DE102007055191A1

DE102007055191A1 - Measuring device for use in e.g. throttle pedal module, for controlling power of internal-combustion engine of motor vehicle, has semiconductor chip connected with evaluation device for producing signal based on relative motion of chip

Info

Publication number: DE102007055191A1
Application number: DE200710055191
Authority: DE
Inventors: Matthias Zeh; Harald Kazmierczak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-05-20

Abstract

The device has a semiconductor chip (42) provided with a number of hall elements (44, 45) and connected with an evaluation device for producing a signal based on a relative motion of the chip. A rotary ferro-magnetic material (30) is physically separately rotated by the hall elements. The material is arranged at a throttle pedal lever of a throttle pedal module for controlling power of a drive engine of a vehicle. The pedal lever is rotatably supported at a bearing block. The hall elements is integrated into or arranged on the material.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines linearen Weges aufgrund einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei Körpern unter Verwendung eines Mehrfach-Hallsensors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Pedalmodul, beinhaltend wenigstens einen relativ zu einem Lagerbock schwenkbaren Pedalhebel sowie eine Messeinrichtung zum Aussteuern eines von der Drehlage des Pedalhebels relativ zum Lagerbock abhängigen Signals nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.The The invention relates to a measuring device for non-contact Detecting a rotation angle or a linear path due to a Relative movement between at least two bodies using a multiple Hall sensor according to the preamble of claim 1, and a pedal module including at least one relative to a bearing block pivoting pedal lever and a measuring device to control one of the rotational position of the pedal lever relative to Bearing dependent signal according to the preamble of claim 8th.

Eine solche Messeinrichtung ist beispielsweise in verschiedenen Systemen des Fahrzeugbereichs verwendbar, in denen lineare Wege oder Drehwinkel gemessen werden müssen, wie beispielsweise in einem Drosselklappengeber, in einem Gaspedalwertgeber in einem Pedalmodul, in einem Karosserieeinfederungsgeber oder in einem Winkelaufnehmer eines Scheibenwischerantriebs.A such measuring device is for example in different systems of the vehicle area usable, in which linear paths or angles of rotation need to be measured, such as in a throttle position sensor, in an accelerator pedal in a pedal module, in a body spring or in an angle sensor of a windshield wiper drive.

Eine gattungsgemäße Messeinrichtung und ein gattungsgemäßes Pedalmodul sind beispielsweise aus der DE 10 2005 013 442 A1 bekannt. Die Messeinrichtung ist in einem Fahrpedalmodul beinhaltend einen um eine Schwenkachse relativ zu einem Lagerbock schwenkbaren Fahrpedalhebel integriert, wobei der Fahrpedalhebel durch Schraubenfedern gegenüber dem Lagerbock abgestützt und dadurch in seine Ausgangslage vorgespannt ist. Die Schwenkbewegungen des Fahrpedalhebels relativ zum Lagerbock werden durch einen Drehwinkelsensor in ein elektrisches Signal gewandelt, welches den Drehwinkel des Fahrpedalhebels relativ zum Lagerbock repräsentiert. Als Drehwinkelsensor dient wenigstens ein integrierter Hall-IC, welcher eine Richtungsänderung eines Magnetfelds detektieren kann. Das Magnetfeld wird durch zwei bipolare Magneten erzeugt, denen der Hall-IC symmetrisch zwischengeordnet ist.A generic measuring device and a generic pedal module are for example from the DE 10 2005 013 442 A1 known. The measuring device is integrated in an accelerator pedal module including a pivotable about a pivot axis relative to a bearing block accelerator pedal lever, wherein the accelerator pedal lever is supported by coil springs relative to the bearing block and thereby biased to its initial position. The pivoting movements of the accelerator pedal lever relative to the bearing block are converted by a rotation angle sensor into an electrical signal, which represents the angle of rotation of the accelerator pedal lever relative to the bearing block. As a rotation angle sensor is at least one integrated Hall IC, which can detect a change in direction of a magnetic field. The magnetic field is generated by two bipolar magnets to which the Hall IC is symmetrically interposed.

Der Halleffekt gehört zu den galvanomagnetischen Effekten und wird vor allem mittels dünner Halbleiterplättchen ausgewertet. Wird ein solches stromdurchflossenes Halbleiterplättchen senkrecht von einem Magnetfeld durchsetzt, kann quer zur Stromrichtung eine zum Magnetfeld proportionale Spannung abgegriffen werden. Im Falle von Silizium als Grundmaterial kann gleichzeitig eine Signalverarbeitungselektronik auf dem Halbleiterplättchen integriert werden, wodurch solche Sensoren sehr kostengünstig werden. Solche integrierten Hall-IC's eignen sich vorwiegend für die Messung von Winkeln und Wegen, indem sie die schwankende Feldstärke des mit einem bewegten Rotor verbundenen Magneten erfassen.Of the Hall effect belongs to the galvanomagnetic effects and is mainly using thin semiconductor chip evaluated. Will such a current-carrying semiconductor chip vertically penetrated by a magnetic field, can be transverse to the current direction a voltage proportional to the magnetic field can be tapped. in the Case of silicon as a base material can simultaneously signal processing electronics be integrated on the semiconductor chip, thereby Such sensors are very inexpensive. Such integrated Hall IC's are mainly for the measurement of angles and Because, by changing the fluctuating field strength of one detecting moving rotor connected magnets.

Ferner können unter Verwendung eines Flusskonzentrators magnetische Feldlinien durch die Hallelemente des Hall-IC's geleitet werden. Durch eine rechtwinklig gegeneinander versetzte und paarweise zugeordnete Anordnung mehrerer Hallelemente können in diesem Fall an jeweils zugeordneten Elementen in Abhängigkeit von der Stellung des externen Magneten sinusförmige und cosinusförmige Spannungen erzeugt werden. Die Verwendung eines externen Magneten ist jedoch teuer und führt bei der Massenproduktion von Messeinrichtungen zu unerwünscht hohen Kosten.Further can be magnetic using a flux concentrator Field lines are passed through the Hall elements of the Hall IC's. By a right angle offset from each other and assigned in pairs Arrangement of several Hall elements can in this case respectively assigned elements depending on the Position of the external magnet sinusoidal and cosinusoidal voltages be generated. However, the use of an external magnet is expensive and leads to the mass production of measuring equipment at undesirably high costs.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung, die unter Beibehaltung einer geforderten Leistungsfähigkeit kostengünstig herstellbar ist, sowie ein mit einer solchen Messeinrichtung betreibbares Pedalmodul zu schaffen.Of the Invention is an object of a measuring device, while maintaining a required performance is inexpensive to produce, and one with such To create measuring device operable pedal module.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass ein über einem Mehrfach-Hallsensor rotierender Magnet, der als Feldlinienausrichter dient und damit Winkel bestimmend ist, durch einen ferromagnetischen Körper ersetzt wird, der in einer Massenproduktion wesentlich preiswerter darzustellen ist und dennoch geforderte Parameter liefert. Mit einer solchen Messeinrichtung können sodann mit Hilfe eines Flusskonzentrators (Integrated Magnetic Concentrator; IMC) die Feldlinien am Ort der Hallelemente in eine vertikale Richtung gebracht werden und dadurch die Hallelemente aussteuern. Sind die Hallelemente auf einer Kreislinie jeweils um 90° versetzt und somit rechtwinklig und paarweise zugeordnet angeordnet, kann aus den Ausgangssignalen der paarweise zugeordneten Hallelemente ein Drehwinkel erfasst werden. Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich erfindungsgemäß ein wesentlicher Vorteil hinsichtlich der Kosten bei vergleichbarer Leistungsfähigkeit der Messeinrichtung.The Invention is based on the idea that one over one Multiple Hall sensor rotating magnet, the field line aligner serves and thus angle is determined by a ferromagnetic Body is replaced, which is essential in mass production is cheaper and still provides required parameters. With such a measuring device can then with the help a flux concentrator (Integrated Magnetic Concentrator; IMC) the field lines at the location of the Hall elements in a vertical direction be brought and thereby control the Hall elements. Are the Hall elements offset by 90 ° on a circle and thus arranged at right angles and in pairs, can from the output signals of the paired Hall elements a rotation angle can be detected. Opposite the state of Technique results according to the invention a substantial Advantage in terms of cost with comparable performance the measuring device.

Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgabe daher durch die eine Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Pedalmodul gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebenen Erfindung möglich.According to the invention the above object therefore by a measuring device according to claim 1 and by a pedal module according to claim 8 solved. By listed in the dependent claims Measures are advantageous developments and improvements the invention specified in the claims 1 and 8 possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform rotiert das ferromagnetische Material des anderen der wenigstens zwei Körper physikalisch getrennt über der Vielzahl von Hallelementen des einen der zumindest zwei Körper.According to one preferred embodiment rotates the ferromagnetic Material of the other of the at least two bodies physically separated over the multiplicity of Hall elements of the one the at least two bodies.

Gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen sind entweder der andere der zumindest zwei Körper an einem an einem Lagerbock drehbar gelagerten Fahrpedalhebel eines Fahrpedalmoduls zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs und der eine der zumindest zwei Körper relativ dazu ortsfest angeordnet, oder sind der eine der zumindest zwei Körper an einem an einem Lagerbock drehbar gelagerten Fahrpedalhebel eines Fahrpedalmoduls zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs angeordnet ist und der andere der zumindest zwei Körper relativ dazu ortsfest angeordnet.According to a particularly preferred Ausfüh Forms are either the other of the at least two bodies on a rotatably mounted on a bearing block accelerator pedal of an accelerator pedal module for controlling the power of an engine of a vehicle and the one of the at least two bodies arranged relative thereto, or are the one of the at least two bodies at one a bearing block rotatably mounted accelerator pedal lever of an accelerator pedal module for controlling the power of an engine of a vehicle is arranged and the other of the at least two bodies arranged relative thereto stationary.

Vorteilhaft sind hierbei die Vielzahl der Hallelemente des einen der zumindest zwei Körper entlang eines Kreises jeweils rechtwinklig zueinander stehend und paarweise zugeordnet gegenüber liegend angeordnet, und sind die Vielzahl der Halbleiterelemente in dem ersten Körper integriert oder auf diesem angeordnet.Advantageous Here, the plurality of Hall elements of one of the at least two bodies along a circle at right angles standing facing each other and assigned in pairs opposite each other are arranged, and are the plurality of semiconductor elements in the integrated or arranged on the first body.

Weiter vorteilhaft ist eine als Flusskonzentrator dienende isotrope magnetische Schicht auf dem ersten Körper über den Hallelementen, zwischen dem ersten Körper und einem den ersten Körper tragenden Trägerkörper, oder auf einer Unterseite des Trägerkörpers, die der den ersten Körper tragenden Seite gegenüber liegt, angeordnet.Further advantageous is an isotropic magnetic serving as a flux concentrator Layer on the first body above the hall elements, between the first body and the first body carrying carrier body, or on a bottom of the carrier body, that of the first body bearing side opposite, arranged.

Die Erfindung betrifft deshalb auch ein Pedalmodul, insbesondere ein Fahrpedalmodul zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, beinhaltend wenigstens einen relativ zu einem Lagerbock schwenkbaren Pedalhebel sowie eine Messeinrichtung zum Aussteuern eines von der Drehlage des Pedalhebels relativ zum Lagerbock abhängigen Signals, wobei die Messeinrichtung wie oben beschrieben ausgebildet ist.The The invention therefore also relates to a pedal module, in particular a Accelerator pedal module for controlling the power of an engine of a vehicle, including at least one pivotable relative to a bearing block Pedal lever and a measuring device for controlling one of the rotational position the pedal lever relative to the bearing block dependent signal, wherein the measuring device is designed as described above.

Der genaue Aufbau der Messeinrichtung und des Pedalmoduls wird anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels klar.Of the exact structure of the measuring device and the pedal module is based on the following description of an embodiment clear.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigenOne Embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description in more detail explained. In the drawing show

1 eine Querschnittsdarstellung eines Fahrpedalmoduls eines Fahrzeugs mit einer Messeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 1 a cross-sectional view of an accelerator pedal module of a vehicle with a measuring device according to a preferred embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung wesentlicher Bauelemente der Messeinrichtung in Seitenansicht; und 2 a schematic representation of essential components of the measuring device in side view; and

3 eine schematische Darstellung wesentlicher Bauelemente der Messeinrichtung in Aufsicht. 3 a schematic representation of essential components of the measuring device in supervision.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Das in der 1 dargestellte Fahrpedalmodul 1 als Beispiel für ein Pedalmodul wird zur Steuerung einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, verwendet, deren Drosselklappe von einem Stellmotor verstellbar ist. In diesem Fall dient das Fahrpedalmodul 1 zur Erzeugung von elektrischen Signalen für den Stellmotor, um abhängig von der Stellung eines Fahrpedalhebels 2 des Fahrpedalmoduls 1 die Leistung der Brennkraftmaschine zu steuern. Die Antriebsmaschine kann aber auch beispielsweise ein durch elektrische Signale angesteuerter Elektromotor sein.That in the 1 illustrated accelerator pedal module 1 as an example of a pedal module is used to control a drive machine, preferably an internal combustion engine of a motor vehicle, whose throttle valve is adjustable by a servomotor. In this case, the accelerator pedal module is used 1 for generating electrical signals for the servomotor, depending on the position of an accelerator pedal lever 2 of the accelerator pedal module 1 to control the performance of the internal combustion engine. The prime mover can also be, for example, an electric motor controlled by electrical signals.

Das Fahrpedalmodul 1 wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs fußbetätigt und beinhaltet den beispielsweise hängenden Fahrpedalhebel 2, von welchem in 1 aus Maßstabsgründen nur ein Abschnitt gezeigt ist und welcher vorzugsweise das unmittelbar vom Fahrerfuß betätigte Gaspedal darstellt. Weiterhin umfasst das Fahrpedalmodul 1 einen Lagerbock 4 als Haltestruktur für den Fahrpedalhebel 2, welcher vorzugsweise unmittelbar im Fußbereich des Fahrers mittels von einer Bodenplatte 6 des Lagerbocks seitlich hervorragenden, in 1 nicht sichtbaren Schraubenaugen befestigbar ist. Darüber hinaus kann das Fahrpedalmodul 1 mit einem mechanischen Kick-Down-Schalter 8 für ein automatisches Getriebe des Kraftfahrzeugs versehen sein.The accelerator pedal module 1 is foot-operated by the driver of the motor vehicle and includes the example hanging accelerator pedal lever 2 from which in 1 for reasons of scale, only a portion is shown and which preferably represents the accelerator pedal operated directly by the driver's foot. Furthermore, the accelerator pedal module includes 1 a bearing block 4 as a support structure for the accelerator pedal lever 2 which preferably directly in the foot of the driver by means of a bottom plate 6 of the bearing block laterally outstanding, in 1 invisible screw eyes is fastened. In addition, the accelerator pedal module 1 with a mechanical kick-down switch 8th be provided for an automatic transmission of the motor vehicle.

Der Fahrpedalhebel 2 ist um eine Schwenkachse 10 gegenüber dem Lagerbock 4 schwenkbar, wobei der Fahrpedalhebel 2 durch beispielsweise zwei, in 1 in parallelen Ebenen angeordneten Schraubenfedern 12, 14 gegenüber dem Lagerbock 4 abgestützt und dadurch in seine Ausgangslage vorgespannt ist. Aufgrund der Seitenansicht des Fahrpedalmoduls in 1 ist lediglich eine der Schraubenfedern 12 stellvertretend für die andere Schraubenfeder 14 sichtbar. Um die Drehbewegung des Fahrpedalhebels 2 gegenüber dem Lagerbock 4 in eine lineare Bewegung zu wandeln, sind die Schraubenfedern 12, 14 mit ihrem einen Ende an einer am Lagerbock 4 ausgebildeten Stützfläche 16 und mit ihrem anderen Ende an einem in Bezug zur Schwenkachse 10 einen Hebelarm bildenden Stützarm 18 des Fahrpedalhebels 4 abgestützt. Dabei ist dem Stützarm 18 des Fahrpedalhebels 2 und den anderen Enden der Schraubenfedern 12, 14 ein im Lagerbock 4 in Spannrichtung der Schraubenfedern 12, 14 linear geführtes Druckelement 20 zwischengeordnet.The accelerator pedal lever 2 is about a pivot axis 10 opposite the bearing block 4 swiveling, with the accelerator pedal lever 2 for example, two, in 1 arranged in parallel planes coil springs 12 . 14 opposite the bearing block 4 supported and thereby biased to its original position. Due to the side view of the accelerator pedal module in 1 is just one of the coil springs 12 representative of the other coil spring 14 visible, noticeable. To the rotation of the accelerator pedal lever 2 opposite the bearing block 4 to convert into a linear motion, are the coil springs 12 . 14 with one end to one on the bearing block 4 trained support surface 16 and with its other end at one with respect to the pivot axis 10 a lever arm forming support arm 18 of the accelerator pedal lever 4 supported. Here is the support arm 18 of the accelerator pedal lever 2 and the other ends of the coil springs 12 . 14 one in the bearing block 4 in the tensioning direction of the coil springs 12 . 14 linearly guided pressure element 20 interposed.

Die Kontaktfläche des Stützarms 18 des Fahrpedalhebels 2 mit dem Druckelement 20 ist als vorzugsweise ballig konvexe Wälzfläche 22 ausgebildet, so dass das Druckelement 20 an dieser Wälzfläche 22 abwälzen kann, wenn der Fahrpedalhebel 2 um die Schwenkachse 10 geschwenkt und dadurch eine geringfügige radiale Relativbewegung zwischen dem Stützarm 18 und dem Druckelement 20 stattfindet. Dadurch kann verhindert werden, dass die Schraubenfedern 12, 14 beim Spannen während einer Fahrpedalbewegung ausknicken. Denn durch die lineare Zwangsführung des Druckelements 20 im Lagerbock 4 ist eine parallel zu den Mittelachsen der Schraubenfedern 12, 14 verlaufende lineare Spannrichtung X vorgegeben. Die beim Abwälzen des Stützarms 18 am Druckelement 20 auftretenden Querkräfte werden dann durch die Führungen, an denen das Druckelement 20 geführt ist, in den Lagerbock 4 abgeleitet und nicht auf die Federelemente 12, 14 übertragen, welche dann querkraftfrei sind.The contact surface of the support arm 18 of the accelerator pedal lever 2 with the pressure element 20 is as preferably convex convex rolling surface 22 formed so that the pressure element 20 at this Wälzflä che 22 can roll off when the accelerator pedal lever 2 around the pivot axis 10 pivoted and thereby a slight radial relative movement between the support arm 18 and the pressure element 20 takes place. This can prevent the coil springs 12 . 14 buckle during cocking during an accelerator pedal movement. Because of the linear positive guidance of the pressure element 20 in the bearing block 4 is one parallel to the central axes of the coil springs 12 . 14 extending linear clamping direction X specified. The rolling of the support arm 18 on the pressure element 20 occurring lateral forces are then through the guides, where the pressure element 20 is guided, in the bearing block 4 derived and not on the spring elements 12 . 14 transferred, which are then free of lateral forces.

Das Druckelement 20 kann durch die Wirkung der von den Schraubenfedern 12, 14 ausgeübten Druckkräfte in der Ausgangslage des Fahrpedalhebels 4, d. h. in einer Leerlaufstellung, gegen einen Anschlag 24 am Lagerbock 4 derart abgestützt sein, dass im wesentlichen keine Federkräfte auf den Fahrpedalhebel 2 wirken. In der Ausgangslage des Fahrpedalhebels 2 werden die Federkräfte folglich über den Anschlag 24 im Lagerbock 4 abgestützt. Somit ist der Stützarm 18 in der Ausgangsstellung dem Druckelement 20 und dem Anschlag 24 nahezu kraftfrei zwischengeordnet. Bei Betätigung des Fahrpedalhebels 2 rückt der Stützarm 18 vom Anschlag 24 weg und spannt über das Druckelement 20 die Schraubenfedern 12, 14, welche dann eine der Betätigungskraft entgegen gerichtete Federkraft auf den Fahrpedalhebel 2 ausüben.The pressure element 20 can by the action of the coil springs 12 . 14 exerted pressure forces in the initial position of the accelerator pedal lever 4 , ie in an idle position, against a stop 24 on the bearing block 4 be supported so that essentially no spring forces on the accelerator pedal lever 2 Act. In the starting position of the accelerator pedal lever 2 Consequently, the spring forces are over the stop 24 in the bearing block 4 supported. Thus, the support arm 18 in the starting position the pressure element 20 and the stop 24 interposed almost without force. Upon actuation of the accelerator pedal lever 2 the support arm moves 18 from the stop 24 away and tensions over the pressure element 20 the coil springs 12 . 14 , Which then one of the actuating force directed counter spring force on the accelerator pedal lever 2 exercise.

Die Schwenkbewegungen des Fahrpedalhebels 2 relativ zum Lagerbock 4 werden durch eine im wesentlichen in 2 in Seitenansicht und in 3 in Aufsicht gezeigte Messeinrichtung in ein elektrisches Signal gewandelt, welches den Drehwinkel des Fahrpedalhebels 2 relativ zum Lagerbock 4 repräsentiert.The pivoting movements of the accelerator pedal lever 2 relative to the bearing block 4 are characterized by a substantially in 2 in side view and in 3 shown in plan measuring device converted into an electrical signal, which the angle of rotation of the accelerator pedal lever 2 relative to the bearing block 4 represents.

Die Messeinrichtung erfasst grundlegend die Richtung eines Magnetfelds und ist zur Messung von Winkeln, beispielsweise zur Messung des Betätigungswinkels des in 1 gezeigten Pedalmoduls, verwendbar. Hierzu werden von der Messeinrichtung schwankende Feldstärken bzw. Feldrichtungen eines mit dem Pedal des Pedalmoduls drehfest verbundenen, externen rotierenden ferromagnetischen Materials bzw. Rotors 30 erfasst und die Messsignale in einer nicht explizit dargestellten Signalverarbeitungselektronik 41 verarbeitet.The measuring device basically detects the direction of a magnetic field and is used for measuring angles, for example for measuring the operating angle of the in 1 shown pedal module, usable. For this purpose, fluctuating field strengths or field directions of a rotatably connected to the pedal of the pedal module, external rotating ferromagnetic material or rotor of the measuring device 30 detected and the measurement signals in a not explicitly shown signal processing electronics 41 processed.

Im einzelnen umfasst die Messeinrichtung beispielsweise vier Hallelemente 44, 45, 46, 47, die vorzugsweise in oder auf einem Halbleiterchip 42 aus beispielsweise Silizium monolithisch integriert sind. Die Hallelemente 44, 45, 46, 47 sind rechtwinklig, d. h. um jeweils 90° versetzt, angeordnet, wobei die sich jeweils gegenüber liegenden Hallelemente 44, 45 bzw. 46, 47 miteinander korrespondieren. Andere Halbleitermaterialien sind denkbar, und die Signalelektronik 41 ist vorzugsweise in dem Halbleiterchip 42 realisiert. Dem Halbleiterchip 42 ist wenigstens ein Magnetfeld- bzw. Flusskonzentrator 43 einer flächigen Form, d. h. mit einer relativ zu seiner Dicke großen Fläche, als isotrope magnetische Schicht zugeordnet.In detail, the measuring device comprises, for example, four Hall elements 44 . 45 . 46 . 47 preferably in or on a semiconductor chip 42 made of, for example, monolithic silicon. The hall elements 44 . 45 . 46 . 47 are at right angles, ie offset by 90 °, arranged, with each opposite Hall elements 44 . 45 respectively. 46 . 47 correspond with each other. Other semiconductor materials are conceivable, and the signal electronics 41 is preferably in the semiconductor chip 42 realized. The semiconductor chip 42 is at least one magnetic field or flux concentrator 43 a flat shape, ie associated with a relative to its thickness large area, as an isotropic magnetic layer.

Der Halbleiterchip 42 und der Flusskonzentrator 43 sind ohne unmittelbare Verbindung untereinander oder getrennt voneinander auf einem Trägerkörper 40 angeordnet. Der Trägerkörper 40 ist bevorzugt eine Leiterplatte, welche (nicht dargestellt) weitere Steuerelektronik und elektrische Verbindungen aufweisen kann. Alternativ zu der Integration der Signalelektronik 41 in den Halbleiterchip 42 kann die Signalelektronik 41 auf dem Trägerkörper außerhalb des Halbleiterchips 42 angeordnet sein, und weiter alternativ kann der Trägerkörper 40 auch aus einer Platte aus beliebigem Material, beispielsweise einem keramischen Material, bestehen, solange dieses das Magnetfeld des magnetischen Materials 30 nicht oder nur unwesentlich beeinflusst.The semiconductor chip 42 and the flux concentrator 43 are without direct connection with each other or separately on a support body 40 arranged. The carrier body 40 is preferably a printed circuit board, which (not shown) may have further control electronics and electrical connections. Alternatively to the integration of the signal electronics 41 in the semiconductor chip 42 can the signal electronics 41 on the carrier body outside the semiconductor chip 42 may be arranged, and further alternatively, the carrier body 40 also consist of a plate of any material, such as a ceramic material, as long as this is the magnetic field of the magnetic material 30 not or only insignificantly influenced.

Der flächige Flusskonzentrator 43 ist stoffschlüssig mit dem Trägerkörper 40, vorzugsweise durch Kleben als Folie, Sputtern oder Aufdampfen über eine Maske verbunden und unterhalb des Trägerkörpers 40 angebracht. Wird ein Halbleiterchip 42 derart verbaut, dass zwischen dem Trägerkörper 40 und dem Halbleiterchip 42 ausreichend Raum vorhanden ist, kann der Flusskonzentrator 43 unter Verwendung geeigneter Verfahren alternativ auch zwischen dem Halbleiterchip 42 und dem Trägerkörper 40 auf dessen Oberseite, oder auch direkt auf dem Halbleiterchip 42 über den Hallelementen 44, 45, 46, 47 angeordnet sein. Die flächige Ausdehnung des Flusskonzentrators richtet sich hierbei nach seiner Lage und ist, sofern diese es zulässt, nicht auf eine bestimmte Größe oder Form beschränkt.The flat flux concentrator 43 is cohesively with the carrier body 40 , preferably by gluing as a film, sputtering or vapor deposition over a mask and below the carrier body 40 appropriate. Will a semiconductor chip 42 installed so that between the carrier body 40 and the semiconductor chip 42 sufficient space is available, the flux concentrator 43 alternatively also between the semiconductor chip using suitable methods 42 and the carrier body 40 on its top, or directly on the semiconductor chip 42 over the hall elements 44 . 45 . 46 . 47 be arranged. The areal extent of the flux concentrator depends on its position and, if permitted, is not limited to a specific size or shape.

Gemäß dem zugrunde liegenden Prinzip wirkt das externe, rotierende magnetische Material 30 als Feldlinienausrichter und ist damit Winkel bestimmend. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das magnetische Material 30 ferromagnetisch. Aufgrund dieses ferromagnetischen Materials 30 richten sich die Feldlinien in Zusammenwirkung mit dem Flusskonzentrator 43 in Richtung des ferromagnetischen Materials 30 aus und durchfluten die Hallelemente 44, 45, 46, 47 vertikal. In Abhängigkeit von der Drehrichtung bzw. momentanen Drehstellung des rotierenden ferromagnetischen Materials 30, d. h. in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedalhebels 2 des Fahrpedalmoduls 1 im vorliegenden Beispiel, werden die Hallelemente 44, 45, 46, 47 unterschiedlich stark mit Feldlinien durchsetzt. Mit anderen Worten, rotiert das ferromagnetische Material 30 bei einer Betätigung des Fahrpedalhebels 2, werden die Hallelemente 44, 45, 46, 47 paarweise zugeordnet unterschiedlich mit Feldlinien durchsetzt, woraus jeweils eine Sinus- bzw. Cosinus-Funktion resultiert, die Spannungswerte in digitaler Form repräsentieren. Durch Division dieser Werte wird sodann der Tangens des Drehwinkels erhalten, woraus sich durch Bildung des Arcustangens wiederum der Drehwinkel, d. h. die tatsächliche Stellung des Fahrpedalhebels 2 ergibt. In Abhängigkeit von der weiteren Verarbeitung kann dieser Drehwinkel als analoges oder digitales Signal ausgegeben werden.According to the underlying principle, the external, rotating magnetic material acts 30 as Feldlinienausrichter and is thus angle determining. In the present embodiment, the magnetic material 30 ferromagnetic. Because of this ferromagnetic material 30 The field lines are in cooperation with the flux concentrator 43 in the direction of the ferromagnetic material 30 out and flow through the Hall elements 44 . 45 . 46 . 47 vertical. Depending on the direction of rotation or instantaneous rotational position of the rotating ferromagnetic material 30 , that is, depending on the position of the accelerator pedal lever 2 of the accelerator pedal module 1 in the present example, the Hall elements 44 . 45 . 46 . 47 variously interspersed with field lines. With other wor th, rotates the ferromagnetic material 30 upon actuation of the accelerator pedal lever 2 , the hall elements become 44 . 45 . 46 . 47 assigned in pairs differently interspersed with field lines, resulting in each case a sine or cosine function that represent voltage values in digital form. By dividing these values, the tangent of the angle of rotation is then obtained, from which the angle of rotation, ie the actual position of the accelerator pedal lever, is determined by the formation of the arctangent 2 results. Depending on the further processing, this angle of rotation can be output as an analog or digital signal.

Die beschriebene Messeinrichtung ist über Fahrpedalmoduln hinaus in allen Systemen verwendbar, in denen Drehwinkel oder lineare Wege gemessen werden müssen, im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise in einem Drosselklappengeber, in einem Karosserieeinfederungsgeber oder in einem Winkelaufnehmer eines Scheibenwischerantriebs.The described measuring device is beyond accelerator pedal modules out usable in all systems where angles of rotation or linear paths have to be measured, in the automotive sector, for example in a throttle position sensor, in a body spring sensor or in an angle sensor of a windshield wiper drive.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102005013442 A1 [0003]

Claims

Measuring device for non-contact detection of a rotation angle or a linear path due to a relative movement between at least two bodies ( 30 . 42 ) using a multiple-Hall sensor, characterized in that one of the at least two bodies ( 42 ) a plurality of Hall elements ( 44 . 45 . 46 . 47 ) and with an evaluation device for generating one of the relative movement of the body ( 30 . 42 ) dependent signal, and another of the at least two bodies ( 30 ) comprises a rotating ferromagnetic material.

Measuring device according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic material of the other of the at least two bodies ( 30 ) physically separated over the plurality of Hall elements ( 44 . 45 . 46 . 47 ) of the one of the at least two bodies ( 42 ) rotates.

Measuring device according to claim 2, characterized in that the other of the at least two bodies ( 30 ) on one of a bearing block ( 4 ) rotatably mounted accelerator pedal lever ( 2 ) of an accelerator pedal module ( 1 ) for controlling the power of an engine of a vehicle and the one of the at least two bodies ( 42 ) are arranged stationary relative to it.

Measuring device according to claim 2, characterized in that the one of the at least two bodies ( 42 ) on one of a bearing block ( 4 ) rotatably mounted accelerator pedal lever ( 2 ) of an accelerator pedal module ( 1 ) is arranged to control the power of an engine of a vehicle and the other of the at least two bodies ( 42 ) are arranged stationary relative to it.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of Hall elements ( 44 . 45 . 46 . 47 ) of the one of the at least two bodies along a circle in each case at right angles to each other and standing in pairs are arranged opposite lying.

Measuring device according to claim 5, characterized in that the plurality of semiconductor elements ( 44 . 45 . 46 . 47 ) are integrated in or disposed on the first body.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that serving as a flux concentrator isotropic magnetic layer ( 43 ) on the first body ( 42 ) over the Hall elements ( 44 . 45 . 46 . 47 ), between the first body ( 42 ) and one the first body ( 42 ) carrying carrier body ( 40 ), or on an underside of the carrier body ( 40 ), which is the first body ( 42 ) bearing side opposite, is arranged.

Pedal module ( 1 ), including at least one relative to a bearing block ( 4 ) swiveling pedal lever ( 2 ) and a measuring device for controlling one of the rotational position of the pedal lever ( 2 ) relative to the bearing block ( 4 ) dependent signal, characterized in that the measuring device is designed according to one of the preceding claims.

Pedal module according to claim 8, characterized in that it comprises an accelerator pedal module ( 1 ) for controlling the power of an engine of a vehicle.