專利名稱：用于運行振動陀螺儀的方法和傳感器系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于運行振動陀螺4義的方法和一種具有4展動 陀螺儀的傳感器系統，該振動陀螺儀構成共振器并且是至少一個控5 制電路的一部分，該控制電路通過輸入激勵信號以振動陀螺儀的固 有頻率來激勵振動陀螺儀，其中從振動陀螺儀獲得輸出信號，通過 過濾和放大而由輸出信號導出激勵信號。
背景技術：
例如在EP0461 761 Bl中公開了一種旋轉速率傳感器，在該旋 10 轉速率傳感器中，振動陀螺4義在兩個相對于主軸線而徑向指向的軸 線中一皮激勵，為此在振動陀螺4義上i殳置有帶有相應轉換器的初級和 次級控制電路。如果這種在機動車中的旋轉速率傳感器用于穩定機 動車的移動，那么該旋轉速率傳感器在機動車開始運轉后需要立即 起作用。但是，這通過控制電路的起振特性(瞬態響應 15Einschwingverhalten )而被延遲。發明內容因此，本發明的目的在于，力口速控制電路的起振 (Einschwingen )。根據本發明由此實現該目的，即在接通具有振動 陀螺儀的傳感器系統之后，這樣來設定激勵信號的頻率，即在輸送 20激勵信號之前激勵振動陀螺儀進行自由振動，測量自由振動的頻率 以及將具有所測得的頻率的激勵信號輸送給振動陀螺儀。通過在激勵之后的微小阻尼實現了 ，以e-函數衰減的自由振動 存在足夠長的時間供頻率測量使用。頻率測量例如通過對高頻脈沖 進行計數作為周期時間的測量而進行。才艮據本發明的方法的優選i殳計方案在于，用于激勵的信號經過 5至少一個預定頻率范圍來激勵所述振動陀螺儀，此后切斷該信號并 且測量所形成的自由振動的頻率。只要固有頻率可以處于比預定頻率范圍大的頻率范圍中，那么 可以這才羊改進該i殳計方案，即當沒有形成自由4展動時，經過另一頻 率范圍。在此可以"i殳計，這才羊選擇這些頻率范圍，即這些頻率范圍 10總體上包括振動陀螺儀的所有可能的固有頻率。但是，也可以采取措施，即對固有頻率的搜索限于較小的范圍。 這例如#4居其它的改進方案由此發生，即這樣選4奪這些頻率范圍， 即這些頻率范圍包括事先測量的并在存儲器中存儲的固有頻率(包 括所述固有頻率的變化范圍在內)。15 為了在搜索時不會省略可能的固有頻率，才艮據另一i殳計方案i殳計，這些頻率范圍相重疊。本發明的另一設計方案在于，這樣選擇所述頻率范圍，即所述 頻率范圍包括振動陀螺儀的固有頻率，固有頻率的數值由所存儲的 數值、其溫度相關性和在接通時測量的溫度來計算。所存儲的數值 20 是這樣的數值，即該數值在振動陀螺儀或包含該振動陀螺儀的傳感 器乘統-的-校準過程期間在預定溫y^ (例如25。C >中被^測量，并且被 存儲在非易失性存儲器中。在此，優選在該存儲器中還存儲在校準 過程期間的溫度以及可能還存儲溫度相關性。根據本發明的傳感器系統通過裝置實現該目的，這些裝置致使 控制電路的快速起振，即所述裝置可以如下方式使得所述控制電路 快速起振，即在接通所述傳感器系統之后這樣設定所述激勵信號的 所述頻率，即在輸送所述激勵信號之前激勵所述振動陀螺儀進行自5由4展動，測量所述自由l展動的頻率以及將具有所述測得頻率的激勵 信號輸送給所述振動陀螺4義。在根據本發明的傳感器系統中有利地設計了 ，所述裝置包括頻 率測量裝置、具有非易失性存儲器的微型控制器和頻率合成器。通過其他/人屬4又利要求中提及的方法4吏得更多有利改進方案 10以及才艮據本發明的傳感器系統的改良成為可能。


本發明允許大量實施例。在圖示中參照多個附圖示意性地示出 其中多個實施例并隨后描述這些實施例。示出了圖1是具有振動陀螺儀的傳感器系統的方框圖，具有用于實施 15根據本發明的方法的多個元件，圖2是在根據本發明的方法的第 一實施例中設置的頻率范圍的 示意圖，圖3是在第二實施例中的頻率范圍，以及 圖4是在第三實施例中的頻率范圍。
具體實施方式
傳感器系統以及其組成部分雖然^皮表示為方框圖。但是這并不 意味著，根據本發明的傳感器系統被限制于借助單個相應于方框的 電路來實現。而是才艮據本發明以特別優選的方式借助于高度集成電5^各來實現傳感器系統。此處可以〗吏用孩i型信息處理器，在合適的編 程時才丸4亍在方沖匡圖示出的處理步驟。圖1示出了具有振動陀螺儀l的傳感器系統的方框圖，該振動 陀螺4義具有用于初級激勵信號PD和次級激勵信號SD的兩個輸入 端2、 3。通過合適的轉換器(Wandler)(例如電磁轉換器)實現激 10 勵。振動陀螺4義還具有用于初級輸出信號PO和次級輸出信號SO 的兩個輸出端4、 5。這些信號反映出在陀螺儀上的空間偏移的多個 位置處的各個振動。這種陀螺儀例如在EP0 307 321 Al中公開并且 以科氏力(Corioliskraft)的作用為基礎。才展動陀螺4義1構成高品質的濾波器，其中，在輸入端2與lt出 15 端4之間的區段是初級控制電路6的一部分，以及在輸入端3與輸 出端5之間的區段是次級控制電路的一部分，因為理解本發明不需 要對次級控制電路進行解釋，所以未示出該次級控制電路。初級控 制電路6用于以振動陀螺儀的例如14kHz的諧振頻率激勵振蕩。由 此，在振動陀螺4義的一個軸線上實現激勵，并且用于次級控制電路 20 中的振蕩方向相對于該軸線偏移了 90° 。在次級控制電路(未示出) 中信號SO分成兩個分量，其中一個分量在合適的處理之后可以作 為與旋轉速率成比例的信號被拾取。在兩個控制電^各中以數字化的方式實現了大部分信號處理。信 號處理所需要的時鐘信號在石英控制的數字頻率合成器10中產生， 25該頻率合成器的時4中頻率在所示出的實例中是14.5MHz。 乂于于應用根據本發明的方法，基本上可以考慮初級4空制電路，因此在圖1中 示出了初級控制電路的實施例。該控制電路具有用于輸出信號PO的放大器11，抑制混淆信號 (Anti-Alias)濾波器12和模擬/數字轉換器13連接在放大器處。 5借助于倍增器14、 15 (載波Til和Tql被輸送給該倍增器)來實現 分成為同相分量和正交分量。兩個分量隨后經過各一個(sinx/x) 濾波器16、 17和一個低通濾波器18、 19。已濾過的實部被輸送至 PID調節器20,該PID調節器控制數字頻率合成器，由此閉合相位 控制電if各，該相位控制電路產生載波Til和Tql的正確相位。還產 10生了載波Tq2，在電路22中利用另一PID調節器21的輸出信號調 制該載波，其包括已低通濾過的虛部。將電路22的輸出信號輸送 至振動陀螺儀1的輸入端2作為激勵信號PD。特別是，根據各種 前提條件也可以設置其它調節器，如PI調節器，來代替PID調節 器。15 為了實施才艮據本發明的方法i殳置了另一力文大器24、施密特(Schmitt)觸發器25和計數器26。它們用作頻率測量裝置。該微 型控制器27控制^^艮據本發明的方法的各個步驟并且對設計為 EEPROM的非易失性存儲器28進行訪問。此夕卜，對于根據本發明 的方法使用了在多種傳感器電路中均存在的溫度傳感器，該溫度傳20 感器由實際的傳感器29和模擬/數字轉換器30構成。總線系統31 將上述部件4皮此連接，并且將上述部件與數字頻率合成器10以及 與電^各22連4妄。為了實施根據本發明的方法，微型控制器27這樣控制數字頻 率合成器10和電^各22,即之后結合圖2至4進一步描述的激勵信 25號被輸送至振動陀螺4義1的輸入端2。在此例如通過中斷時鐘Til 和Tql來中斷控制電i 各。9在圖2中示出的實施例中，將固有頻率F0rt占據的整個范圍分 成多個頻率范圍FBI至FB (n + l)。每個頻率范圍從頻率Fa延伸 至Fb,其中這些范圍在陰影示出的部分中相重疊。在接通傳感器系 統之后，首先經過頻率范圍Fal至Fbl， 4妾著經過頻率范圍Fa2至 5 Fb2,以及隨后經過頻率范圍Fa3至Fb3。在Fa4至Fb4之間的頻 率范圍中才激勵具有頻率FOrt的自由振動。這借助于計數器26(圖 l)來確定，該計數器將所測量的頻率通知給微型控制器27，接著 將頻率合成器10調節至該頻率。在固有頻率可處于13.5kHz與14.5kHz之間的振動陀螺儀中， 10例如可以考慮分成十個頻率范圍，每個頻率范圍為100Hz,還包括 用于重疊的35Hz。 ^J"于經過一個頻率范圍所需的時間，例如10ms 被證明是有效的。在才艮據圖3的實施例中，在制造傳感器系統時的才交準 (Abgleich )過程中，各個在多個試驗條件下存在的頻率F0rt被測 15量并存儲在EEPROM 28 (圖1 )中。在接通傳感器系統且搜索固有 頻率F0rt時，不再需要考慮固有頻率的同型元件差異 (Exemplarstreuungen )。因此，4臾索過禾呈^U又還必須要考慮在4交準 時相對于固有頻率的變化。這首先是溫度影響或老化現象。因此在 根據圖3的實施例中僅僅設置了三個頻率范圍FBI至FB3，該頻率 20范圍覆蓋了 F0tmin與F0tmax之間的固有頻率的變化。此外，在根據圖4的實施例中，除了校準時的振動陀螺儀的固 有頻率之外還要考慮其溫度系數和在接通時的溫度。由此在所示的 情況下僅需要經過各一個頻率范圍，其對于中間溫度Rt、對于最小 溫度tmin和最大溫度tmax的^f立置在圖4中示出，這分別通過頻率 25 F0、 Fa和Fb的指數可識別。陰影區域表示各個控制電路(PLL電 3各)的覆蓋區i或(Fangbereich )。
權利要求
1.一種用于運行振動陀螺儀的方法，所述振動陀螺儀構成共振器并且是至少一個控制電路的一部分，所述控制電路通過輸入激勵信號以其固有頻率來激勵所述振動陀螺儀，其中從所述振動陀螺儀獲得輸出信號，通過過濾和放大而由所述輸出信號導出所述激勵信號，其特征在于，在接通具有所述振動陀螺儀的傳感器系統之后，這樣來設定激勵信號的頻率，即在輸送所述激勵信號之前激勵所述振動陀螺儀進行自由振動；測量所述自由振動的頻率以及將具有所述測得的頻率的所述激勵信號輸送給所述振動陀螺儀。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，用于激勵的信號經 過至少一個預定頻率范圍來激勵所述振動陀螺儀，此后切斷所 述信號并且測量所形成的自由振動的所述頻率。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，當沒有形成自由振 動時，經過另一頻率范圍。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，這樣選擇這些頻率 范圍，即這些頻率范圍總體上包括所述振動陀螺儀的所有可能 的固有頻率。
5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，這樣選擇這些頻率 范圍，即這些頻率范圍包括事先測量的并在存儲器中存儲的固 有頻率，并且包括所述固有頻率的變化范圍在內。
6. 根據權利要求2至5中任一項所述的方法，其特征在于，這些 頻率范圍相重疊。
7. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，這樣選擇所述頻率 范圍，即所述頻率范圍包括所述振動陀螺儀的固有頻率，所述 固有頻率的數值由所存儲的數值、其溫度相關性和在接通時測 量的溫度來計算。
8. —種傳感器系統，所述傳感器系統具有振動陀螺儀，所述振動 陀螺儀構成共振器并且是至少一個控制電路的一部分，所述控 制電路通過輸入激勵信號以其固有頻率來激勵所述振動陀螺 儀，其中從所述振動陀螺儀獲得輸出信號，通過過濾和放大而 由所述輸出信號導出所述激勵信號，其特征在于，包括裝置(24 至30)，所述裝置可以如下方式4吏得所述控制電路(11至22) 快速起振，即在接通所述傳感器系統(1、 6)之后這樣設定所 述激勵信號的頻率，即在輸送所述激勵信號之前激勵所述振動 陀螺儀(1 )進行自由振動，測量所述自由振動的頻率以及將 具有所述測得頻率的激勵信號輸送給所述振動陀螺儀(1 )。
9. 根據權利要求8所述的傳感器系統，其特征在于，所述裝置包 括頻率測量裝置(24、 25、 26)、具有非易失性存儲器(28) 的微型控制器(27)和頻率合成器(10)。
10. 根據權利要求8或9中任一項所述的傳感器系統，其特征在于， 用于激勵的信號經過至少 一 個預定頻率范圍來激勵所述振動 陀螺4義(1 ),此后切斷所述信號并且測量所形成的自由振動的 所述頻率。
11. 根據權利要求IO所述的傳感器系統，其特征在于，當沒有形 成自由^f展動時，經過另一頻率范圍。
12. 根據權利要求11所述的傳感器系統，其特征在于，這樣選擇 這些頻率范圍，即這些頻率范圍總體上包括所述振動陀螺儀(1)的所有可能的固有頻率。
13. 根據權利要求11所述的傳感器系統，其特征在于，這樣選擇 這些頻率范圍，即這些頻率范圍包括事先測量的并在存儲器(28 )中存儲的固有頻率并且包括所述固有頻率的變化范圍在 內。
14. 根據權利要求10至13中任一項所述的傳感器系統，其特征在 于，這些頻率范圍相重疊。
15. 根據權利要求10所述的傳感器系統，其特征在于，這樣選擇 所述頻率范圍，即所述頻率范圍包括所述振動陀螺4義(1)的 固有頻率，所述固有頻率的數值由所存儲的數值、其溫度相關 性和在4妄通時測量的溫度來計算。
全文摘要
本發明涉及一種用于運行振動陀螺儀的方法以及涉及一種具有振動陀螺儀的傳感器系統，該振動陀螺儀構成共振器并且是至少一個控制電路的一部分，該控制電路通過輸入激勵信號以其固有頻率來激勵振動陀螺儀，其中從振動陀螺儀獲得輸出信號，通過過濾和放大而由輸出信號導出激勵信號，其中，在接通具有所述振動陀螺儀的傳感器系統之后，這樣來設定激勵信號的頻率，即在輸送所述激勵信號之前激勵所述振動陀螺儀進行自由振動；測量所述自由振動的頻率以及將具有所述測得的頻率的所述激勵信號輸送給所述振動陀螺儀。
文檔編號G01C25/00GK101263364SQ200680033420
公開日2008年9月10日 申請日期2006年8月29日 優先權日2005年9月12日
發明者拉斐爾·邁爾-韋格林, 海因茨-維爾納·莫雷爾 申請人:威迪歐汽車電子股份公司