DE10143286A1 - Verfahren zur Kompensation des Ausganges einer Drehwinkelsensoranordnung - Google Patents
Verfahren zur Kompensation des Ausganges einer DrehwinkelsensoranordnungInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Kompensation des Ausgangs einer Drehwinkelsensoranordnung umfaßt, daß ein erster Magnetfeldsensor so angeordnet wird, daß er um neunzig Grad von einem zweiten Magnetfeldsensor orientiert ist. Ein Magnet ist so angeordnet, daß er mit gleichem Abstand von den Sensoren beabstandet ist. Der Magnet wird gedreht, und, wenn dieser gedreht wird, sind die von den Sensoren ausgegebenen Signale sinusförmige Wellen, die zueinander um neunzig Grad (90 DEG ) phasenverschoben sind. Demgemäß können die Signale quadriert und summiert werden, um ein Temperaturkompensationssignal zu bestimmen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Drehwinkelsensoren.
Eine Servolenkung stellt ein Standardausrüstungsmerkmal für Kraftfahr
zeuge dar. Es ist üblich, daß, damit ein typisches Servolenkungsregelsy
stem richtig funktioniert, ein Lenksäulendrehsensor in dem System ent
halten sein muß, um den Regelkreis zu schließen. Drehsensoren, wie bei
spielsweise Widerstandsstreifen-/Dehnungsmeß-Sensoren, Kapazitätssen
soren, Wirbelstromsensoren, magneto-elastische Sensoren und Wandler-
/Dehnungsmeß-Sensoren sind vorgesehen worden, um die Verdrehung der
Lenksäule zu bestimmen. Jedoch besitzen diese Sensoren eine mangelnde
Empfindlichkeit, die für viele der derzeitigen Servolenkungsregelsysteme
erforderlich ist. Überdies sind diese Sensoren äußerst empfindlich gegen
über Temperaturänderungen und besitzen eine begrenzte Lebensdauer.
Aufgrund der Anforderung nach hoher Lebensdauer wird eine kontaktlose
Erfassungstechnologie verwendet. Ein typischer kontaktloser Sensor um
faßt einen oder mehrere Magnetfeldsensoren, beispielsweise magneto
resistive Sensoren oder Hall-Effekt-Sensoren, die in der Nähe eines Ma
gneten, beispielsweise permanent oder elektrisch, angeordnet werden. Ein
elektrischer Magnet sieht eine konstante Magnetfeldstärke vor, erfordert
aber eine zusätzliche Elektronik, welche Kosten sowie die Gefahr eines
Sensorausfalles erhöht. Andererseits ist ein Permanentmagnet einfacher
und kostengünstiger, aber die Feldstärke ist sehr temperaturabhängig
und kann sich mit der Zeit verschlechtern.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, daß, um Temperaturwir
kungen und Verschlechterungswirkungen zu kompensieren, lineare Hall-
Sensoren verwendet werden können. Überdies ist die vorliegende Erfin
dung darauf gerichtet, daß ein linearer Hall-Sensor mit einem Tempera
turkoeffizienten programmiert sein kann, um den Temperaturkoeffizienten
eines entsprechenden Permanentmagneten anzupassen und damit den
Sensorausgang in bezug auf Wirkungen zu kompensieren, die durch Tem
peraturänderungen bewirkt werden. Unglücklicherweise kann infolge von
Materialänderungen in Permanentmagneten eine Programmierung eines
Hall-Sensors mit einem statischen Temperaturkoeffizienten die begrenzte
Genauigkeit von beispielsweise den Drehwinkelsensoren bewirken, in wel
chen die Anordnung aus Hall-Sensor/ Permanentmagnet verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist auf die vorher erwähnten Nachteile des
Standes der Technik gerichtet und sieht die unten offenbarten Lösungen
für einen oder mehrere Mängel des Standes der Technik vor.
Ein Verfahren zur Temperaturkompensation des Ausganges eines Dreh
winkelsensors umfaßt, daß zumindest zwei Magnetfeldsensoren vorgese
hen werden. Ein Magnet wird so angeordnet, daß er von den Sensoren mit
gleichem Abstand beabstandet ist. Anschließend wird der Magnet gedreht,
und Ausgänge von den Sensoren werden empfangen. Auf Grundlage des
Ausgangs von den Sensoren wird ein Kompensationssignal erzeugt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kompensationssignal an
ein Regelsystem gesandt. Vorzugsweise sind die Ausgänge der Sensoren
um neunzig Grad zueinander phasenverschoben. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Kompensations
signal durch Bestimmung der Quadratwurzel der Summe der Quadrate
der Ausgänge erzeugt.
Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Dreh
winkelsensoranordnung einen Magneten. Ein erster Sensor und ein zwei
ter Sensor sind in der Nähe des Magneten angeordnet. Der erste Sensor
sieht ein erstes Ausgangssignal vor, und der zweite Sensor sieht ein zwei
tes Ausgangssignal vor, das um neunzig Grad zu dem ersten Ausgangs
signal phasenverschoben ist. Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfin
dung empfängt ein Prozessor die Ausgangssignale und erzeugt in Anspre
chen darauf ein Temperaturkompensationssignal.
Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Drehwinkelsensor darstellt.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeugregelsystem darstellt,
in welchem das gegenwärtige Verfahren verwendet werden
kann.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das die Gesamtlogik der vorliegenden
Erfindung zeigt.
In Fig. 1 ist eine Drehwinkelsensoranordnung allgemein mit Bezugszei
chen 10 gezeigt. Fig. 1 zeigt, daß der Drehwinkelsensor einen ersten Ma
gnetfeldsensor 12, beispielsweise einen Hall-Sensor, und einen zweiten
Magnetfeldsensor 14, beispielsweise einen Hall-Sensor, umfaßt. Wie in
Fig. 1 gezeigt ist, definiert der erste Sensor 12 eine Achse 16, und der
zweite Sensor 14 definiert auch eine Achse 18, die die Achse 16 des ersten
Sensors 12 unter einem Winkel α kreuzt. Vorzugsweise beträgt der Winkel
α, unter dem sich die Achsen 16, 18 kreuzen, neunzig Grad (90°)
Fig. 1 zeigt auch einen Magneten 20, beispielsweise einen Permanentma
gneten, der mit gleichem Abstand von beiden Sensoren 12, 14 angeordnet
ist. Der Magnet 20 definiert ein Zentrum 22; das bei einer bevorzugten
Ausführungsform mit dem Punkt ausgerichtet ist, an dem sich die Achsen
16, 18 kreuzen. Vorzugsweise dreht sich der Magnet 20 in einer Richtung
im Uhrzeigersinn oder in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn be
züglich der Sensoren 12, 14, wie durch den bogenförmigen Pfeil 24 in Fig.
1 gezeigt ist.
Wenn sich der Magnet 20 dreht, sind die Ausgänge von den Sensoren 12,
14 sinusförmige Wellen, die zueinander um neunzig Grad (90°) phasen
verschoben sind. Somit kann dies so betrachtet werden, daß die Wellen
form von einem Sensor, beispielsweise dem ersten Sensor 12, eine Sinus
welle ist, und die Wellenform von dem verbleibenden Sensor, d. h. dem
zweiten Sensor 14, eine Kosinuswelle ist. Überdies ist, da die Änderung
der Magnetfeldstärke infolge von Temperaturänderungen beide Sensoren
12, 14 beeinflußt, die relative Änderung infolge der Temperatur in den
Amplituden der Wellenformen, die von jedem Sensor 12, 14 ausgegeben
werden, gleich. Die Sinus- und Kosinuswellenformen besitzen die folgende
Beziehung:
(A*sin X)2 + (A*cos X)2 = A2
wobei:
A = Feldstärkenamplitude, und
X = Meßwinkel.
A = Feldstärkenamplitude, und
X = Meßwinkel.
In Fig. 3 ist ein Fahrzeugregelsystem allgemein mit Bezugszeichen 30 ge
zeigt. Fig. 3 zeigt, daß das Fahrzeugregelsystem 30 die Drehwinkelsen
soranordnung 10, die oben beschrieben ist, elektrisch gekoppelt mit einem
Mikroprozessor 32 über eine elektrische Leitung 34 umfaßt. Seinerseits ist
der Mikroprozessor 32 elektrisch mit einem Nebensystem 36 über eine
elektrische Leitung 38 gekoppelt. Die oben beschriebene Formel kann als
eine Serie von Anweisungen von dem Mikroprozessor 32 ausgeführt wer
den, um das durch den Drehwinkelsensor 10 erzeugte Signal in Bezug auf
Wirkungen auf den Magneten 20 zu kompensieren, die durch Temperatu
ränderungen und eine Verschlechterung infolge von Alterung bewirkt wer
den. Diese Anweisungen können beispielsweise in einem RAM des Mikro
prozessors 32 vorgesehen sein, der, wenn er mit der vorliegenden Logik
programmiert ist, ein Computerprogrammprodukt herstellt.
Alternativ dazu können die Anweisungen auf einer Datenspeichervorrich
tung mit einem computerlesbaren Medium enthalten sein, wie beispiels
weise einer Computerdiskette mit einem Datenspeichermedium, das Code-
Elemente von Computerprogrammen speichert. Des weiteren können die
Anweisungen auf einem DASD-Array, einem Magnetband, einem her
kömmlichen Harddisk-Laufwerk, einem elektronischen Nur-Lesespeicher,
einer optischen Speichervorrichtung oder einer anderen geeigneten Daten
speichervorrichtung gespeichert sein. Bei einer veranschaulichenden
Ausführungsform der Erfindung können die computerausführbaren An
weisungen Zeilen eines kompilierten C++-kompatiblen Codes sein. Bei ei
ner noch weiteren gleichwertigen Alternative kann die Logik in einem
Kundenschaltkreischip (application specific integrated circuit chip) (ASIC-
Chip) oder einer anderen elektronischen Schaltung eingebettet sein.
Aus Fig. 2 ist die Gesamtlogik der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Be
ginnend bei Block 50 werden die Sensoren 12, 14 so angeordnet, daß sie
relativ zueinander um neunzig Grad (90°) gedreht sind. Bei Block 52 wird
ein Magnet 20 so angeordnet, daß er von den Sensoren 12, 14 mit glei
chem Abstand beabstandet ist. Anschließend wird bei Block 54 der Ma
gnet 20 gedreht. Bei Block 56 werden die Ausgänge von den Sensoren 12,
14 empfangen und aufgezeichnet. Bei Block 57 werden die Ausgänge von
den Sensoren 12, 14 quadriert. Anschließend werden bei Block 58 die
Quadrate der Ausgänge von den Sensoren 12, 14 miteinander addiert. Bei
Block 60 wird die Quadratwurzel dieser Summe bestimmt. Dieser Wert
kann mit einem Basiswert verglichen werden, um zu bestimmen, um wel
che Größe und in welcher Richtung die Temperatur die Sensoren 12, 14
beeinflußt hat. Auf Grundlage der bei Block 60 bestimmten Zahl kann der
Ausgang der Drehwinkelsensoranordnung 10 demgemäß bei Block 62
kompensiert werden. Anschließend kann ein kompensiertes Regelsignal
an ein Regelnebensystem 36 bei Block 64 gesendet werden.
Mit der oben beschriebenen Struktur wird es verständlich, daß das Ver
fahren zur Kompensation des Ausgangs eines Drehwinkelsensors ein
Verfahren vorsieht, das dazu verwendet werden kann, um den Ausgang
eines Drehwinkelsensors bezüglich Wirkungen dynamisch zu kompensie
ren, die durch Temperatur und Verschlechterung bewirkt werden.
Zusammengefaßt umfaßt ein Verfahren zur Kompensation des Ausgangs
einer Drehwinkelsensoranordnung 10, daß ein erster Magnetfeldsensor 12
so angeordnet wird, daß er um neunzig Grad von einem zweiten Magnet
feldsensor 14 orientiert ist. Ein Magnet 20 ist so angeordnet, daß er mit
gleichem Abstand von den Sensoren 12, 14 beabstandet ist. Der Magnet
20 wird gedreht, und wenn dieser gedreht wird, sind die von den Sensoren
12, 14 ausgegebenen Signale sinusförmige Wellen, die zueinander um
neunzig Grad (90°) phasenverschoben sind. Demgemäß können die Si
gnale quadriert und summiert werden, um ein Temperaturkompensati
onssignal zu bestimmen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Temperaturkompensation eines Ausganges eines
Drehwinkelsensors mit den Schritten, daß:
zumindest zwei Magnetfeldsensoren (12, 14) vorgesehen werden;
ein Magnet (20) mit gleichem Abstand von den Sensoren (12, 14) angeordnet wird;
der Magnet (20) gedreht wird;
Ausgänge von den Sensoren (12, 14) empfangen werden; und auf Grundlage des Ausganges von den Sensoren (12, 14) ein Kom pensationssignal erzeugt wird.
zumindest zwei Magnetfeldsensoren (12, 14) vorgesehen werden;
ein Magnet (20) mit gleichem Abstand von den Sensoren (12, 14) angeordnet wird;
der Magnet (20) gedreht wird;
Ausgänge von den Sensoren (12, 14) empfangen werden; und auf Grundlage des Ausganges von den Sensoren (12, 14) ein Kom pensationssignal erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
ferner mit dem Schritt, daß das Kompensationssignal an ein Regel
system (36) gesandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Ausgänge der Sensoren (12, 14) zueinander phasenver
schoben sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die Ausgänge um neunzig Grad phasenverschoben sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
wobei das Kompensationssignal durch Bestimmung der Quadrat
wurzel der Summe der Quadrate der Ausgänge erzeugt wird.
6. Drehwinkelsensoranordnung mit:
einem Magneten (20);
zumindest einem ersten Sensor (12), der in der Nähe des Magneten (20) angeordnet ist, wobei der erste Sensor (12) zumindest ein erstes Ausgangssignal liefert;
zumindest einem zweiten Sensor (14), der in der Nähe des Magneten (20) angeordnet ist, wobei der zweite Sensor (14) zumindest ein zweites Ausgangssignal liefert, das bezüglich des ersten Ausgangs signals um neunzig Grad phasenverschoben ist; und
einem Prozessor (32), der die Ausgangssignale empfängt und ein Temperaturkompensationssignal in Ansprechen darauf erzeugt.
einem Magneten (20);
zumindest einem ersten Sensor (12), der in der Nähe des Magneten (20) angeordnet ist, wobei der erste Sensor (12) zumindest ein erstes Ausgangssignal liefert;
zumindest einem zweiten Sensor (14), der in der Nähe des Magneten (20) angeordnet ist, wobei der zweite Sensor (14) zumindest ein zweites Ausgangssignal liefert, das bezüglich des ersten Ausgangs signals um neunzig Grad phasenverschoben ist; und
einem Prozessor (32), der die Ausgangssignale empfängt und ein Temperaturkompensationssignal in Ansprechen darauf erzeugt.
7. Drehwinkelsensoranordnung nach Anspruch 6,
wobei der Magnet (20) gedreht wird, und wobei die Sensoren (12, 14)
mit gleichem Abstand von dem Magneten (20) beabstandet sind.
8. Drehwinkelsensoranordnung nach Anspruch 7,
wobei der erste Sensor (12) eine Achse (16) und der zweite Sensor
(14) eine Achse (18) definiert, die rechtwinklig zu der Achse (16) des
ersten Sensors (12) angeordnet ist.
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