DE102005027362A1 - Method for determining a switching point in the evaluation of the signals of a magnetic sensor arrangement - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Schaltpunktes bei einer Magnetsensoranordnung vorgeschlagen, bei dem die durch ein bewegtes Geberelement (1) verursachten Schaltflanken in der Magnetsensoranordnung (2) dadurch ausgewertet werden, dass das Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes zu einer Signalabgabe führt. Das Ausgangssignal (110) der Magnetsensoranordnung wird in einem vorgegebenen zeitlichen Fenster des Signalbereichs analysiert und ein optimaler Schaltpunkt (E, F) hinsichtlich der Steigung (111) und/oder der Lage im Bereich des Nulldurchgangs der Schwingung des Ausgangssignals (110) ermittelt.A method for determining a switching point in a magnetic sensor arrangement is proposed, in which the switching edges caused by a moving transmitter element (1) in the magnetic sensor arrangement (2) are evaluated by the fact that the exceeding or falling below of a threshold value leads to a signal output. The output signal (110) of the magnetic sensor arrangement is analyzed in a predetermined time window of the signal range and an optimal switching point (E, F) with respect to the slope (111) and / or the position in the region of the zero crossing of the oscillation of the output signal (110) determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Schaltpunktes bei der Auswertung der Signale einer Magnetsensoranordnung, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The The invention relates to a method for determining a switching point in the evaluation of the signals of a magnetic sensor arrangement, according to Preamble of the main claim.
Bekannt sind Magnetsensoranordnungen als aktive Drehzahl- und Positionssensoren, wie sie zum Beispiel zur Steuerung von Motoren oder auch in Getriebe- oder Fahrdynamiksteuerungen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Hierbei beruhen insbesondere inkrementelle Sensoren häufig auf der Detektion eines differenziellen Magnetfeldes. Ein durch ein magnetfeldbeeinflussendes Geberelement moduliertes magnetisches Eingangssignal wird mit einem geeigneten Sensor zum Beispiel durch den Hall- oder den sogenannten XMR-Effekt in eine elektrische Spannung umgewandelt. Die ses periodische Signal wird einem Vergleicher zugeführt, der es abhängig davon, ob das elektrische Signal oberhalb oder unterhalb einer Schaltschwelle liegt, in ein binäres Signal umwandelt.Known are magnetic sensor arrays as active speed and position sensors, as for example For controlling motors or in transmission or vehicle dynamics controls used in motor vehicles. This is based in particular incremental sensors frequently on the detection of a differential magnetic field. One by one Magnetically influencing donor element modulated magnetic Input signal is detected by a suitable sensor, for example the Hall or the so-called XMR effect in an electrical voltage transformed. This periodic signal is fed to a comparator which it depends on whether the electrical signal above or below a switching threshold lies in a binary Signal converts.
Für sich gesehen ist es bekannt, dass diese Sensoren mit einem Vergleicher mit fester Hysterese, z.B. ein sog. Schmitt-Trigger, eingesetzt werden. Hiermit wird ein Versatz des Schaltpunktes aus dem Nulldurchgang des magnetischen Signals heraus bewirkt. Bei einer sinusförmigen Anregung führt dies jedoch zu einer Verschlechterung des Jitterverhaltens, da die Steigung des magnetischen Signals im Nulldurchgang maximal ist.Seen individually It is known that these sensors are fixed with a comparator Hysteresis, e.g. a so-called Schmitt trigger. Herewith is an offset of the switching point from the zero crossing of the magnetic Signals out. With a sinusoidal excitation this leads but to a deterioration of Jitterverhaltens, since the slope of the magnetic signal at the zero crossing is maximum.
Aus
der
Weiterhin
ist auch aus der
Stand der Technik ist somit zusammenfassend der Einsatz von festen Schaltschwellen mit fester Hysterese bzw. die Anpassung im Betrieb auf die Signalamplitude bzw. den Peak-Peak-Betrag der magnetischen Eingangssignale.was standing The technique is thus summarized the use of fixed switching thresholds with fixed hysteresis or the adaptation during operation to the signal amplitude or the peak-peak amount of the magnetic input signals.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eignen sich für Magnetfelder, die über der Zeit einen sinusförmigen Verlauf zeigen. Insbesondere bei hallbasierten Differenzfeld-Sensoren sind diese Magnetfelder für große Teilungen von Geberrädern als magnetfeldbeeinflussende Geberelemente jedoch nicht mehr sinusförmig, sondern weisen Sattelpunke auf. Die magnetische Position des Sattelpunktes ist dabei abhängig von der Position des Sensors gegenüber dem Geberrad.The known from the prior art methods are suitable for magnetic fields, the above the time a sinusoidal Show course. Especially for hall-based differential field sensors are these magnetic fields for size Divisions of encoder wheels as magnetic field-influencing donor elements but no longer sinusoidal, but show saddlepoles. The magnetic position of the saddle point depends on it from the position of the sensor relative to the encoder wheel.
Abhängig vom meridialen Versatz des Sensors kann man typischerweise einen vertikalen Versatz des Sattelpunktes bis +/–20% des Peak-Peak-Wertes aus dem Nullpunkt heraus beobachten. Liegt die Schaltschwelle des Sensors auf der Höhe des Sattelpunktes, so schaltet der Sensor nicht eindeutig definiert und sein Ausgangssignal zeigt einen deutlich erhöhten Jitter, was die Nutzbarkeit des Signals als Messgröße zur Ermittelung z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem Drehzahlsensor stark verschlechtert.Depending on Meridial displacement of the sensor can typically be a vertical Offset of the saddle point to +/- 20% of the peak-peak value Watch out the zero point. Is the switching threshold of the sensor at the height of the saddle point, the sensor does not switch clearly defined and its output signal shows a significantly increased jitter, what the usability of the signal as a measure for the determination e.g. the vehicle speed at a speed sensor strong deteriorated.
Eine Lösung des eingangs beschriebenen Problems kann durch die Wahl einer Hysterese in der Weise erfolgen, dass die resultierenden Schaltpunkte immer mehr als 20% vom offsetkorrigierten Nullpunkt des Signals entfernt liegen. Der Nachteil eines solchen Ansatzes liegt darin, dass im Falle einer sinusförmigen Anregung der Schaltpunkt weit vom optimalen Schaltpunkt bei Null entfernt liegt und damit der Jitter erhöht wird. Weiterhin verschlechtert die Erhöhung der Hysterese das Verhalten des Sensors im Falle von Luftspaltsprüngen, die kurzzeitig deutlich verringerte Signalamplituden erzeugen. Liegen diese unterhalb der eingestellten 20% der Ursprungsamplitude so gehen Sensorsignale verloren.A solution The problem described at the outset can be explained by the choice of a hysteresis done in such a way that the resulting switching points always more than 20% of the offset-corrected zero point of the signal lie. The disadvantage of such an approach is that in the Trap of a sinusoidal Excitation of the switching point far from the optimum switching point at zero is removed and thus the jitter is increased. Continues to deteriorate the increase the hysteresis the behavior of the sensor in the case of air gap jumps, the briefly generate significantly reduced signal amplitudes. Lie these below the set 20% of the original amplitude so sensor signals are lost.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Bei einer Weiterbildung des eingangs genannten Verfahrens zur Bestimmung eines Schaltpunktes bei einer Magnetsensoranordnung, bei dem die durch ein bewegtes Geberelement verursachten Schaltflanken in der Magnetsensoranordnung dadurch ausgewertet werden, dass das Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes zu einer Signalabgabe führt, wird das Ausgangssignal der Magnetsensoranordnung erfindungsgemäß in einem vorgegebenen zeitlichen Fenster des Signalbereichs analysiert und ein optimaler Schaltpunkt hinsichtlich der Steigung und/oder der Lage im Bereich des Nulldurchgangs der Schwingung des Ausgangssignals ermittelt.In a development of the aforementioned method for determining a switching point in a magnetic sensor arrangement, in which the switching edges caused by a moving encoder element in the magnetic sensor arrangement are evaluated by the fact that the over- or Un According to the invention, the output signal of the magnetic sensor arrangement is analyzed in a predetermined time window of the signal range and an optimum switching point with respect to the slope and / or the position in the region of the zero crossing of the oscillation of the output signal is determined.
Mit der Erfindung ist eine optimale Wahl der Schaltpunkte eines Magnetsensors unter Vermeidung der eingangs beschriebenen Nachteile möglich, das heißt, ein Schaltpunkt ist so wählbar, dass seine Abweichung vom offsetkorrigierten Nullpunkt minimal ist und gleichzeitig sichergestellt ist, dass er in einem Bereich maximaler Steigung des Eingangssignals und keinesfalls auf einem Sattelpunkt liegt.With The invention is an optimal choice of the switching points of a magnetic sensor while avoiding the disadvantages described above possible, the is called, a switching point is selectable that its deviation from the offset-corrected zero point is minimal and at the same time ensuring that it is in a range of maximum Slope of the input signal and never on a saddle point lies.
Gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise aus dem Ausgangssignal im vorgegebenen Zeitfenster eine numerische Ableitung nach der Zeit erzeugt und der optimale Schaltpunkt bei der maximalen Steigung des abgeleiteten Signals gewählt werden. Eine zusätzliche Gewichtung bei der Auswahl des Schaltpunktes kann dahingehend vorgenommen werden, dass bevorzugt eine Lage des Schaltpunktes im Bereich des Nulldurchganges des Ausgangssignals vorgenommen wird. Vorteilhaft ist es auch, wenn bei der Auswahl des optimalen Schaltpunktes ein Schwellwert für die Steigung vorgegeben wird, der minimal erreicht werden muss.According to the invention can advantageously from the output signal in the predetermined time window generates a numerical derivative according to the time and the optimal one Switch point at the maximum slope of the derived signal to get voted. An additional Weighting in the selection of the switching point can be made to that effect be that preferably a position of the switching point in the range of Zero crossing of the output signal is made. Advantageous It is also, if in the selection of the optimal switching point a Threshold for the slope is given, the minimum must be achieved.
In vorteilhafter Weise kann zur Erkennung einer Schaltflanke im Verlauf eines Messzyklusses das jeweilige Maximum und Minimum ermittelt und der hieraus ermittelte Mittelwert errechnet werden. Eine Offsetkorrektur kann durch Veränderung der Hysterese dergestalt vorgenommen werden, dass bei Erkennung einer Schaltflanke die kontinuierlich aus Vor- und Folgewerten berechnete Steigung des Signals geprüft wird und dass für den Fall, dass die Steigung kleiner ist als ein vorgegebener Wert, die Hysterese solange erhöht wird bis der Schaltpunkt in einem Bereich ausreichender Steigung des Ausgangssignals der Magnetsensoranordnung liegt.In Advantageously, for detecting a switching edge in the course a measurement cycle determines the respective maximum and minimum and the average value determined therefrom is calculated. An offset correction can by change the hysteresis be made such that upon detection a switching edge that continuously calculated from pre and following values Slope of the signal checked and that for the case that the slope is smaller than a predetermined value, the hysteresis increases as long becomes the switching point in an area of sufficient slope the output signal of the magnetic sensor array is located.
Es ist hierbei auch möglich, die Hysterese solange zu erhöhen bis der Schaltpunkt im Zeitpunkt der maximalen Steigung im Bereich ausreichender Steigung des Ausgangssignals der Magnetsensoranordnung liegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein Schaltpunkt in Sattelpunkten des Signals, d.h. mit der Steigung Null, oder in Wendepunkten, d.h. bei minimaler Steigung, ausgeschlossen werden.It is also possible to increase the hysteresis as long until the switching point at the time of the maximum slope in the range sufficient slope of the output signal of the magnetic sensor assembly lies. With the method according to the invention Thus, a switching point in saddle points of the signal, i. With the slope is zero, or at inflection points, i. at minimal slope, be excluded.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention will be explained with reference to the drawing. Show it:
Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment
In
Aus
dem Signal nach dem Block
In
In
Aus
Das
unten in der
Gemäß der Signalverläufe in
In
der
Es
wird hier eine Offsetkorrektur dergestalt vorgenommen, dass zur
Erkennung einer Schaltflanke die kontinuierlich aus Vor- und Folgewerten
berechnete Steigung
Das
Blockschaltbild nach der
Als
Beispiel für
die numerische Differentation im Baustein ND ist in der
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