DE102005010692A1

DE102005010692A1 - Sensoreinrichtung und Verfahren zur Verwendung einer Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102005010692A1
Application number: DE200510010692
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. Keller; Martin Rossmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-14

Abstract

Es wird eine Sensoreinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, umfassend einen Sensor (1) zur Erfassung der zu messenden Größe, welche zumindest einen Referenzsensor (2) zur Erfassung und Überwachung zumindest einer Störgröße für den Sensor (1) umfasst, derart, dass durch die Erfassung einer Störgröße, die das Messsignal des Sensors (1) beeinflussen kann, das System in einen sicheren bzw. bestimmten Zustand bringbar ist, bevor die Störgröße das Messsignal des Sensors (1) beeinflusst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.

Nach dem Stand der Technik werden heutzutage in Kraftfahrzeugen zu Automatisierungszwecken immer mehr Sensoren eingesetzt, welche auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien basieren. In nachteiliger Weise können hierbei die Sensoren durch Störgrößen, wie beispielsweise externe magnetische Felder, beeinflusst werden.

Derartige Sensoren umfassen z. B. einen Permanentmagneten, der als Messobjekt dient, dessen Position vom Sensor berührungslos erfasst wird. In der Automobiltechnik werden sie beispielsweise zur Positionserfassung von Stelleinrichtungen eingesetzt. Hierbei kann es vorkommen, dass, wenn das Fahrzeug in der Nähe von Hochstromleitungen, beispielsweise in der Nähe von Bahnübergängen oder elektrischen Schmelzöfen oder z.B. auf einem Schrottplatz in der Nähe eines elektromagnetischen Lasthubmagneten vorbeifährt, die Überlagerung der magnetischen Feldlinien zu einer Verfälschung des Wegsignals führt. Das verfälschte Wegsignal kann zwar noch im für die Regelungseinheit gültigen Bereich liegen, aber dazu führen, dass die Regelung versucht, den Sollwert beizubehalten, so dass die Stelleinrichtung angesteuert wird.

Im Gegensatz zu anderen elektrischen Fehlern, beispielsweise zu sensorinternen Fehlern, Kurzschlüssen, etc., bei denen der eigentliche Sensor ein Fehlersignal ausgeben kann, durch das die Regelungseinheit erkennen kann, dass der Sensor defekt ist, so dass der gelieferte Sensorwert nicht mehr ver wendet wird, ist eine derartige Vorgehensweise für die Beeinflussung eines Sensors durch externe Störgrößen, beispielsweise durch Magnetfelder, nicht bekannt.

Um eine Beeinflussung eines Sensors durch Störgrößen zu vermeiden, ist aus dem Stand der Technik bekannt, die eingesetzten Sensoren zum Teil mit hohem Aufwand gegen diese Störgrößen abzuschirmen.

Beispielsweise ist aus der EP 0 646 775 A1 eine Vorrichtung zur Drehwinkeldetektierung bekannt, bei der eine Trägeranordnung einen Magneten und in dessen Nachbarschaft magnetisch empfindliche Sensoren trägt, wobei eine Abschirmvorrichtung vorgesehen ist, die räumlich zwischen dem Magneten und den Sensoren angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Abschirmvorrichtung die Form eines flächigen Körpers auf, dessen Dicke im Vergleich zu dessen flächiger Ausdehnung gering ist.

Aus der DE 197 18 024 C2 ist ein Weg-/Winkelsensor bekannt, umfassend eine an einem Träger angeordnete, mit einer Wechselspannung beaufschlagte Potentiometerbahn, eine an demselben Träger angeordnete Kollektorbahn, eine über der Potentiometerbahn verschieblich geführte erste Sonde und eine elektrisch mit dieser gekoppelte, über der Kollektorbahn verschieblich geführte zweite Sonde, bei dem auf Massepotential liegende Abschirmflächen vorgesehen sind, welche die Potentiometerbahn, die Kollektorbahn und die über diesen geführten Sonden derart umgeben, dass sowohl die Potentiometerbahn zusammen mit der ihr zugeordneten verschieblich geführten ersten Sonde als auch die Kollektorbahn zusammen mit der ihr zugeordneten verschieblich geführten zweiten Sonde in jeweils voneinander räumlich getrennten, abgeschirmten Räumen angeordnet sind. Durch diese Konstruktion sollen durch elektromagnetische Felder und durch parasitäre Kapazitäten und Ver lustwiderstände hervorgerufene Störeinflüsse minimiert werden, so dass die Messpräzision des Weg-/Winkelsensors erhöht wird.

Des weiteren ist aus der EP 0 871 012 B1 ein durch Mikrobearbeitung hergestellter induktiver Sensor bekannt, der kontaktfrei und über ein ausgestrahltes magnetisches Wechselfeld eine Detektion der Position und/oder der Bewegung eines Gegenstandes erlaubt, der in der Lage ist, dieses magnetische Feld zu modifizieren und zu diesem Zweck zumindest eine Diskontinuität aufweist, wobei der Sensor mindestens eine planare Sendespule zum Ausstrahlen des magnetischen Sendefeldes und mindestens eine planare Empfangsspule umfasst. Die Empfangsspule ist derart angeordnet, dass sie einen vorgegebenen Teil des Feldes und die durch die Diskontinuität des Gegenstandes hervorgerufenen Änderungen dieses magnetischen Teils auffängt, wobei die Spulen auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet und durch ausgewählte photolithographische Bearbeitungsvorgänge hergestellt sind. Hierbei ist zumindest in denjenigen Bereichen des Substrates, in denen die Sendespule benachbart zu der Empfangsspule ist, mindestens ein Abschirmbereich vorgesehen, der von den Spulen galvanisch unabhängig und mit einem Referenzpotential verbunden ist, wobei der Abschirmbereich von einer auf dem Substrat abgelagerten Metallisierungsschicht gebildet wird.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen werden aufgrund der Notwendigkeit von Abschirmmaßnahmen die Herstellungs- und Montagekosten erhöht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, bei der eine hohe Messgenauigkeit ohne die Notwendigkeit einer Abschirmung gewährleistet ist. Des weiteren soll ein Verfahren zur Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird für eine Sensoreinrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 4. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.

Demnach wird eine Sensoreinrichtung vorgeschlagen, umfassend einen Sensor zum Erfassen der zu messenden Größe und zumindest einen zusätzlichen Sensor (Referenzsensor), welcher zumindest eine Störgröße überwacht und erfasst. Auf diese Weise wird durch die Erfassung einer Störgröße, die das Messsignal des Sensors beeinflussen kann, das System in einen sicheren bzw. bestimmten Zustand gebracht, bevor die Störgröße das Messsignal des Sensors beeinflusst.

Gemäß der Erfindung kann der zusätzliche Sensor (Referenzsensor) zur Erfassung der Störgröße in unmittelbarer Nähe des Sensors oder im Sensor angeordnet sein. Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Referenzsensor am Kabelbaum, im Steuergerät oder an der Auswerteeinheit für die Sensorsignale angeordnet sein.

Wenn vom zusätzlichen Sensor bzw. dem Referenzsensor eine Störgröße erfasst wird, deren Betrag zu einem Messfehler der vom Sensor zu messenden Größe führen kann, kann ein redundantes Signal oder ein im Steuergerät gespeicherter Wert, von dem ausgegangen wird, dass er noch korrekt ist, verwendet werden. In vorteilhafter Weise kann bei Erkennung einer derartigen Störgröße der Fahrer durch die Getriebesteuerung durch optische und/oder akustische Warnsignale gewarnt werden. Ferner ist es möglich, dass von der Steuerung ein sicherer Zustand des die Messgröße des Sensors verwendenden Systems eingestellt wird.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption entfällt die Notwendigkeit einer Abschirmung; zudem werden genaue Messergebnisse geliefert. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann überall eingesetzt werden, wo nach dem Stand der Technik eine Abschirmung erforderlich ist, beispielsweise bei Wegsensoren, die auf dem PLCD-Prinzip basieren.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip ist auch für die Erkennung von elektromagnetischen Einflüssen (EMV) einsetzbar.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine schematische Anordnung eines auf dem PLCD-Prinzip basierenden Wegsensors und des Referenzsensors darstellt, beispielhaft näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung umfasst einen Sensor 1 zur Erfassung der zu messenden Größe und zumindest einen Referenzsensor 2 zur Erfassung und Überwachung der Störgröße. Als Störgröße wird ein externes Magnetfeld 3 betrachtet, welches beispielsweise durch einen externen Magneten 8, einen stromdurchflossenen Leiter oder einen Elektromagneten erzeugt wird. Dabei ist es grundsätzlich egal, um welche Art von Sensoren es sich hier handelt. Denkbar sind alle Sensoren, welche auf dem (elektro-) magnetischen Prinzip beruhen, unabhängig davon, welche physikalische Größe erfaßt wird. Beispielsweise kann dieses Verfahren bei Sensoren zur Erfassung von Strecken, Momenten, Druck, Kraft, Temperatur, Strahlung oder Beschleunigung verwendet werden.
Der Referenzsensor 2 ist derart angeordnet, dass die Feldlinien des externen Magnetfeldes 3 erkannt werden können; im vorliegenden Fall ist die Komponente der Feldlinien des externen Magnetfeldes 3 in x-Richtung für die Funktionsweise bzw. Messgenauigkeit des Sensors 1 relevant. Der Referenz sensor 2 ist vorzugsweise unmittelbar in der Nähe des Sensors 1, am Kabelbaum, im Steuergerät oder an der Auswerteeinheit 4 angeordnet.
Zur berührungslosen Ansteuerung des Sensors 1 ist ein Magnet 5 vorgesehen, dessen Magnetfeld (internes Magnetfeld) 6 den Sensor 1 ansteuert. Wie aus der Figur ersichtlich, kann durch die Überschneidung 7 des Magnetfeldes 6 des Magneten 5 mit dem externen Magnetfeld 3 die Messung durch den Sensor 1 beeinflusst werden.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Referenzsensor zur Erfassung und Überwachung der Störgröße wird eine das Messergebnis des Sensors 1 beeinflussende Störgröße erfasst und gleichzeitig wird das die Messgröße des Sensors 1 verwendende System in einen sicheren bzw. bestimmten Zustand gebracht. In der Figur ist mit 9 eine Leitung für das Signal des Sensors 1 und mit 10 die Leitung für das Signal des Referenzsensors 2 bezeichnet.
Im Rahmen des Verfahrens zur Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung wird vorgeschlagen, dass, wenn vom Referenzsensor 2 eine Störgröße erfasst wird, deren Betrag zu einem Messfehler der vom Sensor 1 zu messenden Größe führen kann, ein redundantes Signal oder ein im Steuergerät gespeicherter Wert verwendet wird, von dem ausgegangen wird, dass er noch korrekt ist.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung des Sensors und des Referenzsensors an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion der Sensoreinrichtung, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in der Figur oder in der Beschreibung dargestellt sind.

1: Sensor
2: Referenzsensor
3: externes Magnetfeld
4: Auswerteeinheit
5: Magnet
6: Magnetfeld, internes Magnetfeld
7: Überschneidung des internen mit dem externen Magnetfeld
8: externer Magnet
9: Signalleitung
10: Signalleitung

Claims

Sensoreinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Sensor zur Erfassung der zu messenden Größe, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Referenzsensor (2) zur Erfassung und Überwachung zumindest einer Störgröße für den Sensor (1) umfasst, derart, dass durch die Erfassung einer Störgröße, die das Messsignal des Sensors (1) beeinflussen kann, das System in einen sicheren bzw. bestimmten Zustand bringbar ist, bevor die Störgröße das Messsignal des Sensors (1) beeinflusst.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzsensor (2) unmittelbar in der Nähe des Sensors (1), am Kabelbaum, im Steuergerät oder an der Auswerteeinheit (4) für die Sensorsignale angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzsensor (2) derart ausgelegt ist, dass er ein externes Magnetfeld (3) überwacht und erfasst.
Verfahren zur Verwendung einer Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass vom Referenzsensor (2) eine Störgröße erfasst wird, deren Betrag zu einem Messfehler der vom Sensor (1) zu messenden Größe führen kann, ein redundantes Signal oder ein im Steuergerät gespeicherter Wert, von dem ausgegangen wird, dass er noch korrekt ist, verwendet wird.
Verfahren zur Verwendung einer Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer Störgröße, deren Betrag zu einem Messfehler der vom Sensor (1) zu messenden Größe führen kann, der Fahrer durch die Getriebesteuerung durch optische und/oder akustische Warnsignale gewarnt wird.
Verfahren zur Verwendung einer Sensoreinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung einer Störgröße, deren Betrag zu einem Messfehler der vom Sensor (1) zu messenden Größe führen kann, von der Steuerung ein sicherer Zustand des die Messgröße des Sensors (1) verwendenden Systems eingestellt wird.