由現(xiàn)有技術(shù)已知多種傳感器，所述傳感器檢測轉(zhuǎn)動元件的至少一個轉(zhuǎn)動特性。在此，轉(zhuǎn)動特性一般理解為以下特性：所述特性至少部分地描述轉(zhuǎn)動元件的旋轉(zhuǎn)。在這里，例如可以涉及角速度、轉(zhuǎn)速、角加速度、轉(zhuǎn)動角、角位置或者能夠表征轉(zhuǎn)動元件的連續(xù)的或不連續(xù)的、均勻的或不均勻的轉(zhuǎn)動或者旋轉(zhuǎn)的其他特性。例如這類傳感器在Konrad Reif(Hrsg.)所著的Sensoren im Kraftfahrzeug，第1版，2010年，第63-73頁和120-129頁中描述。

DE 10 2012 221 327 A1描述了一種轉(zhuǎn)速傳感器，該轉(zhuǎn)速傳感器具有至少一個磁傳感器，以便在轉(zhuǎn)動元件的至少一個第一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對由第一讀取磁道的磁性事件發(fā)生器(Ereignisgeber)產(chǎn)生的事件的檢測并且在不同于第一轉(zhuǎn)速范圍的至少一個第二轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對由第二讀取磁道的磁性事件發(fā)生器產(chǎn)生的磁性事件的檢測，其中，第二讀取磁道的磁性事件發(fā)生器的數(shù)量以至少因子1.4超過第一讀取磁道的磁性的事件發(fā)生器的事件的數(shù)量。

本發(fā)明的一個特別的重點(diǎn)在于凸輪軸的絕對角位置的檢測，然而，本發(fā)明基本上不限于該重點(diǎn)。凸輪軸傳感器通常用于在發(fā)動機(jī)起動時在凸輪軸和曲軸之間的同步。曲軸和凸輪軸分別配備有傳感輪。對于凸輪軸，在正常情況下，對于各個氣缸使用在傳感輪上的齒輪-空隙對。相應(yīng)地，在凸輪軸上的四氣缸發(fā)動機(jī)具有帶有四個齒輪-空隙對的傳感輪。對于測量，使用基于霍爾效應(yīng)或者XMR原理(X磁阻)的傳感器。典型地，在這些傳感器中安裝永磁體，所述永磁體的磁場通過旋轉(zhuǎn)傳感輪調(diào)制。經(jīng)調(diào)制的該磁場可以借助于所提到的原理來檢測并且因此被轉(zhuǎn)換為可利用的信號。凸輪軸傳感器用于粗略地探測發(fā)動機(jī)沖程或者用于確定，發(fā)動機(jī)位于哪個發(fā)動機(jī)沖程、即氣缸位置中。傳感器可以具有用于明確地識別齒輪或者空隙的功能。傳感器也可以具有這樣的功能，在所述功能中，傳感器可以朝傳感輪的運(yùn)行方向扭轉(zhuǎn)，而傳感器信號不中斷。在此，所有傳感器探測傳感輪齒輪的齒輪邊緣。

盡管通過這些傳感器引起的改進(jìn)，始終存在改進(jìn)可能性。因此，最新一代發(fā)動機(jī)的可動態(tài)地調(diào)整的凸輪軸位置要求對凸輪軸位置進(jìn)行高分辨地檢測。此外，必需的是，將該凸輪軸位置作為絕對角度檢測。到目前為止的傳感器不能滿足這些要求。絕對角度可以僅僅在動態(tài)的情況下、即在轉(zhuǎn)動的傳感輪的情況下并且僅僅基于發(fā)動機(jī)控制裝置的齒輪-空隙組合粗略地算出。單單傳感器信號不能夠提供絕對角度。分辨率也受所使用的傳感輪的小的直徑限制。通過該小的直徑得出必須遵循的最小的空隙尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，提出一種用于確定轉(zhuǎn)動元件的至少一個轉(zhuǎn)動特性的傳感器，所述傳感器至少在很大程度上可以避免已知的傳感器的缺點(diǎn)，并且所述傳感器尤其能高分辨地檢測轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動特性并且尤其高分辨地檢測凸輪軸的絕對角度。

用于確定轉(zhuǎn)動元件的至少一個轉(zhuǎn)動特性的、根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括能夠與所述轉(zhuǎn)動元件連接的、具有至少一個第一讀取磁道的傳感輪。所述讀取磁道具有磁性的第一多個事件發(fā)生器。所述傳感器還包括用于檢測通過所述磁性的第一多個事件發(fā)生器產(chǎn)生的磁性事件的至少一個第一磁傳感器。所述第一讀取磁道如此構(gòu)造，使得在所述傳感輪的完整的圓周上，所述第一多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度從最大的第一北極到最大的第一南極逐步地改變。

相應(yīng)地提出一種傳感器，所述傳感器的傳感輪在完整的圓周上、即360°地設(shè)有第一讀取磁道。第一讀取磁道具有磁性的第一多個事件發(fā)生器。這通常理解為，具有磁性的第一多個事件發(fā)生器的傳感輪根據(jù)構(gòu)型能夠借助每一個單個的事件發(fā)生器在傳感器的區(qū)域中產(chǎn)生磁場或者改變或者影響在該區(qū)域中存在的磁場。

因此，磁性事件理解為在傳感器的區(qū)域中的磁場的任何影響或者改變。由該傳感器檢測的磁性事件可以用作用于求取絕對角度的基礎(chǔ)。這尤其通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：第一多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度在傳感輪的圓周上從最大的第一北極到最大的第一南極逐步地改變。換言之，在傳感輪上的第一讀取磁道具有恰好一個最大的北極和一個最大的南極。在它們之間，第一多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度逐步地改變。更準(zhǔn)確地，場強(qiáng)從最大的北極逐步地下降。在例如0mT的情況下，接著更換到南極?，F(xiàn)在，場強(qiáng)又逐步地提高直到最大的南極。相應(yīng)地，最大的南極和最大的北極相互并排。

第一讀取磁道可以如此構(gòu)造，使得在傳感輪的完整的圓周上，事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度從最大的第一北極到最大的第一南極連續(xù)地改變。換言之，如此進(jìn)行場強(qiáng)的逐步的改變，使得各個步長無限小地選擇。

此外，傳感輪可以具有第二讀取磁道。第二讀取磁道可以具有磁性的第二多個事件發(fā)生器。第二讀取磁道可以如此構(gòu)造，使得在傳感輪的完整的圓周上，第二多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度從最大的第二北極到最大的第二南極逐步地改變。第一多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度可以沿第一方向改變。第二多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度可以沿第二方向改變。第二方向可以反向于第一方向。此外，傳感器可以包括用于檢測通過磁性的第二多個事件發(fā)生器產(chǎn)生的磁性事件的第二磁傳感器。第一磁傳感器可以構(gòu)造用于輸出第一信號。第二磁傳感器可以構(gòu)造用于輸出第二信號。為了確定轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動特性，可以使用由第一信號和第二信號構(gòu)成的差信號。由第一信號或者差信號可以產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號。此外，傳感輪可以具有第三讀取磁道。第三讀取磁道可以具有磁性的第三多個事件發(fā)生器。第三讀取磁道可以如此構(gòu)造，使得第三多個事件發(fā)生器具有多個北極和多個南極，所述多個北極和所述多個南極在傳感輪的完整的圓周上交替地布置。換言之，多個北極和多個南極分別作為多個對在傳感輪的圓周上分布地布置。此外，傳感器可以具有用于檢測通過磁性的第三多個事件發(fā)生器產(chǎn)生的磁性事件的第三磁傳感器。作為磁傳感器，尤其可以使用霍爾傳感器、即具有霍爾元件的傳感器、如例如霍爾板。根據(jù)本發(fā)明，如果所述轉(zhuǎn)動元件為凸輪軸，所述傳感器尤其可以檢測凸輪軸的絕對角度。

借助本發(fā)明，可以無接觸式地測量凸輪軸的絕對角度。在此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)以可變地調(diào)整的分辨率進(jìn)行絕對角度的測量。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)絕對角度的測量，使用多級傳感輪。在所述多級傳感輪上，一至三個讀取磁道被磁化。對于絕對角度識別，必須在至少一個讀取磁道上施加如下的磁化：在傳感輪的完整的360°上存在著僅僅兩次從北極向南極的變更。100％或者-100％相應(yīng)于最大的北極或者南極。這意味著，場強(qiáng)從最大的北極逐步地下降。在大約0mT的情況下，發(fā)生到南極的變更?，F(xiàn)在，場強(qiáng)又逐步地提高直到最大的南極。與之相應(yīng)地，最大的南極和最大的北極相互并排。這種“反復(fù)磁化”可以“連續(xù)地”或者量化地進(jìn)行。在此，連續(xù)的反復(fù)磁化具有多個缺點(diǎn)，但也具有優(yōu)點(diǎn)，所述缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)兩者稍后還詳細(xì)地描述。

為了使氣隙影響和其他干擾最小化，可以對另一個讀取磁道施加相對于第一讀取磁道逆轉(zhuǎn)的磁化。由這兩個讀取磁道可以構(gòu)成差信號，所述差信號相對于氣隙改變較不敏感并且附加地在不連續(xù)磁化的情況下允許磁化的更精細(xì)的量化。

如果該分辨率不夠，則可以施加第三讀取磁道到傳感輪上。該讀取磁道交替地以北極和南極磁化以便生成典型的齒輪-空隙對。該第三讀取磁道不能夠有助于在發(fā)動機(jī)靜止的情況下分辨絕對角度。但可以在轉(zhuǎn)動的凸輪軸的情況下生成信號，所述信號附加地分為來自第一讀取磁道的信號或者第一和第二讀取磁道的信號。尤其在第一讀取磁道或者第一和第二讀取磁道量化地磁化的情況下，可以實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行中的較高的分辨率。

為了掃描讀取磁道，使用霍爾板。由第一讀取磁道的或者第一和第二讀取磁道的信號產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號(Duty-Cycle：占空比，簡稱DC)。如果存在，則由第三讀取磁道產(chǎn)生典型的矩形信號。這些信號的組合允許凸輪軸位置的高分辨的檢測。本發(fā)明可以僅僅具有第一讀取磁道和DC信號、具有第一和第二讀取磁道和差DC信號或者具有第一至第三讀取磁道和組合的信號地實(shí)現(xiàn)。附加地，可以借助于DC信號實(shí)現(xiàn)診斷功能，其方式是，有效的信號范圍位于10％至90％之間。在這些值以下或以上的信號可以用于診斷。DC信號的頻率和信號長度以及讀取磁道的、磁場強(qiáng)度的布置和用于第一和第二讀取磁道的量化步長的大小必須在進(jìn)一步的用于盡可能好的性能的開發(fā)步驟中被優(yōu)化。

優(yōu)選連續(xù)磁化還是量化磁化取決于相應(yīng)的要求。一方面，第一和第二讀取磁道的連續(xù)磁化的優(yōu)點(diǎn)在于，可以借助于算法由最大的北極和最大的南極的跨度探測有效的信號范圍并且接著借助于相同的算法進(jìn)行對DC特征曲線的量化。另一方面，所述算法可以在各個完整的整轉(zhuǎn)中檢查磁場強(qiáng)度的跨度(Spannweite)。在趨勢中，可以更新DC特征曲線的量化并且因此對跨度的改變作出反應(yīng)。因此，可以平衡如氣隙改變、溫度改變等等這樣的周圍環(huán)境改變。連續(xù)磁化不利的是，在接通傳感器時不能立即讀取角度，而僅僅能夠作出是位于北極的180°還是南極的180°上的結(jié)論。在最壞的情況下，完整的凸輪軸整轉(zhuǎn)可能持續(xù)直到可以一次地探測到最大的北極和最大的南極并且因此可以計(jì)算DC信號。

這些考慮涉及基于霍爾效應(yīng)實(shí)施的測量。原則上，也可以使用基于XMR的測量原理(X磁阻)。相應(yīng)地，必須匹配讀取磁道的磁化。同樣地，可以考慮具有3D霍爾傳感器的解決方案。

附圖說明

本發(fā)明的另外的可選的細(xì)節(jié)和特征從優(yōu)選的實(shí)施例的以下描述得出，所述實(shí)施例在附圖中示意性地示出。在此示出：

圖1用于確定轉(zhuǎn)動元件的至少一個轉(zhuǎn)動特性的傳感器的原理性結(jié)構(gòu)，

圖2用于直觀地說明磁場強(qiáng)度或者磁化和轉(zhuǎn)動元件的角度之間的相互關(guān)聯(lián)的曲線圖，

圖3用于確定轉(zhuǎn)動元件的至少一個轉(zhuǎn)動特性的另外的傳感器的結(jié)構(gòu)，

圖4用于直觀地說明磁場強(qiáng)度或者磁化和轉(zhuǎn)動元件的角度之間的相互關(guān)聯(lián)的曲線圖，

圖5用于直觀地說明磁場強(qiáng)度或者磁化和轉(zhuǎn)動元件的角度之間的相互關(guān)聯(lián)的曲線圖，

圖6用于直觀地說明磁場強(qiáng)度或者磁化和轉(zhuǎn)動元件的角度之間的相互關(guān)聯(lián)的曲線圖，

圖7用于直觀地說明由脈沖寬度調(diào)制信號和增量信號組成的輸出信號的總體組合的曲線圖，

圖8用于直觀地說明磁場強(qiáng)度或者磁化和轉(zhuǎn)動元件的角度之間的相互關(guān)聯(lián)的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出用于確定轉(zhuǎn)動元件12的至少一個轉(zhuǎn)動特性的傳感器10的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)動元件12例如為內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸。傳感器10具有可以與轉(zhuǎn)動元件12連接的傳感輪14。傳感輪14具有至少一個第一讀取磁道16。第一讀取磁道16具有磁性的第一多個事件發(fā)生器18。第一讀取磁道16如此布置在傳感輪14上，使得第一讀取磁道16在傳感輪14的完整的圓周20上延伸。換言之，第一讀取磁道16覆蓋傳感輪14的完整的圓周或者360°。

此外，傳感器10具有至少一個第一磁傳感器22。第一磁傳感器22為第一霍爾傳感器24并且包括至少一個以例如霍爾板形式的第一霍爾元件26。在此，第一讀取磁道16如此構(gòu)造，使得在傳感輪14的完整的圓周20上，第一多個事件發(fā)生器18的磁場強(qiáng)度從最大的第一北極28到最大的第一南極30逐步地改變。第一讀取磁道16尤其如此構(gòu)造，使得在傳感輪14的完整的圓周20上，第一多個事件發(fā)生器的磁場強(qiáng)度從最大的第一北極28到最大的第一南極30連續(xù)地改變。換言之，磁場強(qiáng)度的逐步的改變無窮小。

圖2示出角度32、尤其轉(zhuǎn)動元件12的絕對角度和第一多個事件發(fā)生器18的磁場強(qiáng)度或者第一讀取磁道16的示例性地用百分比表示的磁化的程度36之間的相互關(guān)聯(lián)，在X軸線34上描繪所述角度，在Y軸線38上描繪所述磁化程度。在此，曲線40根據(jù)角度32說明磁化。因此，例如100％的磁化對應(yīng)于最大的北極28且-100％的磁化對應(yīng)于最大的南極30。進(jìn)一步可看到，0°的絕對角度32對應(yīng)于最大的南極30且360°的絕對角度32對應(yīng)于最大的北極28。此外，可看到，磁場強(qiáng)度從最大的北極28逐步地下降。在此，步長如此小地選擇，使得磁化根據(jù)曲線40隨著角度32線性地改變。在0％的磁化或者0mT作為磁場強(qiáng)度的情況下，發(fā)生到南極的變更?，F(xiàn)在，場強(qiáng)又逐步地提高直到最大的南極30。與之相應(yīng)地，最大的南極30和最大的北極28相互并排。此外，可看到，連續(xù)地發(fā)生這種“反復(fù)磁化”。

圖3示出用于確定轉(zhuǎn)動元件12的至少一個轉(zhuǎn)動特性的另外的傳感器10的結(jié)構(gòu)。以下僅僅說明與之前的實(shí)施方式的區(qū)別，并且相同的構(gòu)件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記?？煽吹剑趫D3的傳感器10中，第一讀取磁道16的磁性的第一多個事件發(fā)生器18的磁場強(qiáng)度的改變以同樣大的步長42進(jìn)行。

圖4示出角度32和磁化36之間的相應(yīng)的相互關(guān)聯(lián)?？煽吹?，反復(fù)磁化由步長42決定地量化地進(jìn)行。

參看圖1，傳感器10可以如此構(gòu)造，使得傳感輪14可選地具有第二讀取磁道44，所述第二磁道具有磁性的第二多個事件發(fā)生器46。在此，第二讀取磁道44如此構(gòu)造，使得在傳感輪14的完整的圓周20上，磁性的第二多個事件發(fā)生器46的磁場強(qiáng)度從最大的第二北極48到最大的第二南極50逐步地改變。此外，傳感器10包括用于檢測通過磁性的第二多個事件發(fā)生器46產(chǎn)生的磁性事件的第二磁傳感器52。第二磁傳感器52可以是第二霍爾傳感器54。相應(yīng)地，第二磁傳感器52或者第二霍爾傳感器54具有以例如“霍爾板”形式的第二霍爾元件56。霍爾元件26、56也可以匯總成一個唯一的磁傳感器。

在圖1中進(jìn)一步看到，磁性的第一多個事件發(fā)生器18的磁場強(qiáng)度沿第一方向58改變。磁性的第二多個事件發(fā)生器46的磁場強(qiáng)度沿第二方向60改變。第二方向60反向于第一方向58。

圖5示出在兩個讀取磁道16、44以所描述的方式存在于傳感輪14上的情況下角度32和磁化36之間的相互關(guān)聯(lián)。在此，曲線62說明第二讀取磁道44的磁化。可看到，第一讀取磁道16的曲線40和第二讀取磁道44的曲線62反向地延伸，因?yàn)榇判缘牡诙鄠€事件發(fā)生器46的磁場強(qiáng)度沿相對于磁性的第一多個事件發(fā)生器18的磁場強(qiáng)度反向的方向改變。這有助于使氣隙影響和其他干擾最小化。

參照圖3說明在那里所示出的傳感器的進(jìn)一步的修改。類似于圖1的示圖地，第二讀取磁道44在其磁場強(qiáng)度方面也可以逐步地改變，例如以同樣大的步長64改變。

圖6示出角度32和磁化36之間的、根據(jù)曲線40和62的相互關(guān)聯(lián)?？煽吹酱呕刹介L42、64決定的、以量化形式的逐步改變。

圖7示出用于直觀地說明由脈沖寬度調(diào)制信號和增量信號組成的輸出信號的總體組合的曲線圖。如在圖7中所示出的，第一磁傳感器22或者由磁傳感器22減去磁傳感器52的內(nèi)部差信號可以構(gòu)造用于輸出第一信號66。第三磁傳感器82可以構(gòu)造用于輸出第二信號68。轉(zhuǎn)動元件12的轉(zhuǎn)動特性的確定可以由第一信號66、或者由第一信號66和第二信號68的組合進(jìn)行。

圖7示出在圖1和圖3中描述的傳感器的進(jìn)一步的修改。因此，第一信號66可以是經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號。第二信號68也可以是經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號，該信號具有1-2個穩(wěn)定的脈沖寬度。第二脈沖寬度可以被用于旋轉(zhuǎn)方向識別。在此，例如以根據(jù)磁場強(qiáng)度的占空比率或者所謂的占空比、例如20％，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向?qū)Φ谝恍盘?6或者第二信號68進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。這允許絕對的角度位置的進(jìn)一步準(zhǔn)確的分辨。因此此外，在X軸線34上描繪角度32且在Y軸線38上描繪所屬的信號值70，該信號值可以在0和1之間改變。

參照圖1和圖3描述進(jìn)一步的修改。因此，傳感輪14可以具有第三讀取磁道72。第三讀取磁道72可以具有磁性的第三多個事件發(fā)生器74。第三讀取磁道72如此構(gòu)造，使得第三多個事件發(fā)生器74具有多個北極76和多個南極78，所述多個北極和多個南極在傳感輪14的完整的圓周20上交替地布置。相應(yīng)的適用于圖3的傳感器。在此，可以設(shè)置用于檢測通過磁性的第三多個事件發(fā)生器74產(chǎn)生的磁性事件的第三磁傳感器80。第三磁傳感器80也可以是霍爾傳感器、尤其第三霍爾傳感器82，該第三霍爾傳感器具有霍爾元件84。也示出霍爾元件26、56、84的布線?；魻栐?6、56、84也可以匯總成一個唯一的磁傳感器。

圖8示出角度32和磁化36之間的相互關(guān)聯(lián)，其中，曲線40作為第一信號66、曲線62作為第二信號68和曲線86作為第三讀取磁道72的第三信號示出。第三讀取磁道72用于進(jìn)一步提高分辨率。第三讀取磁道72相應(yīng)地以北極76和南極78交替地磁化，以便生成常規(guī)的傳感輪的典型的齒輪-空隙對。在此，第三讀取磁道72不能夠有助于在發(fā)動機(jī)靜止的情況下分辨絕對角度。但可以在轉(zhuǎn)動的凸輪軸的情況下生成信號，所述信號附加地分為第一讀取磁道16的和第二讀取磁道44的信號，如在圖8中示出。尤其在第一讀取磁道16或者第一讀取磁道16和第二讀取磁道44量化地磁化的情況下，可以實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行中的較高的分辨率。這些信號的組合允許凸輪軸位置的高分辨的檢測。