DE102006042580A1

DE102006042580A1 - Valve position i.e. hydraulic regulating valve, measuring device for active chassis stabilization system, has sensor responding to change in magnetic field, and comprising two sensor units arranged in common housing

Info

Publication number: DE102006042580A1
Application number: DE200610042580
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Weser
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-27

Abstract

The device (10) has an encoder for changing magnetic field, during adjustment of a movable valve piston (16). A sensor (28) such as magneto resistive sensor, responds to the change in the magnetic field, and the encoder is formed by an end section (18) of the valve piston. The valve piston has an encoder comprising two features, and the sensor has two sensor units arranged in a common housing. Each feature of the latter encoder is assigned to the sensor unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Erfassung einer Ventilstellung, insbesondere für ein hydraulisches Regelventil.The The invention relates to an assembly for detecting a valve position, especially for a hydraulic control valve.

Zur Erfassung der Position eines Ventilkolbens in einem hydraulischen Regelventil ist es bekannt, einen oder mehrere induktive Sensoren in Form von Spulen mit magnetischem Kern am Ventilzylinder vorzusehen, in denen ein mit dem Ventilkolben verbundener Anker bei Bewegung des Ventilkolbens einen Strom induziert. Prinzipiell nachteilig bei solchen induktiven Sensoren ist deren bewegungsabhängige Sensoramplitude, weshalb kleine, langsame Änderungen nur sehr aufwendig zu erfassen sind. Hierzu ist eine komplexe Meßsignalverarbeitung nötig, die einen großen Bauraum erfordert. Zudem sind induktive Sensoren sehr teuer.to Detecting the position of a valve piston in a hydraulic Control valve is known, one or more inductive sensors in the form of magnetic core coils on the valve cylinder, in which an anchor connected to the valve piston during movement the valve piston induces a current. In principle disadvantageous in such inductive sensors is their motion-dependent sensor amplitude, which is why small, slow changes only very expensive to capture. This is a complex Meßsignalverarbeitung necessary, the one big Space required. In addition, inductive sensors are very expensive.

Demgegenüber schafft die Erfindung eine Baugruppe zur Erfassung einer Ventilstellung, die sich durch einen einfachen und platzsparenden Aufbau, eine kostengünstige Herstellung sowie eine hohe Genauigkeit auszeichnet.In contrast creates the invention an assembly for detecting a valve position, characterized by a simple and space-saving design, a cost-effective production and a high degree of accuracy.

Erfindungsgemäß hat hierzu eine Baugruppe zur Erfassung einer Ventilstellung einen Ventilkolben, der eine aus wenigstens zwei Merkmalen bestehende Codierung aufweist, sowie einen aktiven Sensor, der auf eine durch die Codierung bewirkte Änderung eines Magnetfelds anspricht und wenigstens zwei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Sensorelemente aufweist, wobei jedem Merkmal der Codierung ein Sensorelement zugeordnet ist. Unter einem aktiven Sensor ist in diesem Zusammenhang ein Sensor zu verstehen, der unter Energieverbrauch eine nicht elektrische Größe direkt in eine elektrische Größe (Strom, Spannung) umwandelt. Ein solcher aktiver Sensor zeichnet sich durch seine Kostengünstigkeit und zuverlässige Erfassung auch kleiner Änderungen des Magnetfelds aus. Durch die Verwendung zweier (aktiver) Sensorelemente kann, verglichen mit einem einzigen Element, eine Vergrößerung, im günstigsten Fall eine Verdopplung des Ausgangssignals erzielt werden. Aufgrund des größeren Ausgangssignals läßt sich der aktive Sensor in größerem Abstand vom Ventilkolben anordnen, was zu einer größeren Freiheit bei der Gestaltung des Ventils führt. Da beide Sensorelemente in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, läßt sich der aktive Sensor in einfacher und platzsparender Weise etwa in einem Zylinder bzw. Gehäuse des Ventils unterbringen; hierzu ist beispielsweise nur eine einzige Aufnahme nötig.According to the invention has this an assembly for detecting a valve position a valve piston, the has a coding consisting of at least two features, and an active sensor responsive to an encoding change of a Magnetic field responsive and arranged at least two in a common housing Has sensor elements, each feature of the coding a sensor element assigned. Under an active sensor is in this context to understand a sensor that consumes a non-electric energy Size directly in an electrical size (electricity, Voltage) converts. Such an active sensor stands out its cost-effectiveness and reliable Recording even small changes of the magnetic field. By using two (active) sensor elements can, compared to a single element, an enlargement, in the cheapest If a doubling of the output signal can be achieved. by virtue of the larger output signal let yourself the active sensor at a greater distance from the valve piston, resulting in greater freedom in design of the valve leads. Since both sensor elements are arranged in a common housing, can be the active sensor in a simple and space-saving manner approximately in a cylinder or housing to accommodate the valve; this is for example only a single shot necessary.

Vorzugsweise ist die Codierung durch eine Ausnehmung im Ventilkolben, insbesondere eine Kerbe, gebildet. Eine solche Ausnehmung läßt sich sehr einfach herstellen, was die erfindungsgemäße Ausgestaltung zusätzlich von bekannten Ventilkolben mit sehr aufwendigen Codierungen unterscheidet.Preferably is the coding by a recess in the valve piston, in particular a notch, formed. Such a recess can be produced very easily, what the inventive design additionally differs from known valve piston with very elaborate codes.

Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß die Ausnehmung einen rechteckigen Querschnitt aufweist.A particularly simple embodiment by the fact that the Recess has a rectangular cross-section.

Insbesondere sind die Merkmale durch die Ausnehmung begrenzende Wandungsabschnitte gebildet. Hierbei ergibt sich, je nach Lage der Ausnehmung zu den Sensorelementen, ein veränderlicher Abstand zwischen jedem Sensorelement und der Außenfläche des Kolbens, der eine Änderung des Magnetfelds bewirkt, die durch die Sensorelemente des aktiven Sensors erfaßt wird.Especially are the features by the recess bounding wall sections educated. This results, depending on the position of the recess to the Sensor elements, a variable distance between each sensor element and the outer surface of the piston, which is a change the magnetic field caused by the sensor elements of the active Sensors detected becomes.

Um möglichst eine Verdopplung des Ausgangssignals zu erreichen, sind die Breite der Ausnehmung und der gegenseitige Abstand der Sensorelemente aneinander angepaßt. Insbesondere ist der Abstand der Sensorelemente so gewählt, daß in den beiden zu erfassenden Endstellungen des Kolbens ein Sensorelement ein maximales und das andere Sensorelement ein minimales Signal empfängt.Around preferably to achieve a doubling of the output signal are the width the recess and the mutual distance of the sensor elements to each other customized. In particular, the distance of the sensor elements is chosen so that in the two to be detected end positions of the piston, a sensor element a maximum and the other sensor element receives a minimum signal.

Der Ventilkolben ist vorzugsweise aus Metall, läßt sich also durch ein äußeres Magnetfeld magnetisieren. Er ist insbesondere nicht als (bereits vormagnetisierter) Permanentmagnet ausgebildet.Of the Valve piston is preferably made of metal, so can be through an external magnetic field magnetize. He is in particular not as (already pre-magnetized) Permanent magnet formed.

Der Sensor weist gemäß einer Ausführungsform einen Magneten, insbesondere einen Permanentmagneten auf. Dieser erzeugt ein magnetisches Feld, welches sich abhängig von der Stellung des Ventilkolbens ändert und vom Sensor erfaßt wird. Da der Magnet in den aktiven Sensor integriert ist, ist kein aufwendiger Schutzaufbau für den Magneten nötig. Prinzipiell könnte der Magnet auch am Ventilkolben angeordnet sein, wodurch sich jedoch ein deutlich komplexerer Aufbau ergibt.Of the Sensor has according to a embodiment a magnet, in particular a permanent magnet. This generates a magnetic field, which changes depending on the position of the valve piston and detected by the sensor becomes. Since the magnet is integrated into the active sensor, there is no elaborate protective structure for necessary for the magnet. In principle, could the magnet also be arranged on the valve piston, which, however, a much more complex structure results.

Der Sensor weist vorteilhaft eine integrierte, gemeinsame Signalverarbeitungsschaltung für beide Sensorelemente auf. Dies hat zum einen Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums, zum anderen läßt sich durch die integrierte Signalverarbeitungsschaltung unter anderem eine Temperaturkompensation durchführen. Bei Verwendung der Signaldifferenz zwischen beiden Sensorelementen etwa ist das Ausgangssignal nicht temperaturabhängig, weshalb auch keine Temperaturkalibrierung der Baugruppe nötig ist. Zudem ist die Signalinformation unabhängig von der absoluten Signalamplitude.Of the Sensor advantageously has an integrated, common signal processing circuit for both sensor elements on. This has advantages in terms of the required installation space, the other one can be by the integrated signal processing circuit among others perform a temperature compensation. When using the signal difference between For example, the output signal is not temperature-dependent, so why no temperature calibration of the module is necessary. In addition, the signal information independent of the absolute signal amplitude.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein Hallsensor, der sich durch einen attraktiven Preis auszeichnet.According to one embodiment the invention, the sensor is a Hall sensor, which is characterized by a attractive price.

Alternativ kann der Sensor ein magnetoresistiver Sensor oder ein sogenannter GMR-Sensor (Englisch: Giant Magneto-Resistance) sein. Beide Sensoren nutzen den magnetoresistiven Effekt, nämlich die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Magnetisierung, der insbesondere in dünnen ferromagnetischen Lagen in metallischen Schichtsystemen auftritt. Der GMR-Effekt beruht dabei speziell darauf, daß Elektronen aufgrund ihrer quantisierten Spin-Zustände beim Durchgang durch magnetische Schichten je nach Ausrichtung der Magnetisierung der Schichten unterschiedlich stark gestreut werden: Bei paralleler Magnetisierung ist die Streuung geringer als bei antiparalleler Magnetisierung. Solche Sensoren weisen allgemein eine hohe Detektionsempfindlichkeit auf.Alternatively, the sensor may be a magnetoresistive sensor or a so-called GMR sensor (English: Giant Magneto-Resistance). Both sensors use the magnetoresistive effect, namely the dependence of the electrical resistance on the magnetization, which occurs in particular in thin ferromagnetic layers in metallic layer systems. The GMR effect is based in particular on the fact that, due to their quantized spin states, electrons scatter differently when passing through magnetic layers, depending on the orientation of the magnetization of the layers: With parallel magnetization, the scattering is less than with antiparallel magnetization. Such sensors generally have a high detection sensitivity.

Der Sensor ist vorzugsweise in einer Ausnehmung eines Gehäuseblocks angeordnet, wobei der Gehäuseblock insbesondere einem Ventilsteuergerät zugeordnet ist.Of the Sensor is preferably in a recess of a housing block arranged, wherein the housing block is assigned in particular a valve control unit.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings. In this shows:

1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe; 1 a schematic sectional view of an assembly according to the invention;

2 eine Ansicht eines aktiven Sensors, wie er in der erfindungsgemäßen Baugruppe aus 1 verwendet wird; 2 a view of an active sensor, as in the assembly of the invention from 1 is used;

3 eine Ansicht eines Ventilkolbens der erfindungsgemäßen Baugruppe mit zugeordnetem Sensor; 3 a view of a valve piston of the assembly according to the invention with associated sensor;

4a eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Baugruppe in einer ersten Stellung des Ventilkolbens; 4a a sectional view of the assembly according to the invention in a first position of the valve piston;

4b eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Baugruppe in einer zweiten Stellung des Ventilkolbens; 4b a sectional view of the assembly according to the invention in a second position of the valve piston;

5 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Sensorausgangsspannung und der Position des Ventilkolbens zeigt; 5 a diagram showing the relationship between the sensor output voltage and the position of the valve piston;

6 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer ersten Anordnungsvariante; und 6 a schematic sectional view of an assembly according to the invention in a first arrangement variant; and

die 7a und b eine schematische Schnitt- bzw. Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer zweiten Anordnungsvariante.the 7a and b is a schematic sectional or perspective view of an assembly according to the invention in a second arrangement variant.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Baugruppe 10 zur Erfassung der Stellung eines hydraulischen Regelventils 12, das einen in einem Zylinder 14 angeordneten Ventilkolben 16 aus Metall aufweist. Die erfindungsgemäße Baugruppe 10 wird z.B. in einem System zur aktiven Fahrwerkstabilisierung eingesetzt, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Ventilkolben 16 hat eine Codierung 18, die durch eine Ausnehmung 20 im Ventilkolben 16, hier insbesondere eine Kerbe, gebildet ist. Die Ausnehmung 20 hat, wie aus 1 ersichtlich, einen rechteckigen Querschnitt, wobei die die Ausnehmung 20 links und rechts begrenzenden Wandungsabschnitte 22 als Merkmale dienen, denen jeweils ein Sensorelement 24 bzw. 26 eines aktiven Sensors 28 zugeordnet ist. 1 shows an assembly according to the invention 10 for detecting the position of a hydraulic control valve 12 one in a cylinder 14 arranged valve piston 16 made of metal. The module according to the invention 10 is used, for example, in a system for active chassis stabilization, but is not limited thereto. The valve piston 16 has an encoding 18 passing through a recess 20 in the valve piston 16 , here in particular a notch, is formed. The recess 20 has, like out 1 can be seen, a rectangular cross section, wherein the recess 20 left and right bounding wall sections 22 serve as features, which each have a sensor element 24 respectively. 26 an active sensor 28 assigned.

Der Sensor 28 (siehe auch 2), bei dem es sich z.B. um einen Hallsensor, einen magnetoresistiven Sensor oder einen GMR-Sensor handelt, weist ein Gehäuse 30 auf, in das die beiden Sensorelemente 24, 26 integriert sind. Weiterhin ist im Gehäuse 30 eine gemeinsame Signalverarbeitungsschaltung für beide Sensorelemente 24, 26 vorgesehen, die durch eine Leiterplatte 32 realisiert wird. Die Leiterplatte 32 steht über mehrere elektrische Kontakte 34 mit den Sensorelementen 24, 26 in Verbindung. Mit 36 ist eine Klammer zur Unterbringung des Sensors 28 in einer Ausnehmung 38 eines zu einem Ventilsteuergerät gehörigen Gehäuseblocks 40 vorgesehen.The sensor 28 (see also 2 ), which is, for example, a Hall sensor, a magnetoresistive sensor or a GMR sensor, has a housing 30 on, in which the two sensor elements 24 . 26 are integrated. Furthermore, in the housing 30 a common signal processing circuit for both sensor elements 24 . 26 provided by a printed circuit board 32 is realized. The circuit board 32 stands over several electrical contacts 34 with the sensor elements 24 . 26 in connection. With 36 is a clamp for housing the sensor 28 in a recess 38 a belonging to a valve control unit housing block 40 intended.

Weiterhin umfaßt der Sensor einen Magneten 42, insbesondere einen Permanentmagneten. Es handelt sich somit bei dem Sensor 28 um einen magnetisch vorgespannten Doppellinearsensor.Furthermore, the sensor comprises a magnet 42 , in particular a permanent magnet. It is thus the sensor 28 around a magnetically biased double linear sensor.

Bei einer Bewegung des Ventilkolbens 16 (und damit der Ausnehmung 20) ändert sich der Abstand der Außenfläche des Ventilkolbens 16, der aus Metall, insbesondere einem weichmagnetischen Metall ist, vom Magneten 42, da sich die Ausnehmung 20 relativ zum Magneten 42 verschiebt. Anders ausgedrückt variiert die Breite des Luftspalts zwischen dem Magneten 42 und dem Ventilkolben 16. Dadurch ändert sich auch das vom Magneten 42 erzeugte Magnetfeld, das vom Sensor 28 erfaßt wird.During a movement of the valve piston 16 (and thus the recess 20 ), the distance of the outer surface of the valve piston changes 16 , which is made of metal, in particular a soft magnetic metal, from the magnet 42 because the recess 20 relative to the magnet 42 shifts. In other words, the width of the air gap varies between the magnet 42 and the valve piston 16 , This also changes the magnet 42 generated magnetic field from the sensor 28 is detected.

In den 4a und b sind die beiden Endstellungen des Ventilkolbens 16 gezeigt, wobei unter Endstellungen hier die äußersten vom Sensor 28 erfaßbaren Positionen zu verstehen sind, die nicht zwangsläufig mit den äußersten vom Ventilkolben 16 erreichbaren Stellungen zusammenfallen müssen. In der in 4a gezeigten Stellung, in der sich der Ventilkolben 16 sehr weit links befindet, ist der Luftspalt zwischen dem Ventilkolben 16 und dem Magneten 42 im Bereich des Sensorelements 24 maximal und im Bereich des Sensorelements 26 minimal. In der Position der 4b, in der sich der Ventilkolben 16 sehr weit rechts befindet, ist der Luftspalt an der Stelle des Sensorelements 24 minimal und an der Stelle des Sensorelements 26 maximal. Somit ergibt sich für die in den 4a und 4b gezeigten Endstellungen jeweils eine maximale Signaldifferenz zwischen den Signalen der Sensorelemente 24 und 26. Die Signaldifferenz wird als Ausgangssignal vom Sensor 28 ausgegeben. Die Breite der Ausnehmung 20 und der gegenseitige Abstand der Sensorelemente 24, 26 sind derart aneinander angepaßt, daß in den beiden Endstellungen jeweils ein Sensorelement 24, 26 maximales, das andere minimales Signal liefert. Somit sind der Abstand zwischen den Sensorelementen 24, 26 und die Codierung 18 optimal aufeinander abgestimmt.In the 4a and b are the two end positions of the valve piston 16 shown, with end positions here the outermost of the sensor 28 tangible positions are understood that are not necessarily the outermost of the valve piston 16 achievable positions must coincide. In the in 4a shown position in which the valve piston 16 located very far to the left, is the air gap between the valve piston 16 and the magnet 42 in the region of the sensor element 24 maximum and in the range of the sensor element 26 minimal. In the position of 4b in which the valve piston 16 located very far to the right, the air gap is at the location of the sensor element 24 minimal and at the location of the sensor element 26 maximum. Thus, results for in the 4a and 4b End positions shown each have a maximum signal difference between the Si gnals of the sensor elements 24 and 26 , The signal difference is as an output signal from the sensor 28 output. The width of the recess 20 and the mutual distance of the sensor elements 24 . 26 are adapted to each other so that in each case a sensor element in the two end positions 24 . 26 maximum delivering the other minimum signal. Thus, the distance between the sensor elements 24 . 26 and the coding 18 optimally coordinated.

5 zeigt die Ausgangsspannung U des Sensors 28 in Abhängigkeit von der Position s, wobei mit A und B die Stellungen der 4a bzw. 4b bezeichnet sind. Wie zu erkennen ist, sind mehrere Kurven aufgetragen, die unterschiedlichen minimalen Abständen zwischen dem Sensorelement 24 und dem Ventilkolben 16 entsprechen. Wie aus 5 hervorgeht, ist zwischen den Positionen A und B das Ausgangssignal, das ja der Signaldifferenz zwischen den Sensorelementen 24 und 26 entspricht, linear, so daß beliebige Zwischenstellungen zwischen den in den 4a und b gezeigten Endstellungen erfaßt werden können. 5 shows the output voltage U of the sensor 28 depending on the position s, where with A and B the positions of 4a respectively. 4b are designated. As can be seen, several curves are plotted, the different minimum distances between the sensor element 24 and the valve piston 16 correspond. How out 5 shows, between the positions A and B, the output signal, that is the signal difference between the sensor elements 24 and 26 corresponds, linear, so that any intermediate positions between the in 4a and b shown end positions can be detected.

6 zeigt eine erste mögliche Anordnung des Sensors 28 relativ zum Ventil 12, bei der der Sensor 28 (bzw. die Längsachse der Ausnehmung 38 im Gehäuseblock 40) und das Ventil 12 in einer Flucht liegen. Diese Anordnung empfiehlt sich bei Verwendung eines Hallsensors, dessen magnetische Empfindlichkeit senkrecht zur Oberfläche orientiert ist. 6 shows a first possible arrangement of the sensor 28 relative to the valve 12 in which the sensor 28 (or the longitudinal axis of the recess 38 in the housing block 40 ) and the valve 12 to be in flight. This arrangement is recommended when using a Hall sensor whose magnetic sensitivity is oriented perpendicular to the surface.

Die 7a und b zeigen eine zweite mögliche Anordnung von Ventil 12 und Sensor 28, die bei einem magnetoresistiven Sensor oder einen GMR-Sensor alternativ zur Anordnung der 6 denkbar ist und eine größere Flexibilität hinsichtlich des Bauraums bietet. Hierbei sind Ventil 12 und Sensor 28 (bezüglich der Längsachse der Ausnehmung 38) nebeneinander angeordnet, was eine magnetische Empfindlichkeit des Sensors 28 parallel zur Oberfläche voraussetzt. Die Sensorelemente 24, 26 sind dabei in Verschieberichtung des Ventilkolbens 16 orientiert (7b).The 7a and b show a second possible arrangement of valve 12 and sensor 28 in a magnetoresistive sensor or a GMR sensor as an alternative to the arrangement of 6 is conceivable and offers greater flexibility in terms of space. Here are valve 12 and sensor 28 (with respect to the longitudinal axis of the recess 38 ) arranged next to each other, giving a magnetic sensitivity of the sensor 28 parallel to the surface. The sensor elements 24 . 26 are in the direction of displacement of the valve piston 16 oriented ( 7b ).

Claims

Assembly for detecting a valve position, in particular for a hydraulic control valve ( 12 ), with a valve piston ( 16 ), which has an encoding consisting of at least two features ( 18 ) and an active sensor ( 28 ) pointing to one by the coding ( 18 ) caused change in a magnetic field and at least two in a common housing ( 30 ) arranged sensor elements ( 24 . 26 ), wherein each feature of the coding ( 18 ) a sensor element ( 24 . 26 ) assigned.

An assembly according to claim 1, characterized in that the coding ( 18 ) through a recess ( 20 ) in the valve piston ( 16 ), in particular a notch, is formed.

An assembly according to claim 2, characterized in that the recess ( 20 ) has a rectangular cross-section.

An assembly according to claim 2 or 3, characterized in that the features through the recess ( 20 ) bounding wall sections ( 22 ) are formed.

Assembly according to one of claims 2 to 4, characterized in that the width of the recess ( 20 ) and the mutual distance of the sensor elements ( 24 . 26 ) are matched to each other.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the valve piston ( 16 ) is made of metal.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 28 ) a magnet ( 42 ), in particular a permanent magnet.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 28 ) an integrated, common signal processing circuit for both sensor elements ( 24 . 26 ) having.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 28 ) is a Hall sensor.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 28 ) is a magnetoresistive sensor.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 28 ) is a GMR sensor.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 28 ) in a recess ( 38 ) of a housing block ( 40 ) is arranged.

Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the housing block ( 40 ) is assigned to a valve control unit.