DE10145884A1

DE10145884A1 - Elektronischer Winkelsensor

Info

Publication number: DE10145884A1
Application number: DE2001145884
Authority: DE
Inventors: Dirk Hobein; Henning Irle
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: DE10145884B4

Abstract

Elektronischer Winkelsensor in einem Meßbereich größer als 360 DEG für ein Kraftfahrzeug, mit einer Positionserfassungsschaltung, die die Winkelposition innerhalb einer Umdrehung erfaßt und mit einem elektronischen Umdrehungszähler, wobei ein Schalter vorgesehen ist, der bei mindestens zwei vorgegebenen Winkelpositionen ein elektrisches Speicherelement zur Aufladung elektrisch mit der Kraftfahrzeugbatterie verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischer Winkelsensor mit einem Meßbereich größer als 360° für ein Kraftfahrzeug, mit einer Positionserfassungsschaltung, die die Winkelposition innerhalb einer Umdrehung erfaßt und mit einem elektronischen Umdrehungszähler.

Bei der Erfassung von Winkelpositionen durch Winkelsensoren, wie beispielsweise bei Lenkwinkelsensoren in Kraftfahrzeugen, besteht häufig der Wunsch einen Meßbereich von mehreren Umdrehungen (Multi-Turn) abdecken zu können. Da Winkelsensoren im allgemeinen direkt nur Positionen innerhalb eines Vollkreises eineindeutig erfassen können, ist hierzu entweder ein Getriebe zur Untersetzung zu verwenden oder es sind die Umdrehungen mittels eines mechanischen oder elektrischen Rundenzählers zu erfassen.

Bei Multi-Turn-Winkelsensoren, wie sie z. B. in Kraftfahrzeugen zur Lenkwinkelmessung zu finden sind, kann die Zählung der Umdrehungen elektronisch erfolgen. Die Hauptproblematik, die sich in diesem Zusammenhang ergibt, ist die Energieversorgung des elektronischen Zählers. Bekannt geworden sind Verfahren (EP 0 679 868 B1), die sich mittels eines integrierten kleinen "Generators" aus der Bewegung des Lenkrades, die notwendige Energie erzeugen. Der Aufwand hierfür ist allerdings beträchtlich, zudem werden Geräusche erzeugt, die unerwünscht sind, da sich durch die direkte Anbindung des Sensors an die Lenkachse ein sehr guter Akustik-Resonanzboden bildet. Typischerweise werden solche Sensoren als sogenanntes "Klemme 30-Gerät" ausgeführt, das heißt, daß sie permanent von der Batterie des Kraftfahrzeugs versorgt werden.

Die Aufgabenstellung bestand nun darin, einen Sensor zu entwickeln, der nahezu keinen Ruhestrom aufnimmt, aber dennoch in seinem Ruhezustand Positionsänderungen, wie z. B. das Verdrehen des Lenkrades bei abgestelltem Fahrzeug, erkennen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Winkelsensor einen Schalter aufweist, der bei mindestens zwei vorgegebenen Winkelpositionen ein elektrisches Speicherelement zur Aufladung elektrisch mit der Kraftfahrzeugbatterie verbindet und an anderen Winkelpositionen das Speicherelement zur Spannungsversorgung nutzt.

Das Lösungsprinzip wird im folgenden anhand der in der einzigen Figur dargestellten Skizze näher erläutert:
Beispielhaft sei angenommen, daß der erfindungsgemäße Winkelsensor einen Lenkwinkelsensor ausbildet. Der Sensor besteht aus mit einer Sensoreinheit (Sensor), die einerseits eine Positionserfassungsschaltung, die die Winkelposition innerhalb einer Umdrehung erfaßt, und andererseits einem elektronischen Umdrehungszähler aufweist. Die Sensoreinheit (Sensor) ist damit in der Lage Winkeländerungen über einen Bereich von mehreren Umdrehungen zu erfassen.
Die Sensoreinheit (Sensor) wird bei geschlossenem Zündschalter (ZS) über die Klemme 15 (KL 15) mit der Spannung der Fahrzeugbatterie (B) versorgt. Damit bei abgeschaltetem Zündschalter (ZS) und der Verdrehung des Lenkrads über einen gewissen Winkelbetrag hinaus die Winkelposition eindeutig erfaßt werden kann, ist für diesen Fall eine zusätzliche Spannungsversorgung vorgesehen. Diese wird durch ein elektrisches Speicherelement, das hier kostengünstig durch einen Kondensator (C1) ausgebildet ist und einen Schalter (S1), realisiert.
Der Schalter (S1), vorzugsweise ausgeführt als ein Reed-Kontakt, wird bei zwei vorgegebenen Positionen (P1, P2) betätigt. Der Schalter (S1) ist als Umschalter ausgeführt. Für jede Position ungleich der Position (P1) oder der Position (P2) ist der Umschalter mit der Sensoreinheit (Sensor) verbunden.
Wird die Position (P1) oder die Position (P2) erreicht, so verbindet der Schalter (S1) den Speicherkondensator (C1) mit der Fahrzeugbatterie (B) was zu einem
Ladevorgang des Kondensators (C1) führt. Verändert sich die Position nicht, so bleibt die Schalterstellung bestehen, der Strom durch den Kondensator (C1) tangiert zu Null. Ein technisch nennenswerter Ruhestrom besteht somit nicht. Wird die Position (P1) oder die Position (P2) verlassen, so dient der Kondensator nun zur kurzzeitigen Versorgung der Sensoreinheit (Sensor) und liefert Energie für eine kurze Zeit, in der folgende Aktionen durch die Sensoreinheit (Sensor) auszuführen sind:

1. Hochfahren (booten) des Systems
2. Ermittlung der aktuellen Winkelposition
3. Entscheidung, ob der Umdrehungszähler (Z) inkrementiert oder dekrementiert oder gleich bleiben muß.
4. Inkrementieren bzw. Dekrementieren des elektronischen Umdrehungszählers entsprechend dem Ergebnis aus 3)
5. Abspeichern des Wertes des Umdrehungszählers in einen nichtflüchtigen Speicher, z. B. einem EE-PROM.

Allerdings ist die Anordnung, in dieser Weise ausgeführt, nicht in der Lage, das Abklemmen der Batterie zu erkennen. Dies kann von Nachteil sein, sofern von dem Sensor ein Fail-Safe-Verhalten gewünscht wird. Es ist jedoch davon auszugehen, daß die Information über eine abgeklemmte Batterie übergeordneten Steuergeräten oder Funktionalitäten bekannt ist und diese die Sensorinformation in entsprechender Weise interpretieren können. Ansonsten können Zusatzmaßnahmen getroffen werden, um dem Sensor selbst diese Eigenschaft zu verleihen.
Die im Beispiel dargestellte Logik der Schaltpositionen kann auch invertiert werden. In diesem Fall ist der Schalter (S1) für die Position (P1) und die Position (P2) nicht mit der Sensoreinheit (Sensor) verbunden, sondern mit der Batterie (B). Die im obigen Beispiel dargestellte Variante wird jedoch als noch vorteilhafter angesehen, da hier für den Großteil aller möglichen Winkelpositionen der Schalter (S1) in Position b) steht und somit sogar der Kriechstrom über den Kondensator vermieden wird. Bezugszeichen B Batterie
C1 Kondensator
KL 15 Klemme 15
KL 30 Klemme 30
P1 und P2 vorgegebene Position
S1 Schalter
Sensor Sensoreinheit
ZS Zündschalter

Claims

1. Elektronischer Winkelsensor mit einem Meßbereich größer als 360° für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Positionserfassungsschaltung, die die Winkelposition innerhalb einer Umdrehung erfaßt und
mit einem elektronischen Umdrehungszähler,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkelsensor einen Schalter aufweist, der bei mindestens zwei vorgegebenen Winkelpositionen ein elektrisches Speicherelement zur Aufladung elektrisch mit der Kraftfahrzeugbatterie verbindet und an anderen Winkelpositionen das Speicherelement zur Spannungsversorgung nutzt.

2. Elektronischer Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Speicherelement ein Kondensator ist.

3. Elektronischer Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Speicherelement ein Akkumulator oder eine Hilfsbatterie ist. 4. Elektronischer Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter als Reedschalter ausgeführt ist.

5. Elektronischer Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Umschalter ist, der in seiner Ruheposition das Speicherelement mit Spannungsversorgungsanschlüssen der Positionserfassungsschaltung verbindet.