DE10028026A1

DE10028026A1 - Neigesensorik

Info

Publication number: DE10028026A1
Application number: DE2000128026
Authority: DE
Inventors: Juergen Heinz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-12-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Sensorik zur Erfassung der Neigung bzgl. der Erdoberfläche oder einer beliebigen Referenzebene in mindestens einer Achse. Das Meßprinzip besteht in der besonders vorteilhaften Erfassung und Auswertung des Magnetfeldes. Der Einsatz des Sensors kann beispielsweise nutzbringend bei Fahrzeugen erfolgen.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Sensorik zur Erfas sung der Neigung bzgl. der Erdoberfläche oder einer beliebigen Referenzebene in mindestens einer Achse, d. h. mindestens eindi mensional.

Nach dem Stand der Technik sind Neigesensoren z. B. in Form von aus Glas gefertigten mechanischen Sensoren oder als in einem SMD-Gehäuse eingepackte mikromechanische Beschleunigungssenso ren bekannt. Eingesetzt werden solche Sensoren beispielsweise in Fahrzeugen, wo sie die Neigung zur Fahrwerkstabilisierung (Regelung zur Erhöhung der Sicherheit und des Komfort), zur Diebstahlsicherung (Rüttelsensor), zur Information (Neigungsan zeige bei Geländefahrzeugen), o. ä. eingesetzt werden.

Nachteilig bei diesen Sensoren ist neben den fertigungsbedingt hohen Stückkosten auch der Einsatz einer Trägen Masse. Diese Träge Masse wird bei diesen Sensoren genutzt, um eine absolute Messung zu ermöglichen. Damit reagieren diese Sensoren aber auch bei Beschleunigungsänderungen, wie sie beispielsweise bei Fahrzeugen in Kurvenfahrten sowie beim Anfahren und Bremsen auftreten, und geben damit ein verfälschtes Meßergebnis wieder.

Erfindungsgemäß soll nun die Neigung über die Messung eines Referenz-Magnetfeldes erfaßt werden. Ein Magnetfeldsensor, z. B. bestehend aus mindestens zwei sogenannter GMR-Sensoren, erfaßt das Magnetfeld in mindestens zwei Achsen, welche idealerweise nahezu senkrecht zueinander stehen sollten. Eine über eine (op tionale) Verstärker- und Sensoransteuerschaltung nachgeschalte te Auswerteelektronik berechnet dann aus den Meßwerten den Nei gewinkel und gibt diesen in digitaler oder analoger Form an einer entsprechenden Schnittstelle aus. Die Auswerteelektronik kann beispielsweise als analoge Schaltung (z. B. als Analogrech ner) oder als digitale Schaltung (z. B. als Mikrocontroller schaltung) aufgebaut sein. Die Magnetfeldsensoren können mit sehr kleinen geometrischen Abmessungen gefertigt werden (z. B. Chip 0.6 mm × 1.2 mm × 0.4 mm), so daß sie vorteilhafter Weise zusammen mit der Ansteuerschaltung (ggf. mit Verstärker) und der Auswerteschaltung z. B. in Chip-on-Board- oder Chip-on-Flex- Technik zusammen auf ein Trägermaterial gebaut werden oder zu sammen als sogenanntes Multichipmodul in ein geeignetes Gehäuse (z. B. SMD) eingebaut werden. Dadurch kann eine sehr kompakte und kostengünstige Sensorschaltung erzielt werden. Als Refe renzmagnetfeld kann das Feld eines Elektromagneten, eines Dau ermagneten oder auch das Erdmagnetfeld genutzt werden. Auf die se Weise kann ein verschleißfreier Neigesensor gefertigt wer den, da keine beweglichen Teile (wie beispielsweise die Träge Masse) erforderlich sind.

Aus den Kennwerten des Referenzmagnetfeldes und der Meßergeb nisse der vorzugsweise dreidimensionalen Magnedfeldmessung kann z. B. über Vektoranalysis die Neigung der Sensorik zum Referenz magnetfeld und damit zur Referenzebene ermittelt werden Dies kann neben der Neigungsmessung als solche auch zur Kompensation neigungsabhängiger Meßgrößen genutzt werden.

Insbesondere, wenn das Erdmagnetfeld genutzt wird und bei spielsweise die Kompaßrichtung ermittelt werden soll, ist es vorteilhaft, einen Kompensationsalgorithmus zu verwenden, wel cher z. B. in der Auswerteschaltung integriert werden kann und die durch die Schieflage der Meßeinrichtung (z. B. Sensorik im Fahrzeug, Fahrzeug zur Erdoberfläche o. ä.) verursachte Meßunge nauigkeit der Kompaßrichtung ausgleicht.

So kann eine komplette Elektronik (beispielsweise für einen Kompaß) mit der erfindungsgemäßen Neigesensorik wie folgt auf gebaut werden: Drei Magnetfeldsensoren (besonders vorteilhaft z. B. GMR-Sensoren) werden in Chip-Form direkt oder über ein Frame bzw. Hilfsgehäuse zusammen mit der Ansteuer- und Auswer teelektronik sowie optional auch der Anzeige (LCD, VFD, LED, CRT, o. ä.), der Stromversorgung und Bedienelemente auf eine Trägerplatine (besonders vorteilhaft z. B. flexible Leiterplatte aus Polyimid o. ä.) aufgebracht (z. B. mittels Löten, Flip-Chip oder Wire-Bonden). Die Magnetfeldsensoren sollten nahezu im 90°-Winkel zueinander angeordnet sein. Es ist daher vorteil haft, die Leiterplatte lokal für den 3. Magnetfeldsensor im 90°-Winkel abzukanten (z. B. über ein Kunststoff-Formteil). Die se Schaltung kann insbesondere bei Verwendung einer flexiblen Leiterplatte sehr kompakt aufgebaut werden und beispielsweise als Kompaß in einen Fahrzeuginnenspiegel integriert werden, wobei der Sensorbereich der Leiterplatte fest mit einem statio närem Fahrzeugteil wie beispielsweise dem Spiegelfuß, verbunden ist (Kleben, Clipsen, o. ä.).

Eine weitere beispielhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Nei gesensorik stellt ein System zur Erfassung der Position eines Fahrzeug-Innenspiegels dar. Wird beispielsweise im Fuß oder Fahrzeughimmel ein Referenzmagnet (z. B. Elektromagnet oder Per manentmagnet) und im Spiegelkopf eine erfindungsgemäße Neige sensorik (mit 3D-Magnetfeldmessung, d. h. in drei weitgehend senkrecht aufeinander stehenden Achsen) bzw. umgekehrt, so kann aus den Sensordaten die Neigung des Spiegels zum Referenzma gnetfeld und damit die Einstellung des Spiegels zum Fahrzeug ermittelt werden. Damit kann dann aus diesen Daten beispiels weise auch auf die Kopf (Aug-)Position des Fahrers geschlossen werden und die optimale Einstellung der Außenspiegel oder der Lüftungsdüsen ermittelt werden. Zusätzlich ist optional noch folgende Funktion möglich: Wird der zur Erzeugung des Referenz magnetfelds eingesetzte Elektromagnet ausgeschaltet, so kann dann des Erdmagnetfeld mit der selben Neigesensorik vermessen werden und daraus die neigekompensierte Kompaßrichtung ermit telt werden.

Claims

1. Neigesensorik zur Erfassung mindestens eines Neigewinkels, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzmagnetfeld in vor zugsweise drei weitgehend senkrecht zueinander stehenden Achsen, mindestens jedoch in einer Achse, gemessen wird.

2. Erfindungsgemäßes System nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Referenzmagnetfeld durch mindestens einen Permanentmagent oder Elektromagnet erzeugt wird.

3. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Refe renzmagnetfeld das Erdmagnetfeld ist.

4. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfas sung des Magnetfeldes drei weitgehend senkrecht zueinander stehende Magnetfeldsensoren, mindestens jedoch ein Magnet feldsensor verwendet wird.

5. Erfindungsgemäßes System nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß als Magnetfeldsensor mindestens ein magneto resistiver Sensor, beispielsweise ein GMR-Sensor verwendet wird.

6. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der minde stens eine Magnetfeldsensor in Chip-Form auf einen Träger aufgebracht und mittels Löten, Kleben, Flip-Chip-Technik, Wire-Bonden o. ä. kontaktiert wird und der Träger ein Frame, ein Gehäuse, eine Keramik, eine starre Leiterplatte (bei spielsweise FR4) oder eine flexible bzw. zumindest teilfle xible Leiterplatte (beispielsweise Polyimid) ist.

7. Erfindungsgemäßes System nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der mindestens eine Magnetfeldsensor direkt oder indirekt über ein Frame, ein Gehäuse, eine Leiterplat te, einen Keramikträger o. ä. zusammen mit der Ansteuer- und/oder der Auswerteelektronik und/oder der Stromversor gung und/oder der Anzeigeeinheit und/oder der Bedieneinheit gemeinsam auf einem Trägermaterial, beispielsweise einem Multichip-Modul, einem Multichip-Baustein, einem Kera mikträger, einer starren, flexiblen bzw. teilflexiblen Lei terplatte o. ä. kontaktiert ist.

8. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der Ansprü che 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial mindestens im Bereich eines Magnetfeldsensors um einen Win kel von etwa 90° abgekantet ist.

9. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer teelektronik mindestens einen Microcontroller enthält.

10. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteu er- und/oder Auswerteelektronik und/oder Anzeigentreiber als ASIC ausgeführt ist.

11. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteu er- und/oder Auswerteelektronik über mindestens einen zum Ablegen von Eich- bzw. Referenzparameter geeigneten nicht- flüchtigen Speicher aufweist.

12. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neige sensorik mit einem Fahrzeuginnenspiegelkopf oder einem Fahrzeuginnenspiegelfuß fest verbunden ist.

13. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neige sensorik zur Neigekompensation beispielsweise bei Navigati onssysteme oder Kompaßsysteme verwendet wird.

14. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neige sensorik zur Neigekompensation verwendet wird und die Nei gekompensation für eine oder zwei weitgehend senkrecht auf einander stehende Neigeachsen erfolgt.

15. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neige sensorik zur Erfassung der Position des Innenspiegels ge nutzt wird.

16. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neige sensorik zur Kompensation neigungsabhängiger Meßgrößen ver wendet wird.

17. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neige sensorik als Rüttelsensor beispielsweise zur Diebstahlsi cherung verwendet wird.

18. Erfindungsgemäßes System nach mindestens einem der vorge nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Kennwerten des Referenzmagnetfeldes und den Meßergebnissen der zweidimensionalen oder dreidimensionalen Magnetfeldmes sung die Neigung der Sensorik zum Referenzmagnetfeld und damit zur Referenzebene ermittelt, z. B. mittels Vektorana lysis, Wertetabellen bzw. n-dimensionalen Matrizen ermit telt bzw. errechnet wird.