DE102015225902A1 - Magnetic field sensor device and method for detecting the position of a selector lever of a motor vehicle - Google Patents

Magnetic field sensor device and method for detecting the position of a selector lever of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Magnetfeldsensorvorrichtung (1) zum Positionserfassen eines Wählhebels (2) eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem einen magnetischen Feld (6) erzeugenden Magnetgeber (3) und wenigstens zwei Erfassungseinrichtungen (4, 5) zur Erfassung von Magnetfelder. Der Magnetgeber (3) ist mit dem Wählhebel (2) gekoppelt ist und relativ beweglich zu der Erfassungseinrichtungen (4, 5) angeordnet. Wenigstens eine der Erfassungseinrichtungen (4, 5) ist als eine Diagnoseerfassungseinrichtung (5) ausgeführt, nämlich sie so angeordnet ist, dass sie in allen Positionen des Wählhebels (2) außerhalb des wirksamen magnetischen Feldes (6) des Magnetgebers (3) bzw. allen Magnetgeber liegt. Somit kann ein an die Magnetfeldsensorvorrichtung (1) störend wirkende magnetischer Fremdfeld (8), der auch die Erfassungseinrichtungen (4) beeinflusst auf einfache Weise erkannt werden.Magnetic field sensor device (1) for detecting the position of a selector lever (2) of a motor vehicle, comprising at least one magnetic transmitter (3) generating a magnetic field (6) and at least two detecting devices (4, 5) for detecting magnetic fields. The magnetic encoder (3) is coupled to the selector lever (2) and arranged relatively movable to the detection means (4, 5). At least one of the detection devices (4, 5) is designed as a diagnosis detection device (5), namely that it is arranged in all positions of the selector lever (2) outside the effective magnetic field (6) of the magnetic transmitter (3) or Magnetic encoder is located. Thus, an external magnetic field (8) that has a disturbing effect on the magnetic field sensor device (1) and that also influences the detection devices (4) can be detected in a simple manner.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetfeldsensorvorrichtung zum Positionserfassen eines Wählhebels eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zum Positionserfassen eines Wählhebels eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to a magnetic field sensor device for detecting the position of a selector lever of a motor vehicle, as well as a method for detecting the position of a selector lever of a motor vehicle.

Bei heutigen Fahrzeugen insbesondere mit Automatikgetrieben werden Positionen des Wählhebels zum Auswählen der Fahrmodi bzw. der einzelnen Gänge, über magnetisch sensitive Sensoren ermittelt, die einen Magnetfeld eines Magnetgebers überwachen, auswerten und an die Fahrzeugelektronik, typischerweise ein Getriebesteuergerät, weitergeben. Typischerweise ist wenigstens ein Magnetgeber an dem Wählhebel befestigt und bewegt sich relativ gegenüber dem wenigstens einem magnetisch sensitiven Sensor, der fahrzeugfest angeordnet ist. Bei der Sensorik kann sich um ein Magnetometer mit integriertem Schaltkreis handeln welches die Stellung eines sich mit dem Wählhebel drehenden Magneten erkennt, der vor dem Magnetometer platziert ist. Andere Sensoriksysteme verfügen zum Beispiel über mehrere digitale Hall-Sensoren, welche jede Wählhebelposition einzeln erkennen. In today's vehicles, in particular with automatic transmissions, positions of the selector lever for selecting the driving modes or the individual gears, determined by magnetically sensitive sensors that monitor a magnetic field of a magnetic encoder, evaluate and pass to the vehicle electronics, typically a transmission control unit. Typically, at least one magnetic encoder is attached to the selector lever and moves relative to the at least one magnetically sensitive sensor which is fixed to the vehicle. The sensor may be a magnetometer with integrated circuit which detects the position of a rotating with the selector lever magnet, which is placed in front of the magnetometer. Other sensor systems have, for example, several digital Hall sensors, which recognize each selector lever position individually.

Nachteil der bekannten Lösungen ist, dass durch Anlegen eines Fremdmagnetfeldes die Sensorik des Wählhebels gestört werden kann. Dabei kann die Sensorik so beeinflusst werden, dass eine andere Wählhebelposition erfasst und weitergegeben wird als die wirkliche Position des Wählhebels ist. Dieses Verhalten ist sicherheitskritisch solange die Elektronik nicht den Fehler erkennt und ausgibt. Disadvantage of the known solutions is that by applying a foreign magnetic field, the sensors of the selector lever can be disturbed. In this case, the sensor system can be influenced so that a different selector lever position is detected and passed on than the actual position of the selector lever. This behavior is safety-critical as long as the electronics does not detect and output the error.

Bei der Auswahl des Bauraums eines Wählhebels mit innenliegender Elektronik muss darauf geachtet werden, dass sich keine Fremdmagnetfelder oder stromführende Leitungen im Einflussbereich des Sensors befinden. Insbesondere Ablageflächen z.B. Cupholder neben der Schaltbetätigung bieten einen Ablageraum für Magneten, deren Fremdfelder zu unerwünschten Reaktionen der Elektronik führen können. Die Lage des Sensors innerhalb der Schaltbetätigung ist so zu wählen, dass er möglichst vor Störfeldern geschützt ist. Dies führt unter Umständen zu aufwendigen Konstruktionen. When selecting the installation space of a selector lever with internal electronics, care must be taken to ensure that no foreign magnetic fields or live cables are within the influence of the sensor. In particular, shelves e.g. Cupholders in addition to the switching operation provide a storage space for magnets whose external fields can lead to unwanted reactions of the electronics. The position of the sensor within the switching operation should be selected so that it is as far as possible protected from interference fields. This may lead to elaborate constructions.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ausgehend aus dem Stand der Technik eine Magnetfeldsensorvorrichtung bereitzustellen, die robuster gegen Fremdmagnetfelder ist und dabei einfache und nicht anfällige Konstruktion hat. It is an object of the present invention, starting from the prior art, to provide a magnetic field sensor device which is more robust against foreign magnetic fields and has a simple and non-susceptible construction.

Die Aufgabe wird mit der Magnetfeldsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. The object is achieved with the magnetic field sensor device having the features of patent claim 1 and with the method having the features of patent claim 9.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Magnetfeldsensorvorrichtung 1 zum Positionserfassen eines Wählhebels eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Ein Wählhebel 2 ist mit einem Magnetgeber 3 versehen und ist relativ beweglich zu einer Erfassungseinrichtung 4 und einer Erfassungseinrichtung 5. Die Erfassungseinrichtung 4 liegt in allen möglichen Positionen des Wählhebels 2 im wirksamen Magnetfeld 6 des Magnetgebers 3. Die Erfassungseinrichtung 5 wird als Diagnoseerfassungseinrichtung ausgeführt und ist so angeordnet, dass sie in allen Positionen des Wählhebels 2 außerhalb des wirksamen Magnetfeldes 6 des Magnetgebers 3 liegt, nämlich so dass der Magnetfeld 6 des Magnetgebers 3 in keiner der Positionen des Wählhebels 2 ein von Diagnoseerfassungseinrichtung 5 erzeugten Signal beeinflusst. Die Erfassungseinrichtung 4 weist wenigstens einen Sensor zum Erzeugen eines von dem Magnetfeld 6 abhängigen ersten Sensorsignals auf und die Diagnoseerfassungseinrichtung 5 weist wenigstens einen Sensor zum Erzeugen eines von einem Fremdmagnetfeld 8 abhängigen zweiten Sensorsignals. Weiterhin umfasst Magnetfeldsensorvorrichtung 1 eine Auswerteeinrichtung 9, die dazu eingerichtet ist, die ersten Sensorsignale der Erfassungseinrichtung 4 mit den zweiten Sensorsignalen der Diagnoseerfassungseinrichtung 5 zu kombinieren und auszuwerten. Die Sensoren können beliebige magnetisch sensitive Sensoren sein z. B. Hallsensoren, Reel-Kontakte, Magnetometern mit integriertem Schaltkreis (IC). Weiterhin können die Erfassungseinrichtung 5 bzw. die Sensoren analog oder digital sein. In the 1 is a magnetic field sensor device according to the invention 1 shown for position detection of a selector lever of a motor vehicle. A selector lever 2 is with a magnetic encoder 3 provided and is relatively movable to a detection device 4 and a detection device 5 , The detection device 4 lies in all possible positions of the selector lever 2 in the effective magnetic field 6 of the magnetic encoder 3 , The detection device 5 is executed as a diagnosis detecting means and is arranged to be in all positions of the selector lever 2 outside the effective magnetic field 6 of the magnetic encoder 3 lies, namely so that the magnetic field 6 of the magnetic encoder 3 in none of the positions of the selector lever 2 a diagnostic detection device 5 signal influenced. The detection device 4 has at least one sensor for generating one of the magnetic field 6 dependent first sensor signal and the diagnostic detection device 5 has at least one sensor for generating one of a foreign magnetic field 8th dependent second sensor signal. Furthermore, magnetic field sensor device 1 an evaluation device 9 , which is adapted to the first sensor signals of the detection device 4 with the second sensor signals of the diagnostic detection device 5 to combine and evaluate. The sensors can be any magnetically sensitive sensors z. B. Hall sensors, reel contacts, magnetometers with integrated circuit (IC). Furthermore, the detection device 5 or the sensors be analog or digital.

Wird nun von außen mittels einer Fremdmagnetfeldquelle 7 ein Magnetstörfeld 8 an das Magnetfeldsensorvorrichtung 1 angelegt, welches sowohl das Magnetfeld 6 des Magnetgebers 3 überlagert, als auch den oder die zusätzlichen Diagnosesensoren beeinflusst, kann das Störfeld erkannt werden. Die Elektronik kann nun das Störfeld aus dem Nutzsignal herrausrechnen oder eine entspr. Fehler- bzw. Ersatzreaktion ausführen ggf. eine Fehlermeldung anzeigen. Now from the outside by means of a foreign magnetic field source 7 a magnetic field 8th to the magnetic field sensor device 1 which creates both the magnetic field 6 of the magnetic encoder 3 superimposed, as well as the or the additional diagnostic sensors influenced, the interference field can be detected. The electronics can now calculate the interference field from the useful signal or perform an appropriate error or replacement reaction, if necessary, display an error message.

Es können mehrere Diagnoseerfassungseinrichtung 5 und/ oder mehrere Sensoren in der Diagnoseerfassungseinrichtung 5 vorhanden sein, die in eine oder mehrere Raumrichtungen ausgerichtet und/oder sensibel sind. Somit ist eine Vergrößerung der Diagnosefläche als auch eine Diagnose von Fremdmagnetfeldern in unterschiedlichen Raumrichtungen möglich. There may be multiple diagnostic detection devices 5 and / or a plurality of sensors in the diagnostic detection device 5 be present, which are aligned in one or more spatial directions and / or sensitive. Thus, an enlargement of the diagnostic area as well as a diagnosis of foreign magnetic fields in different spatial directions is possible.

In einem Ausführungsbeispiel wird ein Diametralmagnet als Magnetgeber 3 vor einem als Magnetometer IC ausgeführten Sensor der Diagnoseerfassungseinrichtung 5 rotatorisch bewegt. Zusätzlich gibt es noch eine translatorische Bewegung, d.h. es ändert sich der Abstand des Magneten zum Sensor. Aus den Grenzen der möglichen Bewegung bzw. der Lage sowie der Feldstärke des Magnetgeber 3 ergibt sich ein räumlicher Einflussbereich. Die Position der Diagnoseerfassungseinrichtung 5 ist so zu wählen, dass dieser sich außerhalb dieses Einflussbereichs befindet und somit von dem Magnetfeld 6 des Magnetgebers 3 nicht signifikant beeinflusst wird. Anderseit muss er jedoch wiederum dicht genug am Sensor der Erfassungseinrichtung 4 liegen, damit ein von außen angebrachtes Störsignal des Fremdmagnetfeldes beide Sensoren in gleicher Weise beeinflusst. Wenn die Erkennung z.B. durch einen analogen Hallsensor erfolgt, der eine Spannung als Funktion der Magnetfeldstärke ausgibt, wird die von der Diagnoseerfassungseinrichtung 5 erfasst und es wird ein zweites Signal erzeugt, der dann mit dem ersten Signal der Erfassungseinrichtung 4 vom der Auswerteeinheit 9 kombiniert und ausgewertet wird. In one embodiment, a diametrical magnet is used as the magnetic transmitter 3 in front of a sensor designed as a magnetometer IC of the diagnostic detection device 5 rotatory moves. In addition, there is a translatory movement, ie the distance between the magnet and the sensor changes. From the limits of the possible movement or the position as well as the field strength of the magnetic encoder 3 results in a spatial sphere of influence. The position of the diagnostic detection device 5 is to be chosen so that it is outside of this sphere of influence and thus of the magnetic field 6 of the magnetic encoder 3 is not significantly affected. On the other hand, however, it must again be close enough to the sensor of the detection device 4 lie so that an externally applied interference signal of the external magnetic field influences both sensors in the same way. If, for example, the detection is performed by an analog Hall sensor that outputs a voltage as a function of the magnetic field strength, the diagnostic detection device 5 detected and it is generated a second signal, which then with the first signal of the detection device 4 from the evaluation unit 9 combined and evaluated.

Denkbar wäre auch ein induktives System, das direkt dynamische Störfelder detektiert oder der Einsatz eines Sensors der eine qualitative Auswertung der Fremdfelder in eine, zwei oder drei Feldrichtungen ermöglicht. It would also be conceivable to have an inductive system which directly detects dynamic interference fields or the use of a sensor which enables a qualitative evaluation of the external fields in one, two or three field directions.

Die Lösung mit einem analogen Hallsensor benötigt wenig zusätzliche Bauteile und bietet eine komfortable Möglichkeit die Empfindlichkeit des Sensors einzustellen. Je nach Anwendung kann der Einsatz mehrerer Sensoren oder eines aufwändigeren Sensors für bis zu drei Feldrichtungen sinnvoll sein. The solution with an analog Hall sensor requires few additional components and offers a convenient way to adjust the sensitivity of the sensor. Depending on the application, the use of multiple sensors or a more sophisticated sensor for up to three field directions may be useful.

Das bestehende Sensorkonzept kann grundsätzlich beibehalten werden. Lediglich der oder die weiteren Sensoren müssten auf der Platine platziert und ausgewertet werden. Die Position des Sensors ist unabhängig von den äußeren Abmessungen. Bei der Konstruktion der Schaltbetätigung muss bzgl. Störfelder keine Rücksicht auf Ablageflächen und stromführende Leitungen genommen werden. The existing sensor concept can basically be retained. Only the or the other sensors would have to be placed on the board and evaluated. The position of the sensor is independent of the external dimensions. When designing the switching operation, no consideration must be given to storage areas and live cables with regard to interference fields.

Claims (9)

Magnetfeldsensorvorrichtung (1) zum Positionserfassen eines Wählhebels (2) eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem einen magnetischen Feld (6) erzeugenden Magnetgeber (3) und wenigstens zwei Erfassungseinrichtungen (4, 5) zur Erfassung von Magnetfelder, wobei der Magnetgeber (3) mit dem Wählhebel (2) gekoppelt ist und relativ beweglich zu der Erfassungseinrichtungen (4, 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Erfassungseinrichtungen (4, 5) als eine Diagnoseerfassungseinrichtung (5) ausgeführt ist, die so angeordnet ist, dass sie in allen Positionen des Wählhebels (2) außerhalb des wirksamen magnetischen Feldes (6) des Magnetgebers (3) bzw. allen Magnetgeber liegt. Magnetic field sensor device ( 1 ) for position detection of a selector lever ( 2 ) of a motor vehicle, having at least one magnetic field ( 6 ) generating magnetic transmitter ( 3 ) and at least two detection devices ( 4 . 5 ) for detecting magnetic fields, wherein the magnetic transmitter ( 3 ) with the selector lever ( 2 ) and relatively movable to the detection devices ( 4 . 5 ), characterized in that at least one of the detection devices ( 4 . 5 ) as a diagnostic detection device ( 5 ) is arranged, which is arranged so that in all positions of the selector lever ( 2 ) outside the effective magnetic field ( 6 ) of the magnetic transmitter ( 3 ) or all magnetic encoder is located. Magnetfeldsensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4) wenigstens einen Sensor zum Erzeugen eines von dem Magnetfeld (6) abhängigen ersten Sensorsignals aufweist, und dass die Diagnoseerfassungseinrichtung (5) wenigstens einen Sensor zum Erzeugen eines von einem Fremdmagnetfeld (8) abhängigen zweiten Sensorsignals aufweist. Magnetic field sensor device according to claim 1, characterized in that the detection device ( 4 ) at least one sensor for generating one of the magnetic field ( 6 ) dependent first sensor signal, and that the diagnosis detection device ( 5 ) at least one sensor for generating one of a foreign magnetic field ( 8th ) dependent second sensor signal. Magnetfeldsensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteeinrichtung (9) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das erste Sensorsignal mit dem zweiten Sensorsignal zu kombinieren und auszuwerten. Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an evaluation device ( 9 ), which is adapted to combine the first sensor signal with the second sensor signal and evaluate. Magnetfeldsensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseerfassungseinrichtung (5) analog oder digital ausgeführt ist. Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnostic detection device ( 5 ) is executed analog or digital. Magnetfeldsensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseerfassungseinrichtung (5) in eine oder mehrere Raumrichtungen sensitiv ist. Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnostic detection device ( 5 ) is sensitive in one or more spatial directions. Magnetfeldsensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Diagnoseerfassungseinrichtung (5) oder mehrere Sensoren der Diagnoseerfassungseinrichtung (5) vorhanden sind, die in unterschiedliche Raumrichtungen gerichtet sind. Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of diagnostic detection devices ( 5 ) or several sensors of the diagnostic detection device ( 5 ) are present, which are directed in different spatial directions. Magnetfeldsensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseerfassungseinrichtung (5) wenigstens einen Hall-Sensor umfasst. Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnostic detection device ( 5 ) comprises at least one Hall sensor. Magnetfeldsensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseerfassungseinrichtung (5) wenigstens einen Reed-Kontakt umfasst. Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnostic detection device ( 5 ) comprises at least one reed contact. Verfahren zum Positionserfassen eines Wählhebels (2) eines Kraftfahrzeugs, das folgende Schritte umfasst: – Erzeugen eines magnetischen Feldes (6) mit wenigstens einem Magnetgeber (3), der mit dem Wählhebel (2) gekoppelt ist und relativ beweglich zu Erfassungseinrichtungen (4, 5) angeordnet ist, – Erfassen des magnetischen Feldes (6) mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung (4), die wenigstens einen Sensor zum Erzeugen eines von dem magnetischen Feld (6) abhängigen ersten Sensorsignals aufweist, – Erfassen eines Fremdmagnetfeldes (8) mit wenigstens einer Diagnoseerfassungseinrichtung (5), die wenigstens einen Sensor zum Erzeugen eines von einem Fremdmagnetfeld (8) abhängigen zweiten Sensorsignals aufweist, und so angeordnet ist, dass sie in allen Positionen des Wählhebels (2) außerhalb des wirksamen magnetischen Feldes (6) des Magnetgebers (3) liegt, – Kombinieren des erfassten ersten Sensorsignals mit dem erfassten zweiten Sensorsignal und Auswerten der relativen Position des Wählhebels (2) zu dem Kraftfahrzeug. Method for detecting the position of a selector lever ( 2 ) of a motor vehicle, comprising the following steps: - generating a magnetic field ( 6 ) with at least one magnetic transmitter ( 3 ), with the selector lever ( 2 ) and relatively movable to detection devices ( 4 . 5 ), - detecting the magnetic field ( 6 ) with at least one detection device ( 4 ), the at least one sensor for generating one of the magnetic field ( 6 ) dependent first sensor signal, - detecting a foreign magnetic field ( 8th ) with at least one diagnostic detection device ( 5 ), which comprises at least one sensor for generating one of a foreign magnetic field ( 8th ) dependent second sensor signal, and is arranged so that in all positions of the selector lever ( 2 ) outside the effective magnetic field ( 6 ) of the magnetic transmitter ( 3 ), - combining the detected first sensor signal with the detected second sensor signal and evaluating the relative position of the selector lever ( 2 ) to the motor vehicle.
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