动每一个检测器都产生第一状态和第二状 态的交替序列。
[0004]来自这些检测器的两个输出的组合值将经历四种状态，如附图的图7中的状态机 所示的，并且通过识别最新的状态改变前后的状态，识别轨道旋转方向是可能的。每个状态 改变将发生在检测器穿过两个相邻极相交的边缘时。如果磁极都是相等的长度，那么这些 边缘将围绕轨道均匀地间隔开，并且如果检测器被间隔开等于极中心之间的间隔的一半的 角度，那么当轨道以恒定速度旋转时，状态将以定期的等距的时间间隔发生改变。因此，可 以根据每个状态改变之间的经历时间来确定速度。
[0005] 如果编码器轨道具有许多极(在实际编码器中总是这样），那么状态改变本身将不 会唯一标识轨道的位置。在一个完整的旋转期间，给定的状态改变将出现多次，并且这将在 编码器的进一步绕转中被重复。然而，通过对状态改变进行计数，产生相对于已知基准位置 的位置信号也是可能的。
[0006] 以下是已知的：如果磁体之间的间隔不理想，或者如果外部影响（例如其它磁体） 引起被检测器观察到的由磁体发出的磁场的失真，那么这种形式的编码器将遭受不精确 性。检测器的转换阈值的变更也可能导致不精确性。这可能导致组合输出信号发生状态改 变的位置与预期位置有小的偏移。例如，在当轨道以恒定的速度旋转时改变应当以相等的 时间间隔出现的情况中（如上面所描述的），随着改变出现在与理想的预期位置偏移的位 置，这种误差可能会导致这些状态改变之间的不同时序。
[0007] 申请人已经发现旋转编码器轨道的状态改变的这种位置偏移可能会导致在从编 码器输出的位置信号中存在不想要的谐波频率。例如，在编码器轨道包括以恒定的角速度 旋转的具有36个磁体的环形盘片的情况下，可能观测到36阶的噪声分量。当位置信号正用 于敏感应用(例如在电力辅助转向系统的发动机的发动机控制电路的控制环中）时，在谐波 频率与发动机部件或转向系统的其它部件的共振频率相互作用的情况下，这种噪声可能会 导致声学噪声。
【发明内容】
[0008] 根据第一方面，本发明提供了一种旋转编码器组件，包括：
[0009] 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；
[0010] 处于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴 旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码 区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0011]处于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并被布置为 随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，该输出信 号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；
[0012] 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，其中，随着所述编码器 旋转，所述状态从一个变化到另一个，
[0013] 其特征在于还包括：
[0014] 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关 联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之 时可能出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差，以及
[0015] 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信 号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿 值所指示的量。
[0016] 本发明因此提供了 一种编码器，其包括存储器，存储器存储与状态改变或转换相 关联的补偿值。在出现组合输出信号的状态改变或转换中的相应一个时对位置信号进行更 新之时，使用这些存储的值来校正位置信号。使用表示改变的位置的平均误差的补偿值，已 经发现能够产生谐波水平被大大降低或甚至完全被消除的位置信号。
[0017] 每个所存储的补偿值可以从对来自两个检测器的组合输出信号的对应状态改变 的多个实例进行观测中推导出来，将多个观测进行组合以提供被存储作为该补偿值的算数 平均值。
[0018] 每个所存储的补偿值可以指示状态改变（即状态之间的转换）相对于被选择作为 参考状态改变的一个状态改变的位置的相对位置。因此可以根据机械角度值或电角度误差 值来表示误差。可以选择任意一个状态改变来作为参考状态改变。
[0019] 处理单元可以包括适合于通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单元：
[0020] 在所述存储器(或不同存储器）中记录在状态改变的完整周期中每个状态改变出 现的相对时刻，周期与每个状态改变至少一次相对应，
[0021] 确定全部改变都出现所花费的总时间，以第一状态改变开始并且结束于所述第一 状态改变再次出现之时，
[0022] 确定所述总时间在每个状态改变之间的部分，
[0023] 基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变之外的每个状态 改变的补偿值;以及
[0024]随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，其导致全部补偿值的和等于零。
[0025]所述编码器可以被布置为通过将所存储的补偿值与所述中间补偿值组合来更新 所存储的补偿值。例如，更新可以包括形成所存储的值和所述中间值的加权和。
[0026] 因此，平均可以是状态机的若干周期（即，转换的一个重复)的平均。
[0027] 所述编码器可以被布置为在所述编码器以超过最小阈值角速度旋转时执行所述 更新。为了正确地运行，所述编码器在捕获时间期间必须以恒定速度旋转。
[0028] 处理器可以在与编码器在第一方向上的旋转相关联的状态改变出现的情况下对 所述位置信号进行递增，并且可以在与相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时 对所述位置信号进行递减。
[0029] 所述编码器可以包括Nep个编码区域，并且它们可以与相邻编码区域等距地间隔 开。可以存在以交替模式布置的两种类型的编码区域，每个检测器根据其观察到哪个类型 来产生不同的响应。例如，一种类型可以是北极，而另一种是南极，检测器可能是霍尔效应 传感器。
[0030] 每个区域的中心可以与靠近的区域间隔开360/Nep度。在Nep大于2的情况下，那么 在每个完整的旋转中，检测器的组合输出信号的每个状态改变将出现至少两次，从而允许 计算均值并将其存储在存储器中。
[0031] 这两个检测器可以在角度上偏移l/4*360/Nep度。
[0032] 所述编码器可以与发动机相关联，并且用于产生指示所述发动机的机械位置或电 气位置的发动机位置信号。那么，所述处理单元可以通过以下公式根据计数信号生成所述 位置信号：
[0033] 位置=M0D360(计数信号值X 360°x Np/(4x Nep))+所存储的补偿值；
[0034] 在位置是电气位置的情况下，所存储的补偿值是存储器中的与最新的状态改变相 关联的值，Nep是编码器的极的数量，并且Np是转子磁极对的数量，其定义了发动机的每个 机械绕转的电气周期的数量。
[0035] 在存在两个检测器的情况下，这两个输出信号的值将采用 四个唯一的状态，从而 给出四个对应的唯一的状态改变，每个在机器状态周期期间出现一次，但是在所述编码器 的每个旋转期间出现很多次。
[0036] 因此，所述存储器可以仅仅存储四个平均位置误差值，每个转换一个。与如果针对 每个可能的编码器位置存储一个位置误差值将需要的相比，仅仅存储四个值(每个状态改 变一个)使用少得多的存储器。例如，在具有36个极和2个传感器(每个传感器2个状态)的情 况下，将需要存储36x2x2 = 144个值而不是4个，从而给出了因子为36的节省。获知所有这些 值的时间也将是较大的。
[0037] 所述编码器的编码区域中的每一个可以由磁体的极来定义，极被布置为北极和南 极的交替模式。那么，所述编码器的检测器可以包括霍尔效应传感器或对磁场敏感的其它 设备。
[0038] 也可以使用其它类型的编码区域，但是在每种情况中，优选的是存在以交替模式 布置在编码器轨道周围的两个不同基本编码区域。例如，所述编码区域可以包括两个不同 的色斑，例如红色和绿色，所述两个不同的色斑以交替模式或红色-绿色-红色-绿色等布 置，以与光学检测器一起使用，所述光学检测器产生在其观察到红色时具有第一值并且在 其观察到绿色时具有第二值的输出信号。
[0039] 所述检测器可以产生在面向北极时具有第一值并且在面向南极时具有第二值的 输出信号。因此，状态将随着磁体穿过检测器而发生改变。
[0040] 所述编码器可以包括多于两个的检测器，例如三个或四个检测器，并且在这样的 情况中，组合输出信号可以具有多于四个的可能状态改变(在编码器具有两个检测器的情 况下存在四个可能状态改变）。例如，在具有三个检测器的情况下，将存在8个不同的状态改 变。所述存储器可以为不同状态改变中的每一个存储一个校准值。
[0041] 在本申请中描述的编码器校准和补偿因此可以延伸到将两个或更多个传感器与 编码区域的轨道一起使用的任何位置传感器的校准和补偿。术语编码器应当被宽泛地解释 为涵盖将位置转换成电气信号的任意传感器，并且可以延伸为包括线性编码器以及旋转编 码器。
[0042] 根据第二方面，本发明提供了一种对如下类型的旋转编码器进行校准的方法，所 示旋转编码器包括:环形轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同编码 区域，
[0043] 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区 域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于 这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0044] 第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移， 并且被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替 输出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测 器；以及
[0045] 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计 数来生成位置信号，
[0046] 其中，所述方法包括以下步骤：
[0047] 在使用所述编码器之前，使所述编码器旋转完整绕转的至少一部分；
[0048] 针对所述组合输出信号的每个状态改变，记录指示所述编码器相对于预定角位置 基准的角位置的位置值；
[0049] 针对每个状态改变，确定所记录的位置与预期理想位置之间的误差；
[0050] 针对与所述输出信号的每个状态改变相关联的所记录的位置的全部，确定平均位 置误差值；
[0051 ]将每一个所述平均位置误差值存储在存储器中。
[0052]可以在第一次使用所述编码器之前，例如在制造、安装或试运转期间，执行所述方 法的步骤。可替换地，可以在每次使用所述编码器之前，例如在其开启之后，执行这些步骤。
[0053]在另一替换中，可以在使用所述编码器期间执行这些步骤，使得对于"使用之前"， 我们的意思是在紧邻生成位置信号之前的某个时刻执行这些步骤。
[0054]记录每个状态改变的相对于理想预期位置的位置的步骤可以包括:记录使用辅助 位置测量设备的第二位置测量。如果第二设备是被校准的，那么可以假定这些测量是精确 的并且表示实际的位置。
[0055]可以在编码器的一个完整旋转期间进行测量。因此，每个补偿值将包括每个状态 改变的若干测量的平均。例如，如果编码器轨道包括36个编码器极，那么在每个旋转中每个 状态改变将出现36次，并且补偿值将表示每个状态的36次测量的平均。
[0056]根据第三方面，本发明提供了一种对如下类型的旋转编码器的性能进行改进的方 法，所述旋转编码器包括:环形轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同 编码区域，
[0057]第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区 域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于 这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0058]第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移， 并且被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替 输出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测 器；以及
[0059] 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计 数来生成位置信号，
[0060] 其中，所述方法包括以下步骤：
[0061] 使所述编码器旋转状态改变的周期，在所述周期中，所述组合输出信号的状态经 历每个可能的状态改变一次；
[0062] 针对每个状态改变，记录该状态改变出现的时刻，并记录在所述周期中第一状态 改变与相同的状态改变在所述周期中下一次出现之间的总经历时间；
[0063] 根据这些时刻确定每个状态改变的补偿值，其指示该状态改变相对于序列中的邻 近状态改变的位置误差；
[0064]确定所述第一状态改变的补偿值，其导致全部补偿值的组合和等于零;以及
[0065] 将这些补偿值存储在存储器中以供所述编码器使用。
[0066] 在该方法中，编码器不是通过将传感器输出与第二传感器进行比较来校准的，而 是通过将一个周期上的状态改变的时刻与理想时刻进行比较来实现性能改进。这些理想时 刻将依赖于检测器与编码区域之间的已知间隔，并且这样，所述方法相对于设备自身的理 想性能"校准"设备的输出。
[0067]所述方法适合于与包括以已知的理想方式围绕轨道间隔开的编码区域的类型的 编码器一起使用，使得如果该编码器以理想的方式运行，那么当以恒定速度旋转时在一个 周期中出现的状态改变之间的时间将是相等的。这也取决于检测器之间的间隔被正确地设 置。
[0068]所述方法可以与彼此没有偏移编码区域之间的间隔的一半的检测器一起使用，这 将导致转换之间的时刻的改变。如果检测器的相对位置是已知的，那么这可以被可以根据 已知间隔来计算理想的时刻的方法考虑。
[0069]在已知或假定编码器的速度恒定时，所述方法可以包括记录状态改变。
[0070]可以根据下面的表达式表格，根据经历的时间来生成补偿值：
[0072]表1 一编码器比率计算，取决于旋转方向
[0073]其中，TO、1、2、3是相应状态改变的时间，并且T4是第一状态改变第二次出现的时 间。
[0074]所述方法可以被重复多次，其中只要计算了新的补偿值就对所存储的补偿值进行 更新，更新的步骤包括将所存储的值与新的补偿值进行组合，使得所存储的值表示时间上 的平均值。可以通过将权重应用于所存储的值和新的值之后对加权的值进行求和并除以权 重的和，来对它们进行组合。
[0075] 所存储的值可以通过使它们经过具有新的更新的补偿值的滤波器而得到。所述滤 波器可以由以下表达式来定义：
[0076] 更新的所存储的补偿值=(I-Kf)X当前的所存储的补偿值+(Kf X 新的补偿值）。
[0077] 其中，Kf是滤波器常数(0〈Kf〈 = l)。
[0078] 所述方法可以包括定期地更新所存储的补偿值。
[0079] 所述方法可以包括:监测编码器的速度；以及如果编码器正以高于预定阈值的速 度旋转，那么只确定新的补偿值。
[0080] 根据第四方面，本发明提供了一种与如下类型的旋转编码器一起使用的旋转编码 器后处理装置，所述旋转编码器包括：
[0081] 环形轨道，具有交替的编码区域；
[0082] 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区 域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于 这两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第一检测器；
[0083]第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移 并被配置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输 出信号，该输出信号的状态取决于这两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第二检测 器；
[0084]其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，随着所述编码器旋转， 所述状态从一个改变到另一个，
[0085]其中，所述后处理装置包括：
[0086]存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可 能的状态改变在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时可 能出现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及 [0087]处理单元，其用于生成在存在这两个检测器的输出信号的组合状态的改变时被更 新的位置信号，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的量。
[0088]所述编码器可以根据这两个输出信号的所述组合值生成计数信号，并且所述后处 理装置可以接收该计数信号并通过对该计数信号进行处理来生成所述位置信号。
[0089] 可替换地，所述编码器可以直接输出这两个输出信号，并且所述后处理单元可以 在生成所述位置信号时生成计数信号。所述编码器和后处理电路可以包括关于本发明的第 一方面所描述的任何特征，并且可以实现第二和第三方面的方法。
[0090] 根据第五方面，本发明提供了一种用于车辆的转向系统，包括根据第一方面的编 码器，所述编码器已经根据本发明的第二方面的方法或第三方面的方法进行了校准。
【附图说明】
[0091] 现在将参考附图仅仅通过例子的方式来描述本发明的两个实施例，在附图中：
[0092] 图1是包括根据本发明的方面的编码器的转向组件的示意图；
[0093] 图2是示出了向图1的发动机控制器提供位置测量信号的编码器的关键功能组件 的方框图；
[0094] 图3是编码器的编码器盘片和检测器的相对位置的平面图；
[0095] 图4是图4的编码器的一部分的详细平面图，其示出了磁极和检测器的相对位置；
[0096] 图5是示出了来自两个检测器P和Q的输出信号的值与组合输出信号所表示的对应 的四个编码器状态〇、1、2、3的时序图；
[0097] 图6示出了由于箭头所表示的状态改变而引起的计数信号的变化，其随着编码器 在一个方向上旋转以及随着编码器在另一个方向上旋转而出现；
[0098] 图7是通过箭头示出了随着编码器旋转四个可能的状态改变的状态图；
[0099] 图8的图示出了状态改变所出现的编码器的每个位置的测量的位置误差以及每个 状态改变集合的平均误差值，即与状态改变0-2相对应的全部误差的平均值、与状态改变ΙΟ 相对应的全部误差的平均值 ，以此类推；
[0100] 图9是用于通过将计数值与所存储的补偿值进行组合来生成编码器位置值的方法 的概述；
[0101] 图10是与图10类似的示出了用于通过观察改变出现的相对时刻来更新所存储的 值的方法的概述；以及
[0102] 图11的时序图示出了编码器状态改变的理想位置、有缺陷的编码器中的编码器边 缘的实际位置以及在编码器状态改变的完整周期期间相对位置误差对状态发生改变的时 亥IJ的影响。
【具体实施方式】
[0103] 在图1中示出了电力辅助转向系统。系统10包括电发动机11，其通过变速箱或传动 带连接到转向轴(未示出）的一部分。在使用过程中，发动机11将辅助扭矩施加到转向轴，所 述扭矩帮助驾驶员转动方向盘。为了确定需要多少辅助扭矩，扭矩传感器(未示出）附接到 转向轴，并向发动机控制器提供指示转向轴所承载的扭矩的扭矩信号。
[0104] 发动机是三相AC发动机，其是通过将来自发动机控制器21的脉冲宽度调制电压波 形22应用到三个相中的每一个进行驱动的。这样的发动机和PffM方案在本领域中是公知的， 在这里不对其进行详细描述。除非发动机驱动方案是公知的无位置传感器方案之一，否者 必须提供位置传感器12,其将指示发动机转子的角位置的位置信号馈送到发动机控制器21 中。如所示的，传感器12包括连接到发动机11的输出轴13的旋转编码器，但是该旋转编码器 也可以连接到转向轴。
[0105] 其包括附接于发动机11的输出轴13的编码器盘片14。盘片14也可以在图3和图4中 看见，包括Nep个编码器极磁体，在该情况中是36个磁体编码器极，被布置成北极和南极的 交替序列。每个磁体具有相同的宽度，并且每个磁体的中心与相邻磁体的中心间隔开360/ Nep 度。
[0106] 编码器12包括支撑支架15,其在位置上相对于发动机机箱是固定的，使得其并不 随着编码器的旋转而移动。支架15支撑两个传感器16、17(这里被称为传感器P和Q)，在该实 施例中每一个传感器都包括霍尔效应传感器。每个传感器的活动部分面向磁体，使得来自 每个霍尔效应传感器的输出信号将是两种状态中的一种，这取决于其"看到"的是磁编码器 轨道上的北极还是南极。为了方便起见，在这里将状态定义为1和0。两个传感器P和Q(同相 和正交）围绕编码器轨道的圆周偏移1/4*360度/N印的角距离。
[0107] 随着发动机旋转，来自每个PQ传感器的输出信号根据面向磁体的磁轨道极性而改 变状态，从而产生重复模式的脉冲串，如图5中所示，其中，编码器每隔l/4*360/Nep度改变 一次状态(P和Q的组合状态）。
[0108] 根据旋转的方向，看到磁轨道的边缘的传感器先改变。这可以用于确定旋转的方 向。也可以在图6中看到这种情况。两个输出信号的组合值将在四个可能的状态中的一个之 间进行改变，状态序列取决于编码器的盘片旋转的方向，如图6和图7中所示的。为了方便起 见，状态被称为状态〇、1、2和3。
[0109] 在图2中示意性地示出了位置传感器。在该例子中，编码器包括计数器19,并且其 可以根据编码器旋转的方向进行递增/递减，编码器旋转的方向是根据状态改变来识别的， 如图6中所示的。处理器19将计数器的值用作对编码器的位置的测量的基础，并且就是这个 位置测量被馈送到发动机控制器。在该例子中，如图6中所示的，对于状态序列〇、2、3、1、 0……，位置计数递增，而对于序列0、1、3、2、0……，位置计数递减，但是这是任意的并且可 以交换。
[0110] 实际上，在存在由于编码器轨道缺陷、来自附近磁场的磁干扰、传感器转换等级以 及轨道和检测器之间的气隙变化等等引起的误差的情况下，状态转换将不会每隔1/4*360/ Nep度出现一次。可以在图8中看到这种潜在误差的例子。
[0111] 为了降低这些误差的影响，编码器包括存储器20和处理器19。当然，这也可以作为 后处理装置的一部分而与编码器分离地被提供，编码器仅仅提供P和Q信号，并且可选地产 生计数。计数也可以由分立的后处理电路来进行。
[0112] 存储器20存储校准值，状态机中的每个转换一个值。将这些值存储在由状态改变 编排索引的查找表中。每个校准值表示在编码器轨道的完整绕转的至少一部分期间机器中 的状态改变的位置与预期位置相比的平 均误差。处理单元在检测到机器状态的改变时产生 使用所存储的校准值校正的位置信号。例如，如果平均误差值指示边缘的位置不在理想位 置，那么改变出现的时间将被延迟等于所存储的值的量。
[0113]将状态改变的位置移动的角度量取决于在存储器中存储的值。
[0114] 下面给出生成校准值的两种可能方式。
[0115] 离线校准
[0116] 可以在图8中看到示例性的测量，其中示出了在一个机械绕转期间对于4个编码器 状态的各个状态转换以及它们的平均值。在我们查看相对的改变-改变误差时，可以去除任 何DC偏置，即应当去除所有状态的平均值以在零度周围偏置，使得：
[0117] 误差 〇〈>1+误差200+误差302+误差 1〈>3 = 0
[0118] 其中，误差x〈>y是与从状态y到状态X的改变或从状态X到状态y的改变相对应的所 存储的校准值。
[0119] -个机械绕转期间的净影响为0°度，这意味着用于确保位置传感器与后面的EMF 对齐的任何对齐偏移都不受影响。例如，如果将这种算法引入到现有系统中，那么任意位置 传感器对齐校正都将仍然是有效的，并且不需要重新校准，其中重新校准是一种高代价的 并耗时的操作。
[0120] 在具有4个平均状态转换误差值的集合的情况下，可以对编码器位置计算进行修 改以包括补偿项，如图10中所示。
[0121] 注意，补偿值是可以用机械角度或电气角度来表示的，例如，对于4个极对的机器 而言，1°的机械误差在电气参考系中是4°的误差。对于具有Np个极对的发动机而言，编码器 位置的计算(其中补偿以电气角度为单位)是：
[0122] 编码器位置=M0D360(编码器计数X 360°x Np/(4x Nep))+编码器状态补偿
[0123] 其中，编码器状态补偿是基于最新的状态改变而从编码器补偿表中提取的。
[0124] 在线校准
[0125] 对第二传感器的离线校准的替换是在发动机正常运行期间计算平均补偿。这是通 过将离线补偿算法修改为包括自适应计算以在正常运行期间而不是离线地获知偏移来实 现的。并不是观察改变出现的绝对位置，而是使用序列中的改变的相对位置。在图11和12中 示出了修改的算法。
[0126] 可以针对编码器状态机的每个周期执行一次调整算法。选择一个状态转换来作为 参考转换，这种选择是任意的，但是在该情况中已经选择了〇-1。其可以针对每个周期（周 期包括每个状态改变仅仅出现一次的全部序列)来执行调整算法，或者可以定期地（以预设 的时间间隔，或者在满足预设条件时，或者以随机的或伪随机的时间间隔)执行调整算法。
[0127] 在图10中概括了调整原理，并且其用作描述算法的基础。
[0128] 在周期结束处，在参考状态改变(转换(0-1))上，之前的4个编码器状态转换的时 刻信息用于估计每个状态转换的位置误差。理想的编码器具有等距的边缘;实际上，并不总 是这样，并且在状态在规模上不均匀时出现边缘到边缘误差。假定对于编码器状态的一个 周期而言速度是恒定的（在一个编码器周期的小角距离上这是可能的），那么在该周期期间 边缘应当均匀地出现在0、0.25、0.5、0.75和1.0处，其中0和1.0是相同的参考状态转换。
[0129] 通过在这个时段期间捕获转换时间，可以估计等效的边缘位置，并且可以将所计 算的边缘到边缘误差(补偿)项（即时刻误差)表示成整个时间（t〇-t4)的比率。随后可以将 该比率表示成被定标到旋转的总距离(Nep X 4)的位置误差。根据旋转方向，0-1参考转换 之后的状态将是〇或1。3个状态的比率值是不同的，这取决于旋转方向（参见图3 )，并且在表 1中概括了这些比率值，其中EST是编码器状态转换2-0、3-2或1 一3。
[0131] 表1 一编码器比率计算，取决于旋转方向
[0132] 之后可以使用调整比率来计算误差(补偿)值：
[0133] 误差[EST]=编码器调整比率[EST]x(Nep X 4)
[0134] 将这些误差项存储在编码器补偿表中。特定编码器的补偿项将是固定的。为了鲁 棒性，可以对编码器补偿表的更新进行过滤，以降低边缘时刻的测量误差的影响，例如
[0135] 编码器补偿表[EST] = ((l_Kf)x编码器补偿表[EST]) + (Kf X误差[EST])
[0136] 其中Kf是过滤器常数(0〈Kf〈 = l)。
[0137] 与离线校准一样，补偿的净影响应当为零，以避免引入位置偏移。该信息可以用于 计算参考转换的正确值：
[0138] 编码器补偿表[0_1]=-(编码器补偿表[2_0]+编码器补偿表[3_2]+编码器补偿表 [1_3])〇
[0139] 与离线算法一样，基于最新的编码器状态转换来应用补偿：
[0140] 编码器位置=M0D360(编码器计数X 360x Np/4xNep)+编码器状态补偿
[0141] 其中编码器状态补偿是基于最新的状态转换从编码器补偿表中提取的。
[0142] 限制调整条件
[0143] 为了成功地调整，发动机必须旋转；以零速度是不可能调整的。限制调整算法运行 的速度范围是有优势的，从而在速度下降到低于指定阈值时禁止调整。类似地，在上限速度 阈值以上禁止调整也可以是有优势的。可以将滞后应用于这些阈值以最小化调整内外的抖 动。
[0144] 虽然已经基于具有由交替的北极和南极形成的编码区域的编码器详细地描述了 本发明，但是在本发明的范围内也可以使用其它编码区域。例如，编码区域可以包括不同透 射率或反射率(可能是不同颜色）的区域，并且检测器可以包括光学检测器。随着这些区域 移动经过检测器将出现转换，并且检测器看到颜色反射率的改变。可以提供光源，作为编码 器的一部分，其将光指引到编码区域上(其中光可以被反射回检测器)或者将光指引到编码 器背后（其中光可以部分地透过编码区域到达编码器上或者被编码区域阻挡）。重要的是， 必须存在至少两个不同类型的编码区域，以便获得利用两个检测器识别的四个状态改变的 完整集合。
【主权项】
1. 一种旋转编码器组件，包括： 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式； 位于第一固定位置的第一检测器，其被布置为随着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转 经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于所述两个不同编码区域 中的哪个正面向所述第一检测器； 位于第二固定位置的第二检测器，其与所述第一检测器的位置偏移，并且被布置为随 着所述编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出信号，所述输出信 号的状态取决于所述两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器； 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一状态，所述状态随着所述编码器旋 转而从一个改变到另一个； 其特征在于所述旋转编码器组件还包括： 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可能的 状态改变能够在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时出 现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号在这两个检测器的输出信号的组合状 态存在改变时被更新，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的 量。2. 根据权利要求1所述的旋转编码器组件，其中，每个所存储的补偿值是从对来自这两 个检测器的组合输出信号的对应状态改变的多个实例进行观察而推导出的，多个观察被组 合以提供算数平均值，所述算数平均值作为该补偿值而被存储。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的旋转编码器组件，其中，每个所存储的补偿值指 示一状态改变相对于被选择作为参考状态改变的一个状态改变的位置的相对位置的误差。4. 根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单元包括适于 通过执行以下步骤来更新所存储的补偿值的单元： 记录完整的状态改变周 期中每个状态改变出现的相对时刻，周期与每个状态至少改变 一次相对应； 确定开始于第一状态改变并结束于该第一状态改变再次出现之时所有改变都出现所 花费的总时间； 确定该总时间中的处于每个状态改变之间的部分； 基于所述部分和所述总经历时间来推导除了所述第一状态改变之外的每个状态改变 的补偿值;以及 随后确定所述第一状态改变的中间补偿值，所述中间补偿值导致全部补偿值的和等于 零。5. 根据权利要求4所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单元被布置为通过将所存储 的补偿值与所述中间补偿值组合来更新所存储的补偿值。例如，所述更新可以包括形成所 存储的值与所述中间值的加权和。6. 根据权利要求5所述的旋转编码器组件，其中，所述处理单元被布置为在所述编码器 以最小阈值角速度以上旋转时执行所述更新。7. 根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，所述处理器适合于在与 所述编码器在第一方向上的旋转相关联的状态改变出现的情况下对所述位置信号进行递 增，并且适合于在与所述编码器在相反的第二方向上的旋转相关联的状态改变出现时对所 述位置信号进行递减。8. 根据任何一个前述权利要求所述的旋转编码器组件，其中，所述编码器的所述编码 区域每一个都是由磁体的极定义的，所述极被布置成北极和南极的交替模式。9. 一种对如下类型的旋转编码器进行校准的方法，所述旋转编码器包括:环形轨道，所 述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同编码区域； 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区域的 轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于这两 个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器； 第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移，并且 被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出 信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；以 及 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计数来 生成位置信号， 其中，所述方法包括以下步骤： 在使用所述编码器之前，使所述编码器旋转完整绕转的至少一部分； 针对所述组合输出信号的每个状态改变，记录指示所述编码器相对于预定角位置基准 的角位置的位置值； 针对每个状态改变，确定所记录的位置与预期理想位置之间的误差； 针对与所述输出信号的每个状态改变相关联的所记录的位置的全部，确定平均位置误 差值；以及 将每一个所述平均位置误差值存储在存储器中。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法的步骤是在所述编码器的第一次使用 之前在所述旋转编码器的制造、安装或试运行期间执行的。11. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述步骤是在使用所述解码器测量位置期间执 行的。12. 根据权利要求9、10或11所述的方法，其中，记录每个状态改变相对于理想预期位置 的位置的步骤包括记录使用辅助位置测量设备的第二位置测量。13. 根据权利要求9、10、11或12所述的方法，其中，所述测量是在所述编码器的一个完 整的旋转期间进行的，使得每个补偿值将包括针对每个状态改变的若干测量的平均。14. 一种对如下类型的旋转编码器的性能进行改进的方法，所述旋转编码器包括:环形 轨道，所述环形轨道具有围绕所述轨道交替的至少两个不同编码区域； 第一检测器，位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区域的 轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于这两 个不同编码区域中的哪个正面向所述第一检测器； 第二检测器，位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移，并且 被布置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出 信号，该输出信号的状态取决于这两个不同编码区域中的哪个正面向所述第二检测器；以 及 处理单元，至少部分地通过对这两个检测器的输出信号的组合状态的改变进行计数来 生成位置信号， 其中，所述方法包括以下步骤： 使所述编码器旋转状态改变的一个周期，在所述周期中，所述组合输出信号的状态经 历每个可能的状态改变一次； 针对每个状态改变，记录该状态改变出现的时刻，并记录在所述周期中第一状态改变 与相同的状态改变在所述周期中下一次出现之间的总经历时间； 根据这些时刻确定每个状态改变的补偿值，其指示该状态改变相对于序列中的邻近状 态改变的位置误差； 确定所述第一状态改变的补偿值，其导致全部补偿值的组合和等于零；以及 将这些补偿值存储在存储器中以供所述编码器使用。15. 根据权利要求14所述的方法，包括：只有在已知或假定所述编码器的速度恒定时才 记录所述状态改变。16. -种与如下类型的旋转编码器一起使用的旋转编码器后处理装置，所述旋转编码 器包括： 环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式； 第一检测器，其位于第一固定位置，所述第一检测器被布置为随着所述具有编码区域 的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第一交替输出信号，该输出信号的状态取决于这 两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第一检测器； 第二检测器，其位于第二固定位置，所述第二检测器与所述第一检测器的位置偏移并 被配置为随着所述具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器而产生第二交替输出 信号，该输出信号的状态取决于这两个不同的编码区域中的哪个正面向所述第二检测器； 其中，这两个输出信号的组合值能够呈现多个唯一的状态，随着所述编码器旋转，所述 状态从一个改变到另一个， 其中，所述后处理装置包括： 存储器，其存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个相关联，所述可能的 状态改变能够在这两个输出信号的所述组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时出 现，并且其中，每个补偿值指示对应的状态改变出现的位置的平均误差；以及 处理单元，其用于生成位置信号，所述位置信号在这两个检测器的输出信号的组合状 态存在改变时被更新，所述位置信号被校正了与最新状态改变相关联的补偿值所指示的 量。17. 根据权利要求16所述的旋转编码器后处理装置，其中，所述编码器根据这两个输出 信号的组合值生成计数信号，并且所述后处理装置接收此计数信号并通过对所述计数信号 进行处理来生成所述位置信号。18. 根据权利要求16所述的旋转编码器后处理装置，其中，所述编码器直接输出这两个 输出信号，并且所述后处理单元在生成所述位置信号时生成计数信号。19. 一种用于车辆的转向系统，包括适于监测所述转向系统的电动机的角位置的旋转 编码器，所述旋转编码器装置如权利要求1所述或者根据权利要求9-15中的任意一项所述 的方法被校准。20.-种基本上在本文中参考附图描述并在附图中示出的旋转编码器装置、旋转编码 器后处理装置以及校准旋转编码器的方法。
【专利摘要】一种旋转编码器组件，包括：环形轨道，其包括至少两个不同编码区域的交替模式；第一检测器和第二检测器，每一个都被布置为随着具有编码区域的轨道围绕其轴旋转经过该检测器时产生各自的交替输出信号，这两个输出信号的组合值呈现多个唯一的状态，随着编码器旋转这些状态从一个变化到另一个。存储器存储补偿值，每个值与可能的状态改变中的相应的一个状态改变相关联，所述可能的状态改变在这两个输出信号的组合值在所述编码器轨道移动时发生改变之时可能出现，并且每个补偿值指示对应的状态改变所出现的位置的平均误差。处理单元用于生成位置信号，所述位置信号是在存在这两个检测器的输出信号的组合状态的改变时进行更新的，所述位置信号被校正与最新的状态改变相关联的补偿值所指示的量。
【IPC分类】G01D18/00, G01D5/244, G01D5/14
【公开号】CN105492869
【申请号】CN201480047229
【发明人】C·D·狄克逊, C·B·威廉姆斯
【申请人】Trw有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月10日
【公告号】EP3019832A2, US20160146638, WO2015004472A2, WO2015004472A3
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