专利名称：用于检测旋转运动的至少一个转速的传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明设计一种传感器装置，包括双轴式第一转速传感元件，利用所述双轴式第 一转速传感元件能检测传感器装置围绕第一转速测量轴线和第二转速测量轴线的旋转运 动的转速，其中，所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线彼此垂直。
背景技术：
转速传感器的特别重要的应用领域是汽车领域，其中转速传感器特别是可以用于 确定车辆的运动。在这方面例如可以测量车辆的横摆率、侧倾率和/或俯仰率。例如可以 在行驶动力学控制中应用转速，以确定车辆的行驶状态以及在出现危险的行驶状态或危险 的交通状况前在需要的情况下借助适合的干预方法使车辆稳定。此外，也可能使安全系统 能访问一个或多个测得的转速以驱控车辆的安全装置。例如可以基于测得的侧倾率来确定 车辆即将发生的侧翻。对此可以激活例如防侧翻系统以便保护车辆乘客。特别是在机动车 的与安全相关的系统中应用测得的转速时，可靠地确定转速对于确保系统的正确工作是很 重要的。为了这个目的，可以冗余地测量转速，从而可以通过比较多个测量值判定所述值的 其合理性。为了冗余测量转速可以使用多个独立的传感器装置。然而这在经济方面是不利 的，因为每个传感器装置各自要求完整的制造成本并且必须单独地将各传感器装置安装到 机动车中。US 6 462 530 Bl公开了一种转速传感器，所述转速传感器包括一具有多个转速 传感元件的组件，所述多个转速传感元件在适合的布置结构中能冗余地测量转速。由此简 化了转速传感元件在机动车中的安装，转速传感器的部件、例如电源可以由多个转速传感 元件同时使用。

发明内容
本发明的目的是进一步改进转速冗余测量的经济性。所述目的通过具有权利要求1的特征的传感器装置来实现。传感器装置的改进方 案在从属权利要求中给出。根据本发明的一个方面提出一种传感器装置，其包括双轴式第一转速传感元件， 利用所述双轴式第一转速传感元件能检测传感器装置围绕第一转速测量轴线和第二转速 测量轴线的旋转运动的转速，其中，所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线彼此垂直。 所述传感器装置的特征在于，所述传感器装置包括至少一个另外的转速传感元件，利用所 述另外的转速传感元件能检测所述传感器装置围绕一与所述第一转速测量轴线和第二转 速测量轴线位于一个平面中的转速测量轴线的旋转运动的转速。在本发明的范围内，“垂直”的取向应理解成基本上垂直的取向，而基本上垂直的 取向例如由于受制造限制的公差而可以在较小的角度范围内偏离精确的垂直关系。在本发 明的范围内，“平行”取向也是如此(表示一个取向范围)。布置在一个特定的平面中也应 理解成具有类似的意义。在此，两个轴线或方向可以基于较小的偏差而相对定向成二者不精确地张成一个平面。此外，第三轴线或方向也可以具有较小的偏差，从而并不精确地位于 一特定的平面中。根据本发明设计的传感器装置的优点在于能够关于至少一个转速测量轴线冗余 地测量转速。由此，特别是能够通过一个转速测量对另一转速测量进行合理性检查，以便例 如确保传感器装置的正确的功能性。这一点特别是当传感器装置在机动车中使用而测得的 转速被用于实施与安全相关的功能时，是特别重要的。在机动车中，传感器装置特别适合用 于检测来自一组(参量)中的一个或多个转速，所述组包括机动车横摆率、机动车侧倾率和 机动车俯仰率。由于使用双轴转速传感元件，所述传感器装置还可以灵活地在不同的应用中用于 关于不同的转速测量轴线检测转速。由此能够在传感器装置的制造中有利地实现特别高的 产量(Volumen)。此外，对于双轴转速传感元件可以使用不同的部件来关于两个转速测量轴 线测量转速。因此提高了传感器装置的经济性，甚至可以经济地将传感器装置仅用作单轴 转速传感器。在一种设计方案中，第一转速传感元件包括一能横向振动的传感器结构，所述传 感器结构具有能偏移的结构质量体和用于激励所述能横向振动的传感器结构使之沿振动 轴线振动的装置，其中，所述结构质量体能基于科氏(CorioliS)力而发生偏移，所述科氏 力在传感器装置围绕第一转速测量轴线和第二转速测量轴线转动时出现，其中，第一转速 测量轴线和第二转速测量轴线与振动轴线垂直。结构质量体在传感器装置围绕第一旋转轴 线和第二旋转轴线转动时的偏移优选借助第一探测单元和第二探测单元检测出，第一探测 单元和第二探测单元各被配属给一个转速测量轴线。在这种设计方案中，有利地仅使用一个受驱动的结构质量体来检测关于两个转速 测量轴线的转速。这实现了双轴转速传感元件的特别紧凑的构造体积，其接近与单轴转速 传感元件的结构体积相当。实际上仅添加了一个配属给第二旋转轴线的探测单元。而转速 传感元件仅需要一个用于驱动结构质量体的驱动装置，由此不仅实现了更紧凑的构型，而 且实现了对转速传感元件的特别有效的驱动。然而，由于驱动方向必须与转速测量轴线垂直，相应的三轴转速传感元件需要一 附加的、受驱动的结构质量体。因此，例如与一个双轴转速传感元件和另一单轴转速传感元 件的组合相比，三轴转速传感元件在经济性方面的优势非常有限。在一种实施方式中，为了对转速测量进行合理性检查，传感器装置包括合理性检 查装置，所述合理性检查装置设置用于基于对借助第一转速传感元件测得的第一转速与 借助所述另外的转速传感元件测得的第二转速的比较确定一关于第一转速的合理性信号。 合理性信号的值优选是对所测得的第一转速的合理性的测度。在一种应用中，合理性信号 可以被使用，以便能与合理性相关地使用测得的转速。在传感器装置的一种改进方案中，合理性检查装置设置用于至少基于借助第一 转速传感元件测得的第一转速和借助所述另外的转速传感元件测得的第二转速来确定一 关于(相关)转速测量轴线的转速输出信号。在此，转速输出信号有利地由多个测得的转 速来确定，所述转速输出信号例如可以在一应用中被用作转速信号以实施给定的功能，由 此能改善信号的可靠性。所述传感器装置的一种实施方式提出，所述另外的转速传感元件设计成单轴转速传感元件，利用所述单轴转速传感元件能检测传感器装置围绕一第三转速测量轴线的旋转 运动的转速，所述第三转速测量轴线平行于第一转速测量轴线或第二转速测量轴线。由此， 有利地实现了关于第一或第二转速测量轴线对转速进行冗余测量。关于所述转速的合理性 信号可以简单地、例如基于这些转速的差来确定。在传感器装置的另一种实施方式中提出，所述另外的转速传感元件设计成单轴转 速传感元件，利用所述单轴转速传感元件能检测传感器装置围绕第四转速测量轴线的旋转 运动的转速，所述第四转速测量轴线不平行于第一转速测量轴线，也不平行于第二转速测 量轴线。借助关于第四转速测量轴线检测的转速，通过所述合理性检查装置能够确定与关 于第一转速测量轴线和第二转速测量轴线测得的转速相关的合理性信号。因此，在这种构 型中有利地实现了，仅借助一个另外的转速来确定关于两个转速的合理性信号。在此，合理 性信号的确定优选基于在这种构造中，关于其中一个转速测量轴线的角速度由关于另外 两个转速测量轴线的角速度的线性叠加(Linearkombination)得出。此外，传感器装置的一种改进方案的技术特征在于，所述另外的转速传感元件设 计成双轴转速传感元件，利用所述双轴转速传感元件能检测传感器装置围绕两个另外的转 速测量轴线的旋转运动的转速，所述两个另外的转速测量轴线相互垂直，其中，所述两个另 外的转速测量轴线中至少一个与第一转速传感元件的第一转速测量轴线或第二转速测量 轴线平行。由此，能有利地关于第一转速传感元件的一个转速测量轴线进行冗余的转速测 量。根据所述另外的转速传感元件相对第一转速传感元件的布置方式，还能够关于第一转 速传感元件的另一转速测量轴线进行冗余的测量，或者可以通过集成另外的双轴转速传感 元件而将传感器装置扩展成三轴转速传感器。
在刚提到的情况(扩展成三轴转速传感器)下，例如可以附加地设置至少一个单 轴转速传感元件，利用所述单轴转速传感元件能关于一与所述另外的转速测量轴线之一平 行的转速测量轴线检测转速。由此能关于该转速测量轴线冗余地检测转速，以便确定一合 理性信号。同样可以设置一附加的单轴转速传感元件，利用该单轴转速传感元件能关于一与 所述另外的转速测量轴线位于一个平面中、但不与所述另外的转速测量轴线中的任一个平 行的转速测量轴线检测转速。为此，在传感器装置的一种设计方案中提出，所述传感器装置 除包括所述另外的双轴转速传感元件外还包括另一单轴转速传感元件，利用所述单轴转速 传感元件能检测传感器装置围绕一第五转速测量轴线的旋转运动的转速，其中，所述第五 转速测量轴线与第一转速传感元件的一个转速测量轴线以及双轴式的所述另外的转速传 感元件的一个转速测量轴线位于一个平面中，所述第一转速传感元件的该一个转速测量轴 线以及双轴式的所述另外的转速传感元件的该一个转速测量轴线互不平行，其中，所述第 五转速测量轴线不平行于所述第一转速传感元件的该一个转速测量轴线以及双轴式的所 述另外的转速传感元件的该一个转速测量轴线中的任一个。优选地，位于所述一个平面中 的(三个)转速测量轴线中的两个相互垂直，例如彼此不平行的(两个)双轴转速传感元 件的两个转速测量轴线相互垂直。由此，可以仅利用一个附加的单轴转速传感元件来确定，特别是与关于两个双轴 转速传感元件的转速测量轴线测量的转速相关的合理性信号，关于所述转速测量轴线不能 通过这两个双轴转速传感元件来进行冗余的转速测量。相应地，传感器装置的一种相关设计方案提出，合理性检查装置设置用于通过对关于位于一个平面中的、含所述第五转速测 量轴线在内的各转速测量轴线确定的转速进行比较，确定关于以下转速的合理性信号，所 述转速关于位于所述平面中的转速测量轴线确定。优选是在所述平面中的垂直的转速测量 轴线。此外，传感器装置的一种设计方案的技术特征在于传感器装置除双轴式所述另 外的转速传感元件外还包括另一双轴转速传感元件，其中，所述传感器装置中包含的双轴 转速传感元件中的一个的转速测量轴线各自与所述传感器装置的另外的转速传感元件的 另外的转速测量轴线平行。在所述设计方案中，传感器装置有利地包括三个双轴转速传感 元件，其中不同转速传感元件的各两个转速测量轴线彼此平行，从而能冗余地测量转速，以 便确定相应的合理性信号。传感器装置的一种改进方案的技术特征在于包含的转速传感元件是一集成电路 的组成部分。由此，能简单地安装包括传感器装置的组件。根据本发明的另一方面提出一种组件，所述组件包括上述类型的传感器装置和信 号处理装置，所述信号处理装置设置用于对关于在所述传感器装置中包含的转速传感元 件的至少一个转速测量轴线的转速输出信号和/或合理性信号进行调节(调制，预处理) 以提供给组件外部。特别是，所述信号处理装置可以设置用于将转速输出信号和/或合理 性信号调节成能在数据总线上提供所述转速输出信号和/或合理性信号。所述信号处理装 置例如同样能设置用于以无线方式将转速输出信号和/或合理性信号传输给一个或多个 接收器。除了信号处理装置外，所述组件还包含一能量供给装置/能源，所述能量供给装 置为传感器装置以及信号处理装置供能。如果所述组件连接到例如电网，则能量供给装置 能从组件外部进行供给。此外也可以设置组件的独立式(autarke)能量供给装置。所述独 立式能量供给装置特别是实现了，即使在电网失效时也能够驱动所述组件，以便能够例如 保持依赖于由组件提供的测量信号的功能。传感元件可以作为集成电路包含在组件中，由此确保了由模块简单地组装成组 件，其中所述模块之一是传感器装置。也可以替代地提出，包含在传感器装置中的转速传感 元件也可以与其它部件一起、特别是与信号处理装置一起直接安装到一印刷线路板上。由 此使制造组件所需的工作步骤更少。在一种实施方式中，组件包括至少一个与信号处理装置连接的另外的传感元件， 所述另外的传感元件设置成检测一与转速不同的测量参量，其中所述信号处理装置设置成 提供一关于所述测量参量的输出信号。由此，特别是包括信号处理装置的一个传感器基础 装置有利地由多个传感器使用，由此能提高组件的经济性。当所述组件用在机动车中时，所述另外的传感元件例如可以是加速度传感元件。 所述加速度传感元件可以设置用于检测在给定方向上的行驶动态加速度和/或在给定方 向上的较高加速度，该较高加速度特别是在车辆碰撞时出现。所述方向例如可以是车辆的 纵向、横向或竖直方向。行驶动态加速度的值例如可以由行驶动力学控制系统使用，以便确 定和/或分析车辆的行驶状态。前述较高的加速度可以用于触发安全系统、例如安全气囊。本发明的另一方面涉及一种机动车，所述机动车包括前述类型的传感器装置和/ 或前述类型的组件。
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如上所述，在机动车中可以借助传感器装置来检测横摆率、侧倾率和/或俯仰率。 在所述组件内，特别是可以使用另外的传感元件来检测机动车的纵向、横向和/或竖直加 速度。借助所述测量参量，特别是可以以本领域技术人员已知的方式对机动车进行行驶 动力学控制。在此可以借助测得的参量来描述车辆的实际行驶状态。在此，车辆的横摆率、 纵向加速度和横向加速度对机动车的行驶动力学状态的描述尤其重要。通常将实际行驶状 态与通常基于模型计算的期望/理论行驶状态进行比较。为此，例如可以使用能由驾驶员 主动改变的参量、例如车辆转向轮的车轮偏转角度和由驾驶员设定的车速。如果实际行驶 状态以预定的方式偏离期望行驶状态，则可以通过针对性地干预行驶行为而使车辆稳定。此外，可以将借助传感器装置测得的转速用于乘员保护系统中，以便触发车辆的 安全装置。特别是可以借助测得的侧倾率识别出例如车辆即将发生的倾翻，据此能激活保 护系统、例如防滚架。这一点对于通常不具有固定的防滚架、而是具有在需要时激活的保护 系统的敞篷车特别有利。此外，所述组件可以包括一个或多个用于测量高加速度的加速度 传感器，所述高加速度在碰撞时出现。借助这些传感器的测量信号，可以在发生碰撞时触发 例如车辆的安全气囊或其它安全系统。


借助实施例将显现出本发明的前述的和其它的优点、特点和适合的改进方案，下 面参照附图描述所述实施例。在附图中示出图1示意性示出传感元件的转速传感器的成对存在的、能横向振动的传感器结构 的透视图；图2示意性示出转速传感器的简单构型；图3示意性示出另一转速传感器的扩展构型；图4示意性示出根据简单的构型线路的转速传感器；图5示意性示出具有三个双轴转速传感器、一个信号处理装置和一个壳体的第一 传感元件；图6示意性示出具有三个双轴转速传感器、两个三轴加速度传感器及各自的信号 处理装置的另一传感元件；图7示意性示出具有三个双轴转速传感器、两个三轴加速度传感器及各自的集成 有微处理器功能的信号处理装置的另一传感元件；图8示意性示出具有单独封装的双轴转速传感器和三轴加速度传感器的另外的 传感元件；图9示意性示出具有单轴转速传感器和双轴转速传感器的传感元件的第一构型；图10示意性示出具有单轴转速传感器和双轴转速传感器的另一传感元件的另一 构型；图11示意性示出具有两个双轴转速传感器的传感元件的另外构型；图12示意性示出具有两个双轴转速传感器和一个第二冗余监测线路的传感元件 的构型；图13示意性示出具有一个单轴转速传感器、两个双轴转速传感器和一个第二冗余监测线路的传感元件的构型；和图14示意性示出具有一个单轴转速传感器、两个双轴转速传感器和三个冗余监 测线路的传感元件的构型。
具体实施例方式图1示出微机械的、双轴的单片转速传感元件的第一传感器结构1的示意图。传 感器结构1优选借助微机械制造方法由晶体硅制成，所述晶体硅设计成晶片。第一传感器结构1包含一结构框架4，所述框架4能在驱动单元(在附图中未示 出)的作用下以给定的频率沿驱动方向5振动。在所示实施例中，驱动方向5与笛卡尔坐 标系8的χ轴7重合。驱动单元能以电容或压电的方式工作。此外，设置结构质量元件3a， 3b，其可动地支承在结构框架4上。特别是，结构质量元件3a，3b (如图1所示)各自在一 侧上可以以能转动的方式安装在结构框架4上。为了能监测和控制第一传感器结构1的振动，第一传感器结构1具有适合的驱动 探测装置11和12。在一种设计方案中设置有电容式驱动探测装置。在这种情况下，设置在 结构框架4上且例如具有梳状结构的驱动探测装置11和12与相应的电容器式驱动探测装 置共同作用，所述电容器的电容根据结构框架4的运动而改变。检测该改变以监测振动运 动。然而，驱动探测也可以替代地由压电结构来实现。由于传感器结构1围绕与驱动方向5垂直取向的旋转轴线9，10进行旋转，一科氏 力作用到传感器结构1上。当传感器结构1围绕第一转速测量轴线转动时一科氏力作用到结构框架4上，所 述第一转速测量轴线垂直于驱动方向5并且与所示坐标系8的y轴10相对应，所述科氏力 沿所示坐标系8的ζ方向9指向，即垂直于结构框架4的框架平面。所述科氏力使结构质 量元件3a，3b在科氏力的方向上出现可测出的偏移。在此，两个结构质量元件3a，3b同向 地、即关于框架平面朝向共同的方向偏移。所述偏移又能以电容的方式检测出。在这种情 况下，例如探测装置13和14与电容器式结构质量元件3a，3b共同作用，所述电容器的电容 基于结构质量元件3a，3b的偏移而改变。确定该电容变化以由此得出关于转速测量轴线10 的转速。替代地，结构质量元件3a，3b的偏移还能以压电的方式探测出。在传感器结构1围绕第二转速测量轴线转动时一科氏力作用到结构框架4上，所 述第二转速测量轴线垂直于驱动方向5并且与所示坐标系8的ζ轴9相对应，所述科氏力 沿所示坐标系8的y方向10指向，即在框架平面中且垂直于驱动方向5。科氏力导致结构 框架4沿同一方向偏移，该偏移可以借助适合的探测装置17和18检测出。在一种设计方 案中，探测装置17和18能以电容的方式工作并且设计成类似于驱动探测装置11，12。在这 个实施例中，探测装置17和18设置在结构框架4上，所述探测装置17和18例如具有梳状 结构并且与相应的、电容器式探测装置共同作用，所述电容器的电容根据结构框架4的运 动而改变。确定所述电容变化以便由此得出关于转速测量轴线9的转速。替代地，驱动探 测还可以借助压电结构来实现。替代地，结构质量元件3a，3b还能如此设计，使得其重心不位于框架平面内，而是 设置成相对于框架平面向上或向下错开。由于结构质量元件3a，3b的重心的这种布置结 构，由于围绕旋转轴线9的转动而形成的科氏力使结构质量元件3a，3b偏移出框架平面。在这种情况下，结构质量元件3a，3b彼此反向地偏移，即一个结构质量元件3a ;3b关于框架平 面向上偏移，而另一结构质量元件3a ;3b关于框架平面向下偏移。所述偏移又能以电容或 压电的方式探测出。优选地，除第一传感器结构1外还设有第二传感器结构2，所述第二传感器结构2 相对于第一传感器结构1转过180°并以相同的方式构成。特别是，第二传感器结构2同样 包含一结构框架4'，所述结构框架4'在驱动单元的作用下能沿驱动方向5进行振动。可 偏移的结构质量元件3a'，3b'以可动的方式支承在结构框架4'上。此外，同样设有驱动 探测装置11' ,12'、用于检测结构质量元件3a'，3b'垂直于框架平面的偏移的探测装 置13'，14、以及用于检测结构框架4'在框架平面中垂直于驱动方向5的偏移的探测装置 11'，12'。第二传感器结构2的所述部件的功能性与第一传感器结构1的相应部件的功 能性相对应。传感器结构1，2在一连接区域6中彼此连接。为连接传感器结构1的结构质 量元件3a，3b和第二传感器结构2的结构质量元件3a'，3b'，特别是设置一连接元件19。 这种连接例如还在DE 102007012163A1中公开，关于这一点参见DE 102007012163A1。通过 连接可以避免或降低对结构框架4，4'和结构质量元件3a，3b，3a'，3b'的不希望的振型 的激励和干扰偏移/错误偏移。此外由于连接，两个传感器结构1，2具有相当的谐振频率， 因此能借助一公共驱动单元来驱动。图2示出一种具有前述类型的传感器结构101的、单个的双轴转速传感元件120 的设计方案。在转速传感元件120中，可以借助驱动装置122使得能横向振动的传感器结 构101沿驱动方向105振动。所述振动的强度可以借助驱动探测装置111来确定。结构框 架4，4'或结构质量元件3a，3b，3a' ,3b'关于与驱动方向105垂直的两个偏移方向109， 110的偏移可以借助另外的探测装置113和115测出，以便确定在转速传感元件120进行 旋转运动时出现的转速。如果传感器结构120围绕与一偏移方向109 ；110和驱动方向105 垂直取向的旋转轴线转动，则在该偏移方向109 ；110上出现运动。在转速传感元件120的 示意性俯视图下方，还示出沿剖面线X-X的剖视图，所述剖视图进一步说明驱动方向105以 及垂直的偏移方向109，110。图3以示意图示出一双轴转速传感元件221。转速传感元件221除转速传感元件 120的前述部件外还包括一装置226，所述装置226用于抑制沿驱动方向105的驱动运动对 结构框架4，4'或结构质量元件3a，3b，3a' ,3b'沿偏移方向109，110的偏移的干扰。特别 是可以利用所述装置226补偿由制造引起的传感器结构101与理想结构间的偏差。此外， 设有用于使结构框架4，4'或结构质量元件3a，3b，3a'，3b'的偏移复位的装置227，设有 用于调节在偏移方向109上的偏移运动的频率的装置228。此外，转速传感元件221包括用 于使结构框架4，4'或结构质量元件3a，3b，3a'，3b'的偏移复位的装置229和用于调节 在偏移方向110上的偏移运动的频率的装置230。图4以示意性框图示出双轴转速传感元件321及其用于操作转速传感元件321且 用于提供转速测量信号335，336的外围部件。转速传感元件321以前述实施方式实施。在 此，为转速传感元件的每个转速测量轴线309 ；310配设一测量轴线分析线路332 ；333。所 述测量轴线分析线路332;333基于结构框架4，4'或结构质量元件3a，3b，3a'，3b'的偏 移来确定相应旋转运动的转速，所述偏移在转速传感元件321围绕转速测量轴线309 ；310 转动时被检测出。由测量轴线分析线路332 ；333输出所述转速作为转速测量信号335和336。此外设置一驱动线路331，所述驱动线路331控制转速传感元件321的驱动。设有传 感器监测线路330，用以监测转速传感元件321的正确的功能性并且在必要时对驱动线路 331和转速传感器321产生影响。特别是能借助传感器监测线路330来调节转速传感器321 的驱动频率，以将驱动频率设定成一给定值。借助一电压供给监测系统334确保转速传感 器321和外围部件330，331，332，333的电压供给。在本发明的不同的设计方案中，将前述类型的双轴转速传感元件与一个或多个其 它的传感元件组合。所述其它的传感元件特别是其它的单轴或双轴转速传感元件。原则 上，双轴转速传感元件可以根据规定的使用目的任意地与一个或多个单轴或双轴转速传感 元件组合。下面将详细阐述不同类型的构造方式。在此，转速传感元件可以结合在一集成电路中，所述集成电路可以用作更大规模 的电路中的构件。图5示出一集成电路440，所述集成电路440示例性地具有带三个(该 数字在此仅是示例性的)双轴转速传感元件421的构型。转速传感元件421的外围部件被 一起集成到信号处理线路441中，所述信号处理线路441与转速传感元件421 —起组装在 壳体443中的基板442上。替代地，还可以设置多个信号处理线路441，这些信号处理线路 441被分别配属给各转速传感元件421。印刷线路板442形成壳体443的底部区域。在印 刷线路板442的区域中设有电连接部444，所述电连接部444伸出壳体443外。通过连接部 444，能够为信号处理线路441以及转速传感元件421供电并提供信号处理线路441的输出 信号。在图5中以一种设计方案示出的集成电路能与另外的部件一起在壳体内设置在 印刷线路板上。由此得到一种能在各种不同的应用领域中、例如在机动车中用于检测转速 的组件。替代于在集成电路440中提供转速传感元件421及其外围部件441，也可以在无附 加组装的情况下将它们安装在印刷线路板上。在此，与印刷线路板的电连接例如借助引线 连接或者倒装芯片装配技术来实现。除了转速传感元件421及其外围部件441，所述组件优 选还包含一电源，所述电源能连接到电网并为转速传感元件421和外围部件441以及可能 存在的其它部件提供必要的工作电压。组件与其它部件的组装取决于计划的应用领域。特别是，例如可以设置信号调节 单元，所述信号调节单元调节转速传感元件421或信号处理线路441的输出信号以用于其 它应用。从而能够例如设置一微处理器，所述微处理器如此调节输出信号，使得所述输出信 号能通过数据总线传输。当在机动车中使用所述组件时，例如能通过SPI总线、CAN总线或 FlexRay总线实现传输。附加地或替代地，例如也可以在组件中集成无线电传输电子装置， 以便能以无线方式提供输出信号。此外，还可以在组件中集成独立式能量供给装置，该独立 式能量供给装置能够在由电网进行的外部供电失效时允许组件在一特定的时间段内进行 工作。这一点特别是在机动车中尤其重要，以便在紧急情况下能继续驱控基于转速测量信 号的、与安全相关的功能，例如触发安全气囊。独立式能源包括例如电池、电容器或能量转 换器，所述能量转换器由热、加速度、通过化学反应等获得能量。此外，可以将其它传感元件与转速传感元件421 —起集成到一组件中。在图6中 示例性示出一组件540，所述组件540的构型包括转速传感元件521并示例性地包括三个双 轴转速传感元件521。此外，组件540包括两个加速度传感元件544a和544b，这两个加速 度传感元件544a和544b在示例性视图中分别设计成三轴式传感元件。三个双轴转速传感元件521和两个三轴加速度传感元件544a，544b中各自配设有外围装置541 (该数字在此 仅是示例性的)。在所示设计方案中，各传感元件521，544a，544b及其外围装置541各自形 成一安装在印刷线路板542上的芯片组。附加地在印刷线路板542上设置其它的、可以与 前述部件相对应的部件。在该示例性设计方案中设有电源534、无线信号传输装置545和 用于调节传感器信号的微处理器546。附加部件534，545，546被所有传感元件521，544a， 544b使用，由此实现组件540的高度经济性。此外，组件540可以具有壳体(在图5中未示 出)，所述壳体具有外部电连接部。经此可将组件540连接到电网上。此外，可以设有用于 在所述组件与其它系统之间交换数据的电连接部。在此，特别是当组件540在机动车中使用时，加速度传感元件544a和544b的集成 是有利的。在此特别是，加速度传感元件544a可以设置用于检测沿车辆的纵向轴线、横向 轴线和竖直轴线的行驶动态加速度。所述加速度可以在行驶动力学控制系统中用于确定和 分析车辆行驶状态。加速度传感元件544b可以设计成例如用于检测如在碰撞情况下出现 的高加速度。所述高加速度可以在车辆的安全系统中用于驱控安全装置、例如安全气囊。在另一种设计方案中，替代两个加速度传感元件544a和544b，可以仅设置一个加 速度传感元件544a ；544b。此外，替代一个或两个加速度传感元件544a，544b或附加地，也 可以将其它传感元件集成到传感器装置540中。所述其它传感元件例如可以是一个或多个 单轴、双轴或三轴式磁场传感器元件，其用于确定组件540在地磁场中的取向。如果组件 540被安装在机动车中，则由此能够例如确定车辆关于空间方位的取向。这可以在例如在卫 星定位系统中确定位置和行驶方向期间提供支持。图7示出另一组件640，在示例性示出的设计方案中所述组件640的构型也包含三 个双轴转速传感元件621以及两个三轴加速度传感元件644。此外设有其它部件，包括电 源634和无线信号传输装置645。组件640与前述组件540的不同点特别是在于为转速 传感元件621和加速度传感元件644配设仅一个信号处理单元647，所述信号处理单元647 实现传感元件621，644a，644b的外围部件的功能，优选也可以承担微处理器的功能。由此 可以省去包含在传感器装置540中的附加的微处理器546。此外，特别是直接与图6中的传 感元件540比较，传感元件640可以构造成总体上更紧凑。在图8中示出的组件740的构型同样包括转速传感元件，该构型在示例性示出的 实施例中又包括三个双轴转速传感元件421。此外还包含其它传感元件，所述其它传感元件 在示例性视图中是两个三轴加速度传感元件744。与前述设计方案不同，转速传感元件421 被组合在上述集成电路440中。所述电路440以前述方式设计，除转速传感元件421外还 包括转速传感元件421的外围部件441。同样，加速度传感元件744与其外围装置741—起 组合在一集成电路750中。集成电路440，750与其它部件一起安装在印刷线路板742上。 在该示例性设计方案中，所述其它部件又包括电源734、无线电传输线路745以及微处理器 746。集成电路的使用尤其是实现了特别简单地安装组件740。前述类型的组件特别是可以在机动车中用于确定机动车的一个或多个转速，所述 转速可以在机动车的其它系统中用于控制特定功能、例如行驶动力学控制或者安全功能。 转速可以是车辆的横摆率、车辆的侧倾率和/或俯仰率，横摆率特别是在行驶动力学控制 系统中使用。侧倾率例如可以在安全系统中用于识别出车辆即将发生的侧翻。例如可以借 助俯仰率来为环境传感器取向，所述环境传感器监测在车辆前方和/或后方的环境区域。特别是在已知俯仰率时可以使这种传感器相对于车道的取向保持恒定。如上所述，包含在 组件中的其它传感元件的测量信号同样可以由其它车辆系统使用。除转速外，还能基于冗余进行的转速测量输出相关的合理性信号，由该合理性信 号能够确定测得的各转速的合理性。借助合理性信号，可以对使用转速作为输入量的功能 进行适配。从而能够在合理性较低时例如减弱干预，或者完全使所述功能无效。由此特别 是能够避免错误干预。如上所述，三个双轴转速传感元件的组合仅仅是多种具有双轴转速传感元件和一 个或多个其它转速传感元件的可能构型中的一个。下面示例性地详细阐述各种不同的可能 构型。图9中示意性示出的构型850包括一具有一个转速测量轴线852的单轴转速传感 元件851和一具有两个彼此垂直取向的转速测量轴线809和810的双轴式转速传感元件 821。单轴转速传感元件851的唯一的转速测量轴线852平行于双轴转速传感元件821的 第一转速测量轴线809，以便能对围绕该转速测量轴线809的转速进行冗余测量。为转速 传感元件851和821配设有外围装置841，所述外围装置841针对每个转速传感元件851， 821各包括一驱动线路831，856和一传感器监测电路830，857。此外，为每个转速测量轴线 809，810，852各设置一测量轴线分析线路832，833，854，测量轴线分析电路832，833，854确 定关于相应的转速测量轴线809，810，852的转速测量信号。关于双轴转速传感元件821的第二转速测量轴线810，转速测量信号与转速输出 信号相同。而关于单轴转速传感元件851的转速测量轴线852以及双轴转速传感元件821 的第一转速测量轴线809，转速测量信号被输送给冗余监测线路853，而在所述冗余监测线 路853中能产生一转速输出信号835以及一合理性信号855。转速输出信号835可以借助 转速测量信号之一形成，也可以借助两个转速测量信号、例如通过形成平均值或形成最大 或最小值来形成。合理性信号855优选借助(两)转速测量信号的差形成，其表示相关转 速输出信号835的合理性。在图10中示出的另一构型950同样包括一具有一个转速测量轴线952的单轴转 速传感元件951和一具有两个彼此垂直设置的转速测量轴线909和910的双轴转速传感元 件921。外围装置941又包括配设给双轴转速传感元件921的第一传感器监测线路930和 第一驱动线路931 ；以及配设给单轴转速传感元件951的第二传感器监测线路957和第二 驱动线路956。为转速测量轴线909，910，952各配设有一测量轴线分析线路932，933，954， 所述测量轴线分析线路932，933，954确定关于相应的转速测量轴线909，910，952的转速测 量信号。单轴转速传感器951的唯一的转速测量轴线952位于一由双轴转速传感器921的 两个转速测量轴线909和910界定的平面中。但转速测量轴线952既不平行于双轴转速传 感器921的第二转速测量轴线910也不平行于第一转速测量轴线909。由此，能对借助转速 传感器921测量的、关于两个转速测量轴线909，910的转速进行合理性检查。对于三个转 速测量轴线909，910，952位于一个平面中时，特别是关于一个转速测量轴线909 ；910 ；952 的角速度由关于另两个的转速测量轴线909 ；910 ；952的角速度的线性叠加得出。这一点可 以用于对测得的转速进行合理性检查。例如可以借助测得的转速来确定角速度。然后，例 如可以使关于双轴转速传感器921的转速测量轴线909，910的角速度的适当线性叠加(结
13果)与关于单轴转速传感器951的转速测量轴线952的角速度进行比较。由这个差可以确 定关于测得的转速的合理性信号。在这方面，在图10中示出的构型950中，特别是提出借助适合的冗余监测线路 953，确定关于第一转速测量轴线909的第一转速输出信号935并且确定关于双轴转速传感 元件921的第二转速测量轴线910的第二转速输出信号936。在此，转速输出信号935，936 例如可以与相关的转速测量信号相同。此外，冗余监测线路955以上述方式确定与关于第 一转速测量轴线909的第一转速输出信号935相关的第一合理性信号955和与关于第二转 速测量轴线910的第二转速输出信号936相关的第二合理性信号960。在图11中示出一种构型1050，所述构型包括两个双轴转速传感元件1021,1051。 外围装置1041包括配设给第一双轴转速传感元件1021的第一传感器监测线路1030和第 一驱动线路1031 ；以及配设给第二双轴转速传感元件1051第二传感器监测线路1057和第 二驱动线路1056。所述双轴转速传感元件1021，1051各具有第一转速测量轴线1009，1069， 所述第一转速测量轴线1009与1069彼此平行。因此，能关于平行的转速测量轴线1009， 1069进行冗余的转速测量。两个转速传感元件1021，1051的第二转速测量轴线1010，1070 彼此垂直，并且各自与第一转速测量轴线1009，1069垂直。为转速测量轴线1009，1010， 1069，1070各配设有一测量轴线分析线路1032，1033，1066，1067，所述测量轴线分析线路 1032，1033，1066，1067确定关于相应转速测量轴线1009，1010，1069，1070的转速测量信 号。关于两个转速传感元件1021，1051的平行的第一转速测量轴线1009，1069的转 速测量信号被输送给冗余监测线路1053。所述冗余监测线路1053由所述转速测量信号确 定关于转速测量轴线1009的转速输出信号1035和相关的合理性信号1055。此外，提供关 于其余转速测量轴线1010，1070的转速输出信号1036和1065，所述转速输出信号1036和 1065与关于转速测量轴线1010，1070得到的转速测量信号相同。因此，在图11中示出的构型1050相当于一种能检测出关于三个两两垂直的转速 测量轴线1009，1010，1070的转速的传感器装置。能够关于一个转速测量轴线1009冗余地
确定转速。在图12中示出的构型1150与上述构型1050的不同点在于两个转速传感元件 1021，1051的第二转速测量轴线1010，1070彼此平行。而所述第二转速测量轴线1010，1070 仍与两个转速传感元件的第一转速测量轴线1009，1010垂直。因此，能够关于第一双轴转 速传感元件1021的两个转速测量轴线1009，1010进行冗余的转速测量，并确定相应的合理 性信号。为此目的，关于两个转速传感元件1021,1051的第二转速测量轴线1010，1070测 得的转速测量信号也被输送给一冗余监测线路1170。所述冗余监测线路1170由转速测量 信号确定关于转速测量轴线1010的转速输出信号1155和相关的合理性信号1160。关于第 一转速传感元件1021的另一转速测量轴线1009，通过冗余监测线路1053提供转速输出信 号1035以及相关的合理性信号1055。因此，在图12中示出的构型1150相当于一种能够检测出关于两个垂直的转速测 量轴线1009，1010的转速的传感器装置。关于这两个转速测量轴线1009，1010能冗余地确
定转速。在图13中示出一种具有一个单轴转速传感元件1281和两个双轴转速传感元件1221，1251的构型。外围装置1241包括配设给第一双轴转速传感元件1221的第一传感 器监测线路1230和第一驱动线路1231 ；以及配设给第二双轴转速传感元件1251的第二传 感器监测线路1257和第二驱动线路1256。双轴转速传感元件1221，1251具有彼此平行的第一转速测量轴线1209，1269。两 个双轴转速传感元件1221，1251的第二转速测量轴线1210，1270彼此垂直并且分别与第一 转速测量轴线1209，1269垂直。为转速测量轴线1209，1210，1269，1270各配设一测量轴线 分析线路1232，1233，1266，1267，所述测量轴线分析线路1232，1233，1266，1267确定关于 相应的转速测量轴线1209，1210，1269，1270的转速测量信号。关于两个双轴转速传感元件 1221,1251的彼此平行的第一转速测量轴线1209,1269的转速测量信号被输送给冗余监测 线路1253。所述冗余监测线路1253由所述转速测量信号确定关于转速测量轴线1209的转 速输出信号1235和相关的合理性信号1255。就此而言，在图13中示出的构型1250与在图11中示出的上述构型1050相同。但(在构型1250中)附加设有单轴转速传感元件1281。为所述单轴转速传感元 件1281配设有在外围装置1241内的传感器监测线路1282和驱动线路1283、以及测量轴线 分析线路1284，所述测量轴线分析线路1284确定关于单轴转速传感元件1281的转速测量 轴线1285的转速测量信号。单轴转速传感器1281的唯一的转速测量轴线1281位于由双轴 转速传感元件1221，1251的第二转速测量轴线1210，1270限定的平面中。然而，所述转速 测量轴线1281相对于两个转速测量轴线1210，1270中任一个都不平行。由此，能对关于转 速测量轴线1210，1270的转速进行合理性检查。为此目的，将关于转速测量轴线1210，1270 确定的转速测量信号以及关于单轴转速传感元件1281的转速测量轴线1285确定的转速测 量信号被输送给一冗余监测线路1286。所述冗余监测线路1286由所述转速测量信号以上 述方式确定关于转速测量轴线1210的转速输出信号1287和相关的合理性信号1290以及 关于转速测量轴线1270的转速输出信号1288和相关的合理性信号1289。因此，在图13中示出的构型1250相当于一种能够检测关于三个转速测量轴线 1209，1210，1270的转速的传感器装置，所述三个转速测量轴线1209，1210，1270两两垂直。 关于所有的转速测量轴线1209，1210，1270都可以对测得的转速进行合理性检查。为此仅 需要两个双轴转速传感元件1221，1251和一个单轴转速传感元件1281。在图14中示出的构型1350包括三个双轴转速传感元件1321，1351，1381。外围装 置1341包括配设给第一双轴转速传感元件1321的第一传感器监测线路1330和第一驱动 线路1331 ；以及配设给第二双轴转速传感元件1351的第二传感器监测线路1357和第二驱 动线路1356。双轴转速传感元件1321,1351具有第一转速测量轴线1309，1369，所述第一转速 测量轴线1309，1369彼此平行。两个双轴转速传感元件1321，1351的第二转速测量轴线 1310，1370彼此垂直且分别与第一转速测量轴线1309，1369垂直。为每个转速测量轴线 1309，1310，1369，1370各配设有一测量轴线分析线路1332，1333，1366，1367，所述测量轴 线分析线路1332，1333，1366，1367确定关于相应转速测量轴线1309，1310，1369，1370的 转速测量信号。关于两个双轴转速传感元件1321，1351的彼此平行的第一转速测量轴线 1309,1369的转速测量信号被输送给一冗余监测线路1353。所述冗余监测线路1353由所 述转速测量信号确定关于转速测量轴线1309的转速输出信号1335和相关的合理性信号1355。就此而言，在图14中示出的构型1350与在图11中示出的上述构型1050相同。但(在构型1350中)附加设有第三双轴转速传感元件1381。在外围装置1341 内，为所述第三双轴转速传感元件1381配设有传感器监测线路1382和驱动线路1383。第 三双轴转速传感元件1381具有两个垂直的转速测量轴线1384，1385和与所述转速测量轴 线相关的测量轴线分析线路1386，1387，所述测量轴线分析线路1386，1387确定关于转速 测量轴线1384，1385的转速测量信号。转速传感元件1381的两个转速测量轴线1384，1385 分别与另两个转速传感元件1321，1351的第二转速测量轴线1310，1370之一平行。由此还 可以针对所述转速测量轴线1310，1370进行冗余的转速测量。关于平行的转速测量轴线1310和1384的转速测量信号被输送给冗余监测线路 1389，所述冗余监测线路1389借助所述转速测量信号确定关于转速测量轴线1310的转速 输出信号1390以及相关的合理性信号1391。相应地，关于平行的转速测量轴线1370和 1385的转速测量信号被输送给冗余监测线路1392，所述冗余监测线路1392借助所述转速 测量信号确定关于转速测量轴线1370的转速输出信号1393以及相关的合理性信号1394。因此，在图14中示出的构型1350相当于一种能够检测出关于三个转速测量轴线 1309，1310，1370的转速的传感器装置，所述三个转速测量轴线1309，1310，1370两两垂直。 关于所有的转速测量轴线1309，1310，1370都能够通过冗余地检测转速来对测得的转速进 行合理性检查。虽然在附图和上文中对本发明进行详细说明，但是应当理解所述说明都是说明 性、示例性和非限制性的；特别是，本发明不限于所述实施例。由上述公开内容、附图和权利 要求，本领域技术人员可设想到本发明的其它变型及其实施方式。在权利要求中使用的术语例如“包括”、“具有”、“包含”、“含有”等不排除其它元件 或步骤。不定冠词的使用不排除多个。一个装置可以实施在权利要求中所述的多个单元或 装置的功能。在权利要求中给出的附图标记不应理解成对使用的元件和步骤的限制。
1权利要求
一种传感器装置，包括双轴式第一转速传感元件，利用所述双轴式第一转速传感元件能检测传感器装置围绕第一转速测量轴线和第二转速测量轴线的旋转运动的转速，其中，所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线彼此垂直，其特征在于，所述传感器装置包括至少一个另外的转速传感元件，利用所述另外的转速传感元件能检测所述传感器装置围绕一与所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线位于一个平面中的转速测量轴线的旋转运动的转速。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一转速传感元件包括一能 横向振动的传感器结构，所述传感器结构具有能偏移的结构质量体和用于激励所述能横向 振动的传感器结构使之沿振动轴线振动的装置，其中，所述结构质量体能基于科氏力而发 生偏移，所述科氏力在传感器装置围绕所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线转动时 出现，其中，所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线与所述振动轴线垂直。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置还包括合理性 检查装置，所述合理性检查装置设置用于基于对借助第一转速传感元件测得的第一转速 与借助所述另外的转速传感元件测得的第二转速的比较确定一合理性信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，合理性检查装置设置 用于至少基于借助所述第一转速传感元件测得的第一转速和借助所述另外的转速传感元 件测得的第二转速来确定一关于转速测量轴线的转速输出信号。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述另外的转速传感 元件设计成单轴转速传感元件，利用所述单轴转速传感元件能检测传感器装置围绕一第三 转速测量轴线的旋转运动的转速，所述第三转速测量轴线平行于所述第一转速测量轴线或 第二转速测量轴线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述另外的转速传感 元件设计成单轴转速传感元件，利用所述单轴转速传感元件能检测传感器装置围绕第四转 速测量轴线的旋转运动的转速，所述第四转速测量轴线不平行于所述第一转速测量轴线， 也不平行于所述第二转速测量轴线。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述另外的转速传感 元件设计成双轴转速传感元件，利用所述双轴转速传感元件能检测传感器装置围绕两个另 外的转速测量轴线的旋转运动的转速，所述两个另外的转速测量轴线相互垂直，其中，所述 两个另外的转速测量轴线中的至少一个与所述第一转速测量轴线或第二转速测量轴线平 行。
8.根据权利要求7所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置附加包括一单轴 转速传感元件，利用该单轴转速传感元件能检测传感器装置围绕一第五转速测量轴线的旋 转运动的转速，其中，所述第五转速测量轴线与所述第一转速传感元件的一个转速测量轴 线以及双轴式的所述另外的转速传感元件的一个转速测量轴线位于一个平面中，所述第一 转速传感元件的该一个转速测量轴线以及双轴式的所述另外的转速传感元件的该一个转 速测量轴线互不平行，其中，所述第五转速测量轴线不平行于所述第一转速传感元件的该 一个转速测量轴线以及双轴式的所述另外的转速传感元件的该一个转速测量轴线中的任 一个。
9.根据权利要求8所述的传感器装置，其特征在于，所述合理性检查装置设置用于通过对关于位于一个平面中的、含所述第五转速测量轴线在内的各转速测量轴线确定的转速 进行比较，确定关于以下转速的合理性信号，所述转速关于位于所述平面中的转速测量轴 线确定。
10.根据权利要求7所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置附加地包括一双 轴转速传感元件，其中，所述传感器装置中包含的双轴转速传感元件中的一个的转速测量 轴线各自与所述传感器装置的另外的转速传感元件的另外的转速测量轴线平行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，包含的转速传感元件 是一集成电路的组成部分。
12.一种用于检测至少一个转速的组件，所述组件包括根据前述权利要求中任一项所 述的传感器装置和信号处理装置，所述信号处理装置设置用于对关于在所述传感器装置 中包含的转速传感元件的至少一个转速测量轴线的转速输出信号和/或合理性信号进行 调节以提供给组件外部。
13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述组件还包括至少一个与所述信号 处理装置连接的另外的传感元件，所述另外的传感元件设置成检测一与转速不同的测量 参量，其中所述信号处理装置设置成提供一关于所述测量参量的输出信号。
14.一种机动车，所述机动车包括根据权利要求1至11中任一项所述的传感器装置和 /或根据12或13所述的组件。
全文摘要
为了能特别经济地进行转速的冗余测量，本发明提出一种传感器装置，所述传感器装置包括双轴式第一转速传感元件，利用所述双轴式第一转速传感元件能检测传感器装置围绕第一转速测量轴线和第二转速测量轴线的旋转运动的转速，其中，所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线彼此垂直。所述传感器装置的特征在于，所述传感器装置包括至少一个另外的转速传感元件，利用所述另外的转速传感元件，能检测所述传感器装置围绕一与所述第一转速测量轴线和第二转速测量轴线位于一个平面中的转速测量轴线的旋转运动的转速。
文档编号G01C19/56GK101970987SQ200980108522
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月11日 优先权日2008年3月11日
发明者B·施密德, J·黑梅尔, O·西蒙, R·布格哈特, R·希尔谢尔 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司