DE10146949A1 - Aktiver Magnetsensor für elektronische Bremssysteme - Google Patents

Abstract

Beschrieben ist ein aktiver Magnetsensor, insbesondere zur Erfassung des Drehverhaltens eines Rades, umfassend einen magnetoelektrischen Wandler (2), der mit einem Modulator (5) elektrisch verbunden ist, eine Stromquellengruppe (4), die den an Sensorausgang (k¶3¶, k¶4¶) ausgegebenen Signalstrom steuert, welcher gekennzeichnet ist durch eine Unterspannungsüberwachungsschaltung (10), welche mit Sensorausgang (k¶3¶, k¶4¶) verbunden ist, welche das an Sensorausgang (k¶3¶, k¶4¶) anliegende elektrische Signal auf das Unterschreiten einer ersten vorgegebenen Schwellenspannung (V¶U¶) hin überwacht und welche in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Überwachung den an Sensorausgang (k¶3¶, k¶4¶) ausgegebenen Signalstrom durch Beeinflussung der Stromquellengruppe (4) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft einen aktiven Sensor gemäß Oberbe­ griff von Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 9.

Aktive Sensoren zur Raddrehzahlerfassung in Kraftfahrzeug­ antiblockiersystemen (ABS) und Fahrdynamikregelungen (ESP) sind bekannt. In der Deutschen Patentanmeldung DE 196 34 715 A1 ist ein gattungsgemäßer Sensor zur Erfassung der Raddreh­ zahl beschrieben, welcher über eine zweipolige Stromschnitt­ stelle zur Übertragung der Raddrehzahlinformation mit einem elektronischen Bremsensteuergerät (ECU) verbunden ist. Die elektrische Versorgung eines entsprechenden "aktiven Sen­ sors" erfolgt über eine mit dem elektronischen Bremsensteu­ ergerät verbundene Signalschnittstelle.

Es hat sich gezeigt, daß im Betrieb von Raddrehzahlsensoren im Bereich der elektrischen Zuführung zwischen elektroni­ schem Steuergerät und Sensor ein unerwünscht hoher ohmscher Widerstand, verursacht beispielsweise durch Korrosion an den Steckverbindungen, auftreten kann, welcher den ordnungsgemä­ ßen Betrieb des Raddrehzahlsensors beeinträchtigt. Eine Er­ kennung entsprechender Fehler ist häufig beispielsweise dann erschwert, wenn hochohmige Kontakte nur zeitweise auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Raddreh­ zahlsensor vorzuschlagen, welcher eine Erkennung von Lei­ tungsfehlern durch ein mit dem Sensor verbundenes elektroni­ sches Steuergerät erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen aktiven Sensor gemäß Anspruch 1.

Unter einem aktiven Sensor wird im Sinne der Erfindung ein Sensor mit elektronischen Bauelementen zur Auswertung des elektrischen Signals eines magnetoelektrischen Wandlers (Hall-Sensor oder magnetoresistiver Sensor) verstanden, wo­ bei die in der Regel aktiven elektronischen Bauelemente über den oder die Signalausgänge des Sensors elektrisch versorgt werden.

In einer Anordnung zur Erfassung der Drehzahl eines Kraft­ fahrzeugrades ist in der Regel ein sogenannter Encoder, wel­ cher ein Stahlzahnrad oder ein periodisch magnetisierter Ring sein kann, mit einem Radlager oder in sonstiger Weise verbunden. Durch den Encoder wird der magnetoelektrische Wandler während dessen Drehung magnetisch erregt, so daß dieser ein periodisches elektrisches Signal, z. B. mit einer Periodenzahl, die der Anzahl der am Sensor vorbeibewegten Zähnezahl entspricht, erzeugt. Aus dem elektrischen periodi­ schen Signal werden dann gemäß einer weiter unten beschrie­ benen besonders bevorzugten Ausführungsform rechteckförmige Raddrehzahlimpulse erzeugt, die an ein elektronisches Steu­ ergerät über eine Stromschnittstelle übertragen werden.

Der Sensor nach der Erfindung kann zwei oder drei Ausgangs­ leitungen zur Verbindung mit einem elektronischen Steuerge­ rät aufweisen. Der Sensor kann auch als sogenannter "Ein- Draht-Sensor" ausgeführt sein, wenn eine der elektrischen Zuleitungen als Masseanschluß über die Fahrzeugkarosserie geführt wird.

Vorzugsweise weist der aktive Sensor nach der Erfindung eine Zweidraht-Stromschnittstelle auf.

Mit dem aktiven Magnetsensor nach der Erfindung können Rad­ drehzahlinformationen an ein Steuergerät eines elektroni­ schen Bremssystems über eine Stromschnittstelle übertragen werden. Vorzugsweise werden daher durch die Stromquellen­ gruppe auf den Signalstrom Drehzahlstromimpulse aufmodu­ liert, die insbesondere rechteckförmig sind. Besonders be­ vorzugt handelt es sich um Stromimpulse, welche eine fest definierte Länge besitzen, so daß die Drehzahlinformation durch den Abstand der Impulse angegeben wird.

Durch die Unterspannungsüberwachungsschaltung wird der Strom am Ausgang des Sensors beeinflußt, wenn eine Unterspannung erkannt wurde durch Vergleich der aktuellen Spannung mit ei­ nem vorgegebenen Schwellenwert, welcher zweckmäßigerweise mit einem Komparator durchgeführt wird. Wird der vorgegebene Schwellenwert unterschritten, veranlaßt die Unterspannungs­ überwachungsschaltung bevorzugt die Ausgabe eines charakte­ ristischen Signalmusters, welches bezüglich der im Normalbe­ trieb vorkommenden Signale signifikant unterschiedlich ist. Bei diesem Signal handelt es sich insbesondere um einen niedrigen Konstantstrom, welcher unterhalb der Amplituden der übertragbaren Impulse liegt.

Zwischen den Drehzahlstromimpulsen können durch die Strom­ quellengruppe auf den Signalstrom bevorzugt Zusatzstromim­ pulse zur Übertragung von Zusatzinformationen aufmoduliert werden. Diese Zusatzsignale haben zweckmäßigerweise eine ge­ ringere Amplitude als die Raddrehzahlimpulse.

Der Magnetsensor umfaßt vorzugsweise auch eine Beobachtungs­ schaltung entsprechend der Anordnung in der oben erwähnten DE 196 34 715 A1, welche in Abhängigkeit der Spannung am Sensorausgang eine Einspeisung von Zusatzsignalen auf das Drehzahlsignal, insbesondere durch Beeinflussung der in Sen­ sor vorhandenen Stromquellengruppe oder des vorhandenen Mo­ dulators, vornimmt. Hierdurch kann der Magnetsensor auf von außen über den "Ausgang" zugeführte Spannungsmodulationen zum Zwecke der Signalübermittlung an den Sensor reagieren. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn durch ein elektro­ nisches Steuergerät der Sensor aufgefordert werden soll, ei­ ne bestimmte Zusatzinformation zwischen einem der nachfoh­ genden Raddrehzahlimpulse über die Stromschnittstelle zu senden.

Wird keine von außen aktivierbare oder beeinflußbare Über­ tragung von Zusatzsignalen oder sogar keinerlei Zusatzdaten­ übertragung gewünscht, kann der aktive Sensor auch ohne eine Beobachterschaltung ausgelegt sein.

Vorzugsweise ist der magnetoelektrische Wandler in einer vom Sensormodul getrennten Gehäuseeinheit angeordnet.

Es ist aber auch möglich, daß der magnetoelektrische Wandler innerhalb des Sensormoduls angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung gemäß Anspruch 9, bestehend aus dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ma­ gnetsensor und mindestens einem elektronischen Steuergerät, welches insbesondere Bestandteil einer integrierten elektro­ hydraulischen Bremsensteuerungseinheit ist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Es zeigen

Fig. 1 einen aktiven Sensor nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen aktiven Sensor gemäß der Erfindung, und

Fig. 3 eine Darstellung des Signalverlaufs am Ausgang ei­ nes Aktivsensors.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Funktionselemente eines akti­ ven Sensors entsprechend der DE 196 34 715 A1 in schemati­ scher Darstellung. Ein Sensormodul 1 und ein elektronisches Steuergerät eines ABS-Reglers (ECU) 9 sind über eine Zwei­ drahtleitung 7, 8 miteinander verbunden. Encoder 3 ist ein permanentmagnetischer Encoder mit einer ringförmig geschlos­ senen Folge von aufmagnetisierten Nord-/Südpol-Arealen. En­ coder 3 ist über einen Luftspalt magnetisch an eine magneto­ resistive Brückenschaltung 2 gekoppelt, welche innerhalb des Sensormoduls 1 angeordnet ist.

Zum Betrieb des Sensormoduls 1 ist eine Betriebsspannung V_B erforderlich, die von der ECU an den Klemmen K₁ und K₂ be­ reitgestellt wird, welche über eine Sensorleitung 7, 8 mit Klemmen K₃ und K₄ (Sensorausgang) verbunden sind. Über Klem­ men K₃ und K₄ des Sensormoduls fließt ein durch das Sensormo­ dul gesteuerter Signalstrom I_S zur ECU, auf den die Raddreh­ zahlinformation in Form von rechteckförmigen Stromimpulsen aufgeprägt ist, wobei der Signalstrom zwischen zwei Strompe­ geln im Takt der durch Encoder 3 vorgegebenen Pulsfolge wechselt. Diese Pulsfolge ist in Teilbild b) von Fig. 3 in­ nerhalb der Zeitabschnitte t₀-t₁ oder auch t₂-t₃ für einen Sensor ohne Zusatzsignalschnittstelle dargestellt.

Bei einem Sensor mit Zusatzdatenschnittstelle werden auf den Signalstrom entsprechend Teilbild c) von Fig. 3 Zusatzinfor­ mationen in Form einzelner Bits, z. B. über den Bremsbelag­ verschleiß, den Luftspalt oder die Drehrichtung, zwischen den Drehzahlimpulsen übertragen. Diese Zusatzbits werden in Form einzelner Stromimpulse in an sich bekannter Manchester- Kodierung aufmoduliert, so daß beispielsweise Signalmuster, wie nach Teilbild c) in Fig. 3 innerhalb der Zeitabschnitte t₀-t₁ und t₂-t₃ dargestellt, entstehen. Wie weiter unten näher erläutert wird, besitzen die Raddrehzahlimpulse bei Sensoren mit einer Einrichtung zur Übertragung von Zusatzin­ formationen eine größere Amplitude als die Raddrehzahlsenso­ ren ohne eine entsprechende Einrichtung.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist in Sensormodul 1 eine Beob­ achtungsschaltung 6, an den das Sensormodul mit der. ECU 9 verbindenden Ausgang angeschlossen ist, integriert. Beobach­ tungsschaltung 6 ist mit Klemmen K₃ und K₄ verbunden, so daß die Signalspannung zum Zwecke der Kommunikation mit dem elektronischen Steuergerät abgegriffen werden kann. Beobach­ tungsschaltung 6 überwacht und steuert Modulator 5 in Abhän­ gigkeit von dem Signalzustand auf den Verbindungsleitungen 7, 8. Hierdurch kann die Akzeptanz oder Verarbeitung der über einen Zusatzanschluß K₅ zugeführten Information oder Signale in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien, Signalzuständen oder Zeitvorgaben, welche durch das elektronische Steuerge­ rät über die Stromschnittstelle zum Sensor gesendet werden, gesteuert werden. Die Beobachtungsschaltung 6 wirkt zu die­ sem Zweck auf einen Modulator 5, welcher z. B. bei einer Auf­ forderung durch das elektronische Steuergerät eine Folge von Zusatzsignalen zwischen den Raddrehzahlimpulsen einfügt.

In Fig. 2 ist ein aktiver Sensor nach der Erfindung darge­ stellt, welcher zusätzlich zu dem in Fig. 1 dargestellten Sensor eine Spannungsüberwachungsschaltung 10 enthält. Spannungsüberwachungsschaltung 10 kontrolliert die Klemmen K₃ und K₄ durch Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wird z. B. durch einen unerwünscht hohen Widerstand im Be­ reich der Zuleitungen 7, 8 der vorgegebene Schwellenwert für die von der ECU gelieferten Versorgungsspannung unter­ schritten, veranlaßt Schaltung 10 die Ausgabe eines Dauer­ stroms mit konstantem Signalpegel U_D, welcher unterhalb der im Normalbetrieb vorkommenden Strompegel der Signalimpulse liegt.

Die Unterspannungsüberwachung kann so aufgebaut sein, daß die Klemmenspannung gegen eine interne Spannungsreferenz mittels eines Komparationsfensters verglichen wird, um zwi­ schen V_U und V_R umzuschalten. Im Fall einer Spannung von V_U wird die interne Stromquelle in Stromquelleneinheit 4 mit dem Wert I_L = 7 mA auf die Hälfte des Stroms (3,5 mA) einge­ stellt und die anderen darin enthaltenen weiteren Stromquel­ len, welche zur Erzeugung der Stromwerten 14 mA beziehungs­ weise auch 28 mA vorgesehen sind, abgeschaltet.

Fig. 3 stellt in Teilbild c) die Funktionsweise der Span­ nungsüberwachungsschaltung 10 am Signalverlauf des Sensor­ ausgangs eines Sensors nach Fig. 2 an den Klemmen K₃ und K₄ dar. Dieser Sensor weist eine 3-Pegelschnittstelle mit stan­ dardisierten Strompegelsollwerten auf, die unter Berücksich­ tigung von geeigneten Toleranzbereichen mit I_L/I_M/I_H = 7 mA/14 mA/28 mA festgelegt sind.

Teilbild b) zeigt das Signal am Beispiel eines aktiven Sen­ sors ohne Zusatzsignalfunktion, welcher eine 2- Pegelschnittstelle mit den festgelegten Strompegelsollwerten I_L/I_M = 7 mA/14 mA aufweist.

In Teilbild a) ist beispielhaft der zeitliche Verlauf der an Klemmen K₃ und K₄ anliegenden Versorgungsspannung bei einem Einbruch der Sensorversorgungsspannung V_S dargestellt. Wenn die ECU 9 eine Versorgungsspannung mit der Spannung V_B be­ reitstellt, vermindert sich V_B bei Erhöhung der Zuleitungswi­ derstände 11 und 12 auf V_S = I_S × (R₁ + R₂). Sobald V_S, wie in Teilbild a) dargestellt, zum Zeitpunkt t₁ einen unte­ ren Grenzwert V_U erreicht bzw. unterschreitet, schaltet der Signalstrom in den Teilbildern b) und c) auf den konstanten Diagnosepegel I_UD um und verharrt bei diesem Pegel bis zum Überschreiten einer Spannung V_R zum Zeitpunkt t₂ (Teilbild a)), wodurch die Rückkehr zum ursprünglichen Signalstrommu­ ster bewirkt wird. Geeignete Werte von V_U liegen in einem Be­ reich von weniger als etwa 3 bis 5,5 V. Der Strom I_UD kann auf einen Sollwert im Bereich von etwa 1 bis 6 mA, insbeson­ dere auf einen Sollwert im Bereich von etwa 3 bis 4 mA fest­ gelegt werden.

Die besagte Schalthysterese wird bewirkt, in dem Schwelle V_R, welche die Rückkehr zur normalen Signalübertragung auslöst, höher liegt als Schwelle V_U. Sinnvolle Werte von V_R liegen zwischen etwa 5,5 und 7 V.

Claims (9)

1. Aktiver Magnetsensor, insbesondere zur Erfassung des Drehverhaltens eines Rades, umfassend einen magnetoelek­ trischen Wandler (2), welcher mit einem Modulator (5) elektrisch verbunden ist, eine Stromquellengruppe (4) umfassend eine oder mehrere Stromquellen, die den an Sensorausgang (k₃, k₄) ausgegebenen Signalstrom steuert, gekennzeichnet durch eine Unterspannungsüberwachungs­ schaltung (10), welche mit Sensorausgang (k₃, k₄) verbun­ den ist, welche das an Sensorausgang (k₃, k₄) anliegende elektrische Signal auf das Unterschreiten einer ersten vorgegebenen Schwellenspannung (V_U) hin überwacht und welche in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Überwachung den an Sensorausgang (k₃, k₄) ausgegebenen Signalstrom durch Beeinflussung der Stromquellengruppe (4) steuert.

2. Magnetsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Stromquellengruppe auf den Signalstrom Drehzahlstromimpulse aufmoduliert werden, die eine Bewe­ gungsinformation eines am Wandler vorbeibewegten Enco­ ders (3) repräsentieren.

3. Magnetsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zeitlichen Verlauf zwischen den Drehzahlstromim­ pulsen Zusatzstromimpulse auf den Signalstrom durch die Stromquellengruppe aufmoduliert werden.

4. Magnetsensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser eine Beobachtungs­ schaltung (6) umfaßt, welche in Abhängigkeit der Span­ nung an Sensorausgang (k₃, k₄) eine Einspeisung von Zu­ satzsignalen auf das Drehzahlsignal vornimmt.

5. Magnetsensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (4), der Modulator (5) und die Überwachungsschaltung (10) und ggf. die Beobachtungsschaltung (6) in einem Sensormodul (1) zusammengefaßt sind.

6. Magnetsensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterspannungsüberwa­ chungsschaltung (10) nach dem Erkennen einer Spannung unterhalb der ersten Schwellenspannung (V_U) für eine be­ stimmte Zeit ein Unterspannungsstromsignal auslöst.

7. Magnetsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterspannungsüberwachungsschaltung (10) so aus­ gelegt ist, daß das nach der Erkennung einer Unterspan­ nung erzeugte Unterspannungsstromsignal erst dann been­ det wird, wenn die Spannung oberhalb einer weiteren Schwellenspannung (V_R) liegt, wobei die weitere Schwel­ lenspannung größer ist, als die erste Schwellenspannung.

8. Magnetsensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Unter­ spannung durch das Ausgeben eines Konstantstroms (I_UD) an dem Sensorausgang signalisiert wird.

9. Anordnung bestehend aus einem aktiven Magnetsensor gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 und mindestens einem elektronischen Steuergerät (9), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannung an Ausgang (k₃, k₄) durch das Steuergerät (9) zum Zwecke der Signalübertragung abge­ senkt wird und dieses Signal im aktiven Magnetsensor durch eine Beobachtungsschaltung (6) registriert wird.