DE102016206390A1

DE102016206390A1 - Raddrehzahlsensor

Info

Publication number: DE102016206390A1
Application number: DE102016206390.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schirling; Bernd Piller; Achim Netz; Peter Stauder
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19
Also published as: WO2017178216A1; CN210123445U

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Raddrehzahlsensor (100) zur Montage an einer Fahrzeugachse, mit einem Leitungsträger (101), einem ersten magnetischen Sensorelement (103-1) und einem zweiten magnetischen Sensorelement (103-2), wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) auf dem Leitungsträger (101) angeordnet sind, wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) ausgebildet ist, ein erstes periodisches Messsignal zu erfassen, das auf einem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das zweite magnetische Sensorelement (103-2) ausgebildet ist, ein zweites periodisches Messsignal zu erfassen, das auf dem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) ausgebildet sind, das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal phasenversetzt zu erfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Sensorik im Bereich der Antriebstechnik für Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Raddrehzahlsensor zur Montage an einer Fahrzeugachse.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Raddrehzahlsensoren in Fahrzeugen liefern Signale an Steuergeräte von Sicherheitssystemen wie Antiblockiersystemen (ABS) oder Elektronische Stabilitätskontrollen (ESP). Aus diesen Signalen können Informationen wie eine Einzelraddrehzahl oder eine Radgeschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden.
Das Detektionsprinzip einer Raddrehzahl beruht häufig auf der Auswertung eines magnetischen Signals eines mit einer Radachse fest verbundenen Geberrades durch ein magnetosensitives Messelement in Form einer Widerstandsbrücke. Das Signal des Raddrehzahlsensors wird dabei über eine Kabelverbindung an ein Steuergerät weitergeleitet.
Im Bereich des hochautomatisierten Fahrens (HAF) werden an viele Sensoren im Fahrzeug besonders hohe Anforderungen gestellt. Beispielsweise müssen Raddrehzahlsensoren redundant ausgestaltet sein, um Fehler oder Ausfälle schnell erkennen und kompensieren zu können. Raddrehzahlsensoren sollen ferner eine möglichst hohe Messgenauigkeit und -auflösung aufweisen, um eine verbesserte Spurführung und automatisches Einparken zu ermöglichen. Diese hohen Anforderungen mit konventionellen Raddrehzahlsensoren zu erfüllen, ist jedoch schwierig.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept für einen Raddrehzahlsensor zu schaffen, welches zum einen den Sicherheitsanforderungen des autonomen Fahrens genügt und zum anderen ein hochaufgelöstes Erfassen einer Radbewegung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Die im Folgenden vorgestellten Sensorsysteme und Sensorelemente können von verschiedener Art sein. Die einzelnen beschriebenen Elemente können durch Hardware- und oder Softwarekomponenten realisiert sein, beispielsweise elektronische Komponenten, die durch verschiedene Technologien hergestellt werden können und zum Beispiel Halbleiterchips, ASICs, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, integrierte elektrische Schaltungen, elektrooptische Schaltungen und/oder passive Bauelemente umfassen.
Die im Folgenden vorgestellte Lösung basiert auf einem Raddrehzahlsensor mit zwei magnetischen Sensorelementen, die jeweils separat elektrisch kontaktierbar sind. Die Ausführung kann in einem möglichst kompakten Gehäuse erfolgen.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Raddrehzahlsensor zur Montage an einer Fahrzeugachse, mit einem Leitungsträger, einem ersten magnetischen Sensorelement und einem zweiten magnetischen Sensorelement, wobei das erste magnetische Sensorelement und das zweite magnetische Sensorelement auf dem Leitungsträger angeordnet sind, wobei das erste magnetische Sensorelement ausgebildet ist, ein erstes periodisches Messsignal zu erfassen, das auf einem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das zweite magnetische Sensorelement ausgebildet ist, ein zweites periodisches Messsignal zu erfassen, das auf dem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das erste magnetische Sensorelement und das zweite magnetische Sensorelement ausgebildet sind, das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal phasenversetzt zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Raddrehzahlsensor geschaffen werden kann, welcher den Sicherheitsanforderungen des autonomen Fahrens entspricht, da er zwei magnetische Sensorelemente umfasst. Dabei kann eines der beiden magnetischen Sensorelemente als redundanter Sensor fungieren. Ferner kann aufgrund des Phasenversatzes zwischen den Messsignalen die Raddrehung bzw. Radbewegung mit erhöhter, insbesondere doppelter, Auflösung erfasst werden.
Der Raddrehzahlsensor ist aufgrund der Anordnung der magnetischen Sensorelemente auf dem gleichen Leitungsträger ausreichend kompakt aufgebaut, so dass er nur wenig mehr Platz einnimmt als ein System mit einem einzigen magnetischen Sensorelemente und damit einfach an der Fahrzeugachse des Fahrzeugs angebracht werden kann. Die Fahrzeugachse kann einen Achsschenkel aufweisen. Der Raddrehzahlsensor kann an dem Achsschenkel angeordnet und/oder montiert sein.
Das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal können bis auf den Phasenversatz gleich sein. Das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal können jeweils sinus- bzw. cosinusförmige Signale sein, welche um 90° phasenverschoben sind.
Das wechselnde Magnetfeld kann durch ein magnetisches Geberrad, beispielsweise einen Multipolring, erzeugt werden. Das Geberrad kann eine Vielzahl von Magneten mit abwechselnder Polrichtung aufweisen. Bei einer Drehung des Geberrades können die magnetischen Sensorelemente des Raddrehzahlsensors das wechselnde Magnetfeld der Magnete erfassen. Die periodischen Messsignale können auf physikalischen Messgrößen basieren, welche beim Vorbeilaufen der Magente mit abwechselnder Polrichtung von den magnetischen Sensorelementen erfasst werden. Dieses Wechselsignal kann von einer Elektronik in dem Raddrehzahlsensor in das periodische Messsignal umgewandelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste magnetische Sensorelement eine erste Widerstandsbrücke zum Erfassen des ersten periodischen Messsignals, und umfasst das zweite magnetische Sensorelement eine zweite Widerstandsbrücke zum Erfassen des zweiten periodischen Messsignals. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal effizient erfasst werden können.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Widerstandsbrücke und die zweite Widerstandsbrücke verdreht, insbesondere um 45° verdreht, zueinander auf dem Leitungsträger angeordnet, um das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal phasenversetzt, insbesondere um 90° phasenversetzt zueinander, zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal effizient erfasst werden können. Ferner können die Widerstandsbrücken bis auf die Verdrehung zueinander baugleich ausgebildet sein, und können insbesondere die gleichen Messwiderstände aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen das erste magnetische Sensorelement und das zweite magnetische Sensorelement jeweils ein AMR-Sensorelement, ein GMR-Sensorelement oder ein Hall-Sensorelement. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die magnetischen Sensorelemente effizient die periodischen Messsignale erfassen können.
Die magnetischen Sensorelemente können aktive oder passive elektronische Bauteile sein. Ein aktives Hallsensorelement lässt beispielsweise einen größeren Luftspalt zu und reagiert bereits auf kleinste Änderungen im Magnetfeld, so dass mit diesem eine sehr genaue Raddrehzahlmessung realisiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leitungsträger eine erste Oberfläche und eine von der ersten Oberfläche abgewandte zweite Oberfläche auf, wobei das erste magnetische Sensorelement auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, und wobei das zweite magnetische Sensorelement auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, oder wobei das erste magnetische Sensorelement und das zweite magnetische Sensorelement auf der gleichen Oberfläche des Leitungsträgers angeordnet sind. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein besonders kompakter Raddrehzahlsensor realisiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Raddrehzahlsensor einen ersten elektrischen Schaltkreis und einen zweiten elektrischen Schaltkreis auf, wobei der erste elektrische Schaltkreis zur Messwertaufbereitung mit dem ersten magnetischen Sensorelement elektrisch verbunden ist, und wobei der zweite elektrische Schaltkreis zur Messwertaufbereitung mit dem zweiten magnetischen Sensorelement elektrisch verbunden ist.
Durch die zugehörigen elektrischen Schaltkreise können die Messsignale der magnetischen Sensorelemente aufbereitet werden und beispielsweise in digitale Messsignale umgewandelt werden. Ferner können die Messsignale an eine Schnittstelle mit einem Steuergerät angepasst werden. Der elektrische Schaltkreis kann auch eine entsprechende EMV-Verträglichkeit der Messsignale liefern, so dass entsprechende EMV-Richtlinien eingehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste magnetische Sensorelement und das zweite magnetische Sensorelement ausgebildet, die jeweiligen Messsignale als sinusförmige Messsignale zu erfassen, wobei der erste elektrische Schaltkreis und der zweite elektrische Schaltkreis ausgebildet sind, die jeweils sinusförmigen Messsignale in Rechtecksignale umzuwandeln.
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste elektrische Schaltkreis und der zweite elektrische Schaltkreis auf dem Leitungsträger angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein besonders kompakter Raddrehzahlsensor realisiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Leitungsträger ein Leadframe, wobei das Leadframe aus einem Metall, insbesondere Kupfer, geformt ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die magnetischen Sensorelemente ausgebildet, die periodischen Messsignale auf der Basis eines wechselnden Magnetfelds einer magnetischen Lesespur zu erfassen, wobei die magnetische Lesespur von einem Geberrad ausgebildet wird, welches an der Fahrzeugachse angeordnet ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Raddrehzahl effizient auf der Basis des wechselnden Magnetfelds des Geberrades erfasst werden kann.
Das Geberrad mit der magnetischen Lesespur kann einen Multipolring umfassen, in welchem Magnete mit wechselnder Polrichtung eingesetzt sind. Die von der Achse abgewandte Oberfläche des Multipolrings kann die Lesespur aufweisen oder bilden. Der Multipolring kann in einem Dichtring eines Radlagers des Fahrzeugs eingesetzt sein. Das wechselnde Magnetfeld kann bei einer Drehung des Rades und des an dem Rad montierten Geberrades bzw. Multipolrings entstehen.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste magnetische Sensorelement und das zweite magnetische Sensorelement an einer Stirnseite des Leitungsträgers angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine effiziente Erfassung der periodischen Messsignale erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Raddrehzahlsensor ausgebildet, das erste periodische Messsignal an eine erste Steuerung des Fahrzeugs zu übermitteln und das zweite periodische Messsignal an eine zweite Steuerung des Fahrzeugs zu übermitteln, wobei die erste Steuerung ausgebildet ist, auf der Basis des ersten periodischen Messsignals eine erste Raddrehzahl zu ermitteln, und wobei die zweite Steuerung ausgebildet ist, auf der Basis des zweiten periodischen Messsignals eine zweite Raddrehzahl zu ermitteln. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Raddrehzahl effizient von zwei redundanten Steuerungen erfasst werden kann. Somit können nicht nur die magnetischen Sensorelemente selbst, sondern auch die zugehörigen Steuerungen redundant ausgebildet sein.
Die erste Steuerung und die zweite Steuerung können jeweils einen Prozessor bzw. einen Mikroprozessor umfassen. Die erste Steuerung und die zweite Steuerung können jeweils zur Energieversorgung mit einer separaten Energiequelle oder einer gemeinsamen Energiequelle, insbesondere einer Fahrzeugbatterie, verbunden sein.
Ferner können die erste Steuerung und die zweite Steuerung gleich sein, und/oder können die erste Steuerung und die zweite Steuerung Komponenten einer gemeinsamen Steuerung des Kraftfahrzeugs sein. Die Steuerungen können Teil eines Sicherheitssystems des Fahrzeugs wie ABS oder ESP sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste periodische Messsignal eine Vielzahl an ersten periodischen Signalpulsen, und umfasst das zweite periodische Messsignal eine Vielzahl an zweiten periodischen Signalpulsen, wobei die erste Steuerung und die zweite Steuerung oder eine der ersten Steuerung und der zweiten Steuerung übergeordnete gemeinsame Steuerung ausgebildet sind, die ersten periodischen Signalpulse und die zweiten periodischen Signalpulse zu erfassen, insbesondere phasenversetzt zu erfassen, und auf der Basis der ersten periodischen Signalpulse und der zweiten periodischen Signalpulse eine Radbewegung zu ermitteln. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Radbewegung mit hoher Auflösung ermittelt werden kann. Jeder Signalpuls kann einer Änderung des wechselnden Magnetfelds der Lesespur, beispielsweise aufgrund eines Vorbeilaufens eines magnetischen Pols der Lesespur, zugeordnet sein. Aufgrund des Phasenversatzes zwischen den Signalpulsen kann jede Änderung des Magnetfeldes zwei Mal getrennt erfasst werden. Somit kann die Auflösung der Erfassung der Radbewegung erhöht, insbesondere verdoppelt, werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Raddrehzahlsensor mit der ersten Steuerung mittels einer ersten Leiteranordnung zum Übertragen des ersten periodischen Messsignals verbindbar, und ist der Raddrehzahlsensor mit der zweiten Steuerung mittels einer zweiten Leiteranordnung zum Übertragen des zweiten periodischen Messsignals verbindbar. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die erfassten Messsignale effizient zur Ermittlung der Raddrehzahl an die erste bzw. zweite Steuerung übermittelt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Raddrehzahlsensor einen ersten elektrischen Anschluss zum Anschließen der ersten Leiteranordnung und einen zweiten elektrischen Anschluss zum Anschließen der zweiten Leiteranordnung. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die erfassten Messsignale effizient zur Ermittlung der Raddrehzahl an die erste bzw. zweite Steuerung übermittelt werden können.
Die Erfindung kann in Hardware und/oder Software realisiert werden.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1a eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Raddrehzahlsensors;
1b eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Raddrehzahlsensors;
2a ein schematisches Diagramm von magnetischen Sensorelementen;
2b eine schematische Darstellung von elektrischen Schaltkreisen; und
3 eine schematische Darstellung von Raddrehzahlsensoren und Steuerungen eines Fahrzeugs.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „enthalten", „haben", „mit" oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen" einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt" und „verbunden" können zusammen mit Ableitungen davon verwendet worden sein. Es versteht sich, dass derartige Ausdrücke dazu verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft" lediglich als ein Beispiel aufzufassen anstatt der Bezeichnung für das Beste oder Optimale. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
1a zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Raddrehzahlsensors 100 zur Montage an einer Fahrzeugachse gemäß einer Ausführungsform.
Der Raddrehzahlsensor 100 umfasst einen Leitungsträger 101, ein erstes magnetisches Sensorelement 103-1 und ein zweites magnetisches Sensorelement 103-2, wobei das erste magnetische Sensorelement 103-1 und das zweite magnetische Sensorelement 103-2 auf dem Leitungsträger 101 angeordnet sind, wobei das erste magnetische Sensorelement 103-1 ausgebildet ist, ein erstes periodisches Messsignal zu erfassen, das auf einem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das zweite magnetische Sensorelement 103-2 ausgebildet ist, ein zweites periodisches Messsignal zu erfassen, das auf dem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das erste magnetische Sensorelement 103-1 und das zweite magnetische Sensorelement 103-2 ausgebildet sind, das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal phasenversetzt zu erfassen.
Die beiden magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 können als redundante Sensorelemente fungieren. Somit kann die Forderung aus dem hochautomatisiertem Fahren (HAF) nach zwei unabhängigen bzw. redundanten Raddrehzahlsensoren erfüllt werden. Ferner kann aufgrund des Phasenversatzes zwischen den Messsignalen des ersten magnetischen Sensorelements 103-1 und des zweiten magnetischen Sensorelements 103-2 die Raddrehung bzw. Radbewegung auf der Basis der ersten und zweiten periodischen Messsignale mit erhöhter, insbesondere doppelter, Auflösung erfasst werden.
Der Raddrehzahlsensor 100 ist aufgrund der Anordnung der magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 auf dem gleichen Leitungsträger 101 ausreichend kompakt aufgebaut, so dass er nur wenig mehr Platz einnimmt als ein System mit einem einzigen magnetischen Sensorelement und damit einfach an der Fahrzeugachse des Fahrzeugs angebracht werden kann. Die Fahrzeugachse kann einen Achsschenkel aufweisen. Der Raddrehzahlsensor 100 kann an dem Achsschenkel angeordnet und/oder montiert sein.
Die magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 können ausgebildet sein, die periodischen Messsignale auf der Basis eines wechselnden Magnetfelds einer magnetischen Lesespur zu erfassen. Die magnetische Lesespur kann von einem Geberrad ausgebildet werden, welches an der Fahrzeugachse angeordnet ist. Das Geberrad mit der magnetischen Lesespur kann einen Multipolring umfassen, in welchem Magnete mit wechselnder Polrichtung eingesetzt sind. Die von der Achse abgewandte Oberfläche des Multipolrings kann dabei die Lesespur aufweisen oder bilden. Der Multipolring kann in einem Dichtring eines Radlagers des Fahrzeugs eingesetzt sein.
Bei der Drehung des Geberrades können die magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 des Raddrehzahlsensors 100 das wechselnde Magnetfeld der Lesespur erfassen. Die periodischen Messsignale können physikalische Messgrößen umfassen, welche beim Vorbeilaufen von Abschnitten der Lesespur mit wechselnder magnetischer Polrichtung von den magnetischen Sensorelementen erfasst werden, oder auf diesen physikalischen Messgrößen basieren. Dieses Wechselsignal kann von einer Elektronik in dem Raddrehzahlsensor 100 in das periodische Messsignal, insbesondere ein digitales Messsignal, umgewandelt werden. Die Übertragung des Messsignals zu einem Steuergerät kann als Stromsignal im Pulsweitenmodulationsverfahren oder als Spannungssignal erfolgen.
Das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal können bis auf den Phasenversatz gleich sein. Das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal können jeweils sinus- bzw. cosinusförmige Signale sein, welche zueinander um 90° phasenverschoben sind.
Das erste magnetische Sensorelement 103-1 und/oder das zweite magnetische Sensorelement 103-2 können jeweils ein AMR-Sensorelement, ein GMR-Sensorelement oder ein Hall-Sensorelement. umfassen. Die magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 können aktive oder passive elektronisches Bauteile sein.
Somit können zur Erfassung der periodischen Messsignale physikalische Messprinzipien wie AMR (anisotroper magnetoresistiver Effekt), GMR (giant magnetoresitive effect) und Hall angewendet werden. Ferner ist eine Anwendung von weiteren Messprinzipien wie TMR (tunnel magnetoresistance effect) mit geeigneten magnetischen Sensorelementen möglich.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste magnetische Sensorelement 103-1 und das zweite magnetische Sensorelement 103-2 jeweils an einer Stirnseite des Leitungsträgers 101 angeordnet, insbesondere einer Stirnseite, die einer magnetischen Lesespur zugewandt ist.
Der Leitungsträger 101 kann ein Leadframe umfassen. Das Leadframe kann kamm- oder rahmenförmig sein und kann aus einem Metall, insbesondere Kupfer, geformt sein.
Der Raddrehzahlsensor 100 in 1a weist ferner einen ersten elektrischen Schaltkreis 105-1 und einen zweiten elektrischen Schaltkreis 105-2 auf. Der erste elektrische Schaltkreis 105-1 kann zur Messwertaufbereitung mit dem ersten magnetischen Sensorelement 103-1 elektrisch verbunden sein, und der zweite elektrische Schaltkreis 105-2 kann zur Messwertaufbereitung mit dem zweiten magnetischen Sensorelement 103-2 elektrisch verbunden sein.
Der erste elektrische Schaltkreis 105-1 und der zweite elektrische Schaltkreis 105-2 können auf dem Leitungsträger 101 angeordnet sein.
1a zeigt ferner eine erste Leiteranordnung 107-1, welche an den ersten elektrischen Schaltkreis 105-1 angeschlossen ist, und eine zweite Leiteranordnung 107-2, welche an den zweiten elektrischen Schaltkreis 107-2 angeschlossen ist. Die erste Leiteranordnung 107-1 und die zweite Leiteranordnung 107-2 können die ersten bzw. zweiten periodischen Messsignale an Steuerungen (ECU, electronic control unit) des Fahrzeugs übermitteln, beispielsweise um auf der Basis der Messsignale die Raddrehzahl zu ermitteln.
1b zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht Raddrehzahlsensors 100 zur Montage an der Fahrzeugachse gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In der Ausführungsform des Raddrehzahlsensors in 1b ist das erste magnetische Sensorelement 103-1 auf einer ersten Oberfläche des Leitungsträgers 101 und das zweite magnetische Sensorelement 103-2 auf einer von der ersten Oberfläche abgewandten zweiten Oberfläche des Leitungsträgers 101 angeordnet. Aufgrund der Anordnung der magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Leitungsträgers 101 kann der Leitungsträger 101 und somit der Raddrehzahlsensor 100 besonders kompakt ausgebildet sein.
Die elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 können dabei entweder ebenfalls auf den unterschiedlichen Oberflächen des Leitungsträgers 101 angeordnet sein, oder, wie in 1b gezeigt, auf der gleichen Oberfläche des Leitungsträgers 101 angeordnet sein.
Der Raddrehzahlsensor 100 kann ein Sensorgehäuse umfassen, wobei der Leitungsträger 101 in dem Sensorgehäuse angeordnet ist. Das Sensorgehäuse kann ein Kunststoffgehäuse, insbesondere ein Spritzgussgehäuse sein, welches an dem Leitungsträger 101 befestigt ist, insbesondere mittels einer stofffesten Verbindung befestigt ist.
2a zeigt ein schematisches Diagramm der magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 gemäß einer Ausführungsform.
Das erste magnetische Sensorelement 103-1 umfasst eine erste Widerstandsbrücke 201-1 und das zweite magnetische Sensorelement 103-2 umfasst eine zweite Widerstandsbrücke 201-2. Die erste Widerstandsbrücke 201-1 und die zweite Widerstandsbrücke 201-2 können, wie in 2a gezeigt, in einer, insbesondere der gleichen, elektrischen Schaltung integriert sein.
Die erste Widerstandsbrücke 201-1 und die zweite Widerstandsbrücke 201-2 können als Wheatstonesche Messbrücken ausgebildet sein.
Die erste Widerstandsbrücke 201-1 kann zum Erfassen des ersten periodischen Messsignals ausgebildet sein, und die zweite Widerstandsbrücke 201-2 kann zum Erfassen des zweiten periodischen Messsignals ausgebildet sein. Die erste Widerstandsbrücke 201-1 und die zweite Widerstandsbrücke 201-2 können dabei derart ausgebildet sein, dass sie die periodischen Messsignale mit einem Phasenversatz, insbesondere einen 90° Phasenversatz, erfassen. Das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal können bis auf den Phasenversatz gleich sein.
Die erste Widerstandsbrücke 201-1 und die zweite Widerstandsbrücke 201-2 können um 45° versetzt bzw. verdreht zueinander angeordnet sind. Dies Anordnung der Widerstandsbrücken 201-1, 201-2 ähnelt magnetoresistiven Winkelsensoren. Aus dem Versatz bzw. der Verdrehung der Widerstandsbrücken 201-1, 201-2 kann der Phasenversatz der erfassten periodischen Messsignale des wechselnden Magnetfelds resultieren. Die Messsignale können bis auf den Phasenversatz gleich sein. Das erste periodische Messsignal kann ein Sinussignal sein, und das zweite periodische Messsignal kann ein Cosinussignal sein, wobei das Sinussignal und das Cosinussignal eine gleiche Amplitude aufweisen können.
Die Widerstandsbrücken 201-1, 201-2 können bis auf den Versatz bzw. die Verdrehung zueinander baugleich ausgebildet sein, und können insbesondere die gleichen Messwiderstände aufweisen.
Die beiden versetzten magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 bzw. Widerstandsbrücken 201-1, 201-2 können galvanisch voneinander getrennt ausgeführt werden.
2b zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 zur Messwertaufbereitung gemäß einer Ausführungsform.
Der erste elektrische Schaltkreis 105-1 ist mit dem ersten magnetischen Sensorelement 103-1, insbesondere der ersten Widerstandsbrücke 201-1, elektrisch verbunden, und der zweite elektrische Schaltkreis 105-2 ist mit dem zweiten magnetischen Sensorelement 103-2, insbesondere der zweiten Widerstandsbrücke 201-2, elektrisch verbunden.
Die elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 können zur Messwertaufbereitung des ersten periodischen Messsignals und des zweiten periodischen Messsignals ausgebildet sein.
Die elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 können hierzu jeweils eine Spannungsregelung 203-1, 203-2 umfassen, welche beispielsweise zum Einstellen von Schalpunkten der magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2, bzw. der Widerstandsbrücken 201-1, 201-2 ausgebildet sind. Die elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 können ferner jeweils einen Schmitt-Trigger 207-1, 207-2, zum Umwandeln der sinusförmigen Messsignale in Rechtecksignale, sowie jeweils eine schaltbare Stromversorgung 209-1, 209-2 und eine konstante Stromversorgung 211-1, 211-2, zum Umwandeln der spannungsbasierten Messsignale in Strommesssignale, umfassen.
Die elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 können die Messsignale der magnetischen Sensorelemente 103-1, 103-2 ferner in digitale Messsignale umwandeln und/oder an eine Schnittstelle mit einem Steuergerät anpassen. Die elektrischen Schaltkreise 105-1, 105-2 können Messsignale mit einer EMV-Verträglichkeit liefern, so dass entsprechende EMV-Richtlinien eingehalten werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung von Raddrehzahlsensoren 100, 300 und Steuerungen 303-1, 303-2 eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
Die Raddrehzahlsensoren 100, 300 können an unterschiedlichen Positionen an dem Fahrzeug montiert sein, beispielsweise an Achsschenkeln unterschiedlicher Räder des Fahrzeugs. Ferner können an dem Fahrzeug weitere redundante Raddrehzahlsensoren angebracht sein, beispielsweise ist ein redundanter Raddrehzahlsensor an jedem Achsschenkel des Fahrzeugs angebracht.
Die beiden in 3 gezeigten Raddrehzahlsensoren 100, 300 sind redundante Raddrehzahlsensoren 100, 300, welche jeweils ein erstes magnetisches Sensorelement 103-1, 301-1 und ein zweites magnetisches Sensorelement 103-2, 301-2 aufweisen.
In 3 ist das erste magnetische Sensorelement 103-1 des Raddrehzahlsensors 100 mittels der ersten Leiteranordnung 107-1 mit der ersten Steuerung 303-1 (ECU 1) verbunden, und ist das zweite magnetische Sensorelement 103-2 des Raddrehzahlsensors 100 mittels der zweiten Leiteranordnung 107-2 mit der zweiten Steuerung 303-2 (ECU 2) verbunden. Die magnetischen Sensor- elemente 301-1, 301-2 des Raddrehzahlsensors 300, sind ebenfalls mittels Leiteranordnungen mit den Steuerungen 303-1, 303-2 verbunden.
Die erste Leiteranordnung 107-1 und die zweite Leiteranordnung 107-2 können jeweils ein zweipoliges elektrisches Anschlusskabel mit einer Spannungsversorgungsleitung und einer weiteren Leitung umfassen. Die weitere Leitung kann als Sensormasse dienen. Über die Spannungsversorgungsleitung kann gleichzeitig ein Sensorsignal, insbesondere das periodische Messsignal, übermittelt werden.
Die Raddrehzahlsensoren 100, 300 können erste und zweite elektrische Anschlüsse aufweisen, wobei die erste Leiteranordnung 107-1 mit dem ersten elektrischen Anschluss verbindbar ist und die zweite Leiteranordnung 107-2 mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbindbar ist.
Die ersten periodischen Messsignale des ersten magnetischen Sensorelements 103-1 können über den ersten elektrischen Anschluss und die erste Leiteranordnung 107-1 an die erste Steuerung 303-1 übertragen werden. Auf die gleiche Art und Weise können die zweiten periodischen Messsignale des zweiten magnetischen Sensorelements 103-2 über den zweiten elektrischen Anschluss und die zweite Leiteranordnung 107-2 an die zweite Steuerung 303-2 übertragen werden.
Die erste Steuerung 303-1 und die zweite Steuerung 303-2 können jeweils einen Prozessor bzw. einen Mikroprozessor umfassen. Die erste Steuerung 303-1 und die zweite Steuerung 303-2 können jeweils zur Energieversorgung mit separaten Energiequellen 305-1, 305-2 oder einer gemeinsamen Energiequelle, insbesondere einer Fahrzeugbatterie, verbunden sein.
Die erste Steuerung 303-1 und die zweite Steuerung 303-2 können gleich sein. Ferner können die erste Steuerung 303-1 und die zweite Steuerung 303-2 Komponenten einer gemeinsamen Steuerung des Kraftfahrzeugs sein. Die Steuerungen 303-1, 303-2 können Teil eines Sicherheitssystems des Fahrzeugs wie ABS oder ESP sein.
Die erste Steuerung 303-1 kann ausgebildet sein, auf der Basis des ersten periodischen Messsignals eine erste Raddrehzahl zu ermitteln, und die zweite Steuerung 303-2 kann ausgebildet sein, auf der Basis des zweiten periodischen Messsignals eine zweite Raddrehzahl zu ermitteln. Auf diese Art und Weise kann ein redundantes Raddrehzahlsensorsystem geschaffen werden, welches redundante Sensorelemente 103-1, 103-2 zur Messwerterfassung, redundante elektrische Schaltungen 105-1, 105-2 zur Messwertaufbereitung und redundante Steuerungen 303-1, 303-2 zur Raddrehzahlermittlung umfasst.
Das erste periodische Messsignal kann eine Vielzahl an ersten periodischen Signalpulsen umfasst, und das zweite periodische Messsignal kann eine Vielzahl an zweiten periodischen Signalpulsen umfassen. Dabei kann jeweils ein Signalpuls einem Vorbeilaufen eines magnetischen Pols an dem entsprechenden magnetischen Sensorelement 103-1, 103-2 entsprechen. Die periodischen Signalpulse werden von den magnetischen Sensorelementen 103-1, 103-2 ebenfalls mit dem Phasenversatz der Messsignale erfasst.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Steuerung 303-1 und/oder die zweite Steuerung 303-2 und/oder eine der ersten Steuerung 303-1 und der zweiten Steuerung 303-2 übergeordnete gemeinsame Steuerung ausgebildet, die ersten periodischen Signalpulse und die zweiten periodische Signalpulse mit dem Phasenversatz zu erfassen, und auf der Basis der ersten periodischen Signalpulse und der zweiten periodischen Signalpulse eine Radbewegung zu ermitteln.
Sind beispielsweise das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal um 90° zueinander phasenverschoben, so kann die Auflösung der erfassten Radbewegung, im Vergleich zu einer Messung mit nur einem Messsignal, verdoppelt werden, da jede Änderung des wechselnden Magnetfelds der Lesespur, beispielsweise ein vorbeilaufen eines magnetischen Pols der Lesespur, aufgrund des Phasenversatzes zwei Mal erfasst wird.
Bezugszeichenliste

100: Raddrehzahlsensor
101: Leitungsträger
103-1: erstes magnetisches Sensorelement
103-2: zweites magnetisches Sensorelement
105-1: erster elektrischer Schaltkreis
105-2: erster elektrischer Schaltkreis
107-1: erste Leiteranordnung
107-2: zweite Leiteranordnung
201-1: erste Widerstandsbrücke
201-2: zweite Widerstandsbrücke
203-1: Spannungsregelung
203-2: Spannungsregelung
205-1: Verstärker
205-2: Verstärker
207-1: Schmitt-Trigger
207-2: Schmitt-Trigger
209-1: schaltbare Stromversorgung
209-2: schaltbare Stromversorgung
211-1: konstante Stromversorgung
211-2: konstante Stromversorgung
300: Raddrehzahlsensor
301-1: erstes magnetisches Sensorelement
301-2: zweites magnetisches Sensorelement
303-1: erste Steuerung
303-2: zweite Steuerung
305-1: Energiequelle
305-2: Energiequelle

Claims

Raddrehzahlsensor (100) zur Montage an einer Fahrzeugachse, mit: einem Leitungsträger (101); einem ersten magnetischen Sensorelement (103-1) und einem zweiten magnetischen Sensorelement (103-2), wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) auf dem Leitungsträger (101) angeordnet sind; wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) ausgebildet ist, ein erstes periodisches Messsignal zu erfassen, das auf einem wechselnden Magnetfeld basiert, und wobei das zweite magnetische Sensorelement (103-2) ausgebildet ist, ein zweites periodisches Messsignal zu erfassen, das auf dem wechselnden Magnetfeld basiert; und wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) ausgebildet sind, das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal phasenversetzt zu erfassen.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) eine erste Widerstandsbrücke (201-1) zum Erfassen des ersten periodischen Messsignals umfasst und wobei das zweite magnetische Sensorelement (103-2) eine zweite Widerstandsbrücke (201-2) zum Erfassen des zweiten periodischen Messsignals umfasst.
Raddrehzahlsensor nach Anspruch 2, wobei die erste Widerstandsbrücke (201-1) und die zweite Widerstandsbrücke (201-2) verdreht, insbesondere um 45° verdreht, zueinander auf dem Leitungsträger (101) angeordnet sind, um das erste periodische Messsignal und das zweite periodische Messsignal phasenversetzt, insbesondere um 90° phasenversetzt zueinander, zu erfassen.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) jeweils ein AMR-Sensorelement, ein GMR-Sensorelement oder ein Hall-Sensorelement umfassen.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leitungsträger (101) eine erste Oberfläche und eine von der ersten Oberfläche abgewandte zweite Oberfläche aufweist, wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, und wobei das zweite magnetische Sensorelement (103-2) auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, oder wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) auf der gleichen Oberfläche des Leitungsträgers (101) angeordnet sind.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Raddrehzahlsensor (100) einen ersten elektrische Schaltkreis (105-1) und einen zweiten elektrischen Schaltkreis (105-2) aufweist, wobei der erste elektrische Schaltkreis (105-1) zur Messwertaufbereitung mit dem ersten magnetischen Sensorelement (103-1) elektrisch verbunden ist, und wobei der zweite elektrische Schaltkreis (105-2) zur Messwertaufbereitung mit dem zweiten magnetischen Sensorelement (103-2) elektrisch verbunden ist.
Raddrehzahlsensor (100) nach Anspruch 6, wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) ausgebildet sind, die jeweiligen Messsignale als sinusförmige Messsignale zu erfassen, wobei der erste elektrische Schaltkreis (105-1) und der zweite elektrische Schaltkreis (105-2) ausgebildet sind, die jeweils sinusförmigen Messsignale in Rechtecksignale umzuwandeln.
Raddrehzahlsensor (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der erste elektrische Schaltkreis (105-1) und der zweite elektrische Schaltkreis (105-2) auf dem Leitungsträger (101) angeordnet sind.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leitungsträger (101) ein Leadframe umfasst, wobei das Leadframe aus einem Metall, insbesondere Kupfer, geformt ist.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die magnetischen Sensorelemente (103-1, 103-2) ausgebildet sind, die periodischen Messsignale auf der Basis eines wechselnden Magnetfelds einer magnetischen Lesespur zu erfassen, wobei die magnetische Lesespur von einem Geberrad ausgebildet wird, welches an der Fahrzeugachse angeordnet ist.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste magnetische Sensorelement (103-1) und das zweite magnetische Sensorelement (103-2) an einer Stirnseite des Leitungsträgers (101) angeordnet sind.
Raddrehzahlsensor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Raddrehzahlsensor (100) ausgebildet ist, das erste periodische Messsignal an eine erste Steuerung (303-1) des Fahrzeugs zu übermitteln und das zweite periodische Messsignal an eine zweite Steuerung (303-2) des Fahrzeugs zu übermitteln, wobei die erste Steuerung (303-1) ausgebildet ist, auf der Basis des ersten periodischen Messsignals eine erste Raddrehzahl zu ermitteln, und wobei die zweite Steuerung (303-2) ausgebildet ist, auf der Basis des zweiten periodischen Messsignals eine zweite Raddrehzahl zu ermitteln.
Raddrehzahlsensor (100) nach Anspruch 12, wobei das erste periodische Messsignal eine Vielzahl an ersten periodischen Signalpulsen umfasst, und wobei das zweite periodische Messsignal eine Vielzahl an zweiten periodischen Signalpulsen umfasst, wobei die erste Steuerung (303-1) und die zweite Steuerung (303-2) oder eine der ersten Steuerung (303-1) und der zweiten Steuerung (303-2) übergeordnete gemeinsame Steuerung ausgebildet sind, die ersten periodischen Signalpulse und die zweiten periodischen Signalpulse zu erfassen, insbesondere phasenversetzt zu erfassen, und auf der Basis der ersten periodischen Signalpulse und der zweiten periodischen Signalpulse eine Radbewegung zu ermitteln.
Raddrehzahlsensor (100) nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Raddrehzahlsensor (100) mit der ersten Steuerung (303-1) mittels einer ersten Leiteranordnung (107-1) zum Übertragen des ersten periodischen Messsignals verbindbar ist, und wobei der Raddrehzahlsensor (100) mit der zweiten Steuerung (303-2) mittels einer zweiten Leiteranordnung (107-2) zum Übertragen des zweiten periodischen Messsignals verbindbar ist.
Raddrehzahlsensor (100) nach Anspruch 14, wobei der Raddrehzahlsensor (100) einen ersten elektrischen Anschluss zum Anschließen der ersten Leiteranordnung (107-1) und einen zweiten elektrischen Anschluss zum Anschließen der zweiten Leiteranordnung (107-2) umfasst.