DE10246064A1

DE10246064A1 - Verfahren und Anordnung der Auswertung der Signale einer Magnetfeldsensoranordnung

Info

Publication number: DE10246064A1
Application number: DE2002146064
Authority: DE
Inventors: Rasmus Rettig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-15
Also published as: FR2845470A1; FR2845470B1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung der Ortsbestimmung eines Objekts relativ zu einer Magnetfeldsensoranordnung vorgeschlagen, mit mindestens einer Messung eines durch das Objekt beeinflussten Magnetfeldes. Erfindungsgemäß wird mit der Magnetfeldsensoranordnung gleichzeitig zum einen eine Messung des magnetischen Absolutfeldes (4, 6) und zum anderen eine Messung eines magnetischen Differenzfeldes (5, 7) vorgenommen. Die beiden gemessenen Werte für das Absolutfeld (6) und das Differenzfeld (7) können hinsichtlich einer Abweichung (8) untersucht werden oder aus den beiden gemessenen Werten für das Absolutfeld (6) und das Differenzfeld (7) kann ein Mittelwert (9) ausgebildet werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung der Signale einer Magnetfeldsensoranordnung, insbesondere zur sensorischen Ortsbestimmung oder Erfassung der linearen oder rotierenden Bewegung eines Objekts, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Zum Beispiel werden analoge Magnetfeldsensoren im Bereich der Positionsbestimmung magnetischer Körper in Linearwegsensoren oder auch in Winkelsensoren in unterschiedlichen Ausführungsformen in Kraftfahrzeugen bereits eingesetzt. Eine Änderung der Position eines solchen Objekts erzeugt hierbei eine Änderung des Magnetfeldes am Ort des Sensors, welcher diese z.B. in eine Änderung seiner Signal-Ausgangsspannung umsetzt. Zum Beispiel sind hier sogenannte Hall-Elemente als Drehzahlfühler an den Rädern für ein Antiblockierbremssystem (ABS), als Drehzahl- und Pha sengeber für die Motorsteuerung oder als Lenkwinkelsensoren für sog. Fahrdynamikregelsysteme und für elektrische Lenkhilfen vorhanden.
Es ist beispielsweise aus der DE 197 50 304 A1 eine Anordnung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung mittels eines Impulsrades bekannt, bei der eine Drehrichtungserkennung dadurch möglich ist, dass in einer Drehrichtung eine Änderung des Abstandes der impulsauslösendenden Elemente vorgenommen worden ist und damit das Tastverhältnis sich ändert.
Vorteile der Erfindung
Ein eingangs genanntes Verfahrens und eine Anordnung zur Erfassung der Ortsbestimmung eines Objekts relativ zu einer Magnetfeldsensoranordnung, bei dem durch mindestens eine Messung eines durch das Objekt beeinflussten Magnetfeldes entsprechende Messsignale erzeugt werden, wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise weitergebildet. Hier wird mit der Magnetfeldsensoranordnung gleichzeitig zum einen eine Messung des magnetischen Absolutfeldes und zum anderen eine Messung eines magnetischen Differenzfeldes vorgenommen.
Kern der Erfindung ist hier die Integration zweier unterschiedlicher Messungen, nämlich die Messung eines Absolut- und eines Differenzfeldes mittels eines integrierten Schaltkreises zur Bestimmung der Position eines magnetischen Objektes. Mit der Erfindung ist somit auf einfache weise die Realisierung eines integrierten eigenüberwachten, analogen Magnetfeldsensors mit verbesserter Auflösung und Genauigkeit möglich geworden. Hierbei können vorteilhaft die beiden gemessenen Werte für das Absolutfeld und das Differenzfeld hinsichtlich einer Abweichung untersucht werden und gegebenenfalls kann auch aus den beiden gemessenen werten für das Absolutfeld und das Differenzfeld ein Mittelwert gebildet werden.
Ein erfindungsgemäßer Schaltkreis misst also gleichzeitig den Absolutbetrag des Magnetfeldes B und seine räumliche Ableitung dB/dx. Durch die gleichzeitige Messung dieser beiden Größen am nahezu gleichen Ort bestehen mehrere Möglichkeiten der Auswertung und Korrektur beider Werte und ihr Vergleich. Auf diese Weise können sowohl mechanische, d.h. Fehler in der mechanischen Integrität des Magnetkreises, als auch elektrische Fehler in einem der beiden Signalpfade gefunden werden. Falls Absolut- und Differenzsignal nicht zueinander passen, kann ein Alarm ausgegeben werden.
Bei einer vorteilhaften Anordnung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens kann nach einer ersten Ausführungsform die Magnetfeldsensoranordnung zwei magnetfeldempfindliche Sensoren aufweisen, die ortsnah dem zu erfassenden Element gegenüberliegen und jeweils ein, dem vom Element beeinflussten Magnetfeld entsprechendes, Signal abgeben. Hierbei ist das Signal eines ersten Sensors zur Messung des Absolutfeldes heranziehbar und der andere Sensor ist zusammen mit dem ersten Sensor durch Bildung der Differenzsignale beider Sensoren zur Messung des Differenzfeldes heranziehbar.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Magnetfeldsensoranordnung auch drei magnetfeldempfindliche Sensoren aufweisen, wobei das Signal eines ersten mittig angeordneten Sensors zur Messung des Absolutfeldes und zwei andere beidseitig dazu angebrachte Senso ren durch Bildung ihres Differenzsignals zur Messung des Differenzfeldes heranziehbar sind. Die Sensoren können bei beiden Ausführungsformen in vorteilhafter Weise Hall-Elemente oder auch magnetoresistive Elemente sein, die auf einer sog. AMR- oder GMR-Basis aufgebaut sind.
Da die hier benutzten Sensoren oft auch in sicherheitskritischen Applikationen eingesetzt werden, wird durch die Redundanz, d.h. den Einsatz mindestens zweier Sensoren und deren Vergleich, in vorteilhafter Weise eine Eigenüberwachung realisiert. Hierbei werden übliche Auswertungsmethoden angewandt, bei denen z.B. analoge Hallsensoren die Amplitude des anliegenden magnetischen Feldes in ein hierzu proportionales elektrisches Ausgangssignal verwandeln. Dieses Ausgangssignal kann eine elektrische Spannung sein, oder auch der sog. Duty-Cycle eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufplan eines Verfahrens zur Auswertung der Signale einer Magnetfeldsensoranordnung mit drei Sensoren und
2 ein Diagramm des Verlaufs des Absolutfeldes und des Differenzfeldes im Bereich der Magnetfeldsensoranordnung in Abhängigkeit von der Position des zu erfassenden Objekts.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zur Auswertung der Signale einer Magnetfeldsensoranordnung mit drei ortsnah beieinander angeordneten Sensoren gezeigt, wobei der prinzipielle Aufbau mit beispielsweise Hall-Elementen oder AMR- bzw. GMR-Sensoren im Bereich eines von einem Objekt beeinflussten Magnetfeldes an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Im Block 1 ist ein Sensor angedeutet, dem im Block 2 links ein zweiter Sensor und im Block 3 rechts ein dritter Sensor benachbart ist. Ein entsprechend der 1 realisierter integrierter Schaltkreis kann eventuell auch, in Abweichung von der Darstellung, zwei magnetisch sensitive Elemente enthalten, wobei ein Sensor zur Messung des Absolutfeldes genutzt wird, während die Differenz aus beiden Messungen das Differenzfeld liefert.
Im Block 4 wird eine Verstärkung und Korrektur des Messsignals des ersten mittigen Sensors 1 zur Messung des Absolutfeldes B(x) und im Block 5 wird eine Verstärkung und Korrektur des Messsignals der beiden benachbarten Sensoren zur Messung des Differenzfeldes dB(x)/dx durchgeführt. Ein anhand des Ablaufplans nach der 1 realisierter integrierter Schaltkreis misst also gleichzeitig den Absolutbetrag des Magnetfeldes B und seine räumliche Ableitung dB/dx im Bereich des Magnetfeldsensors.
Ein möglicher Verlauf dieser beiden Messsignale B(x) und dB(x)/dx in Abhängigkeit von der Position eines hier nicht gezeigten Objekts im Bereich des Magnetfeldes bei den Sensoren ist in 2 mit den Verläufen 20 und 21 gezeigt. Hieraus ist erkennbar, dass das Absolutfeld B(x) quadratisch und das Differenzfeld dB(x)/dx linear von der Position x des Objekts abhängt. Für eine magnetische Kennlinie, wie sie hier beispielhaft dargestellt ist, ist die räumliche Auflösung umso geringer, je geringer die Steigung des Messwertes in Abhängigkeit vom Ort x des zu erfassenden Objekts ist. Für kleine Wert von x ist die Steigung von B(x) größer, während sie für größere Werte von x für dB/dx größer ist. Der auszugebende Messwert sollte daher für kleine x-Werte stärker vom Absolutfeld B(x) abhängen, während er für große x-Werte stärker durch das Differenzfeld dB/dx bestimmt werden sollte.
Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel umfasst also neben der Berechnung des Ausgangssignals auf der Basis einer festen Rechenvorschrift, z.B. dem Mittelwert, auch die Berechnung auf der Basis einer Vorschrift, die von der Position des magnetischen Objekts abhängt, wie z.B. durch einen mit B(x) gewichteten Mittelwert.
Im Anschluss an die Blöcke 4 und 5 nach der 1 erfolgt jeweils eine Berechnung des Objektortes in Blöcken 6 und 7 und in einem Block 8 wird ein Vergleich der beiden Werte vorgenommen. Mit einem Block 9 kann nun eine Berechnung des Ausgabewertes, z.B. durch eine Mittelwertbildung, durchgeführt werden. Dieser Mittelwert kann in einem Block 10 direkt als Ausgabewert für die Positionsbestimmung des Objekts herangezogen werden oder es kann, bei einer erheblichen Abweichung der beiden in den Blöcken 6 und 7 berechneten Werte, ein Alarm 11 erzeugt werden.
Durch die vorgeschlagene Korrektur der beiden Werte und ihr Vergleich können sowohl mechanische als auch elektrische Fehler in einem der beiden Signalpfade gefunden werden und eventuell der Alarm 11 ausgegeben werden. Ande rerseits kann durch eine Verrechnung dieser beider Werte, zum Beispiel durch die Bildung des Mittelwertes oder auch durch eine positionsabhängige Verrechnung beider Messgrößen, die Auflösung und Genauigkeit des Schaltkreises erhöht werden.

Claims

Verfahren zur Erfassung der Ortsbestimmung eines Objekts relativ zu einer Magnetfeldsensoranordnung, – durch mindestens eine Messung eines durch das Objekt beeinflussten Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass – mit der Magnetfeldsensoranordnung gleichzeitig zum einen eine Messung des magnetischen Absolutfeldes (4,6) und zum anderen eine Messung eines magnetischen Differenzfeldes (5,7) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden gemessenen Werte für das Absolutfeld (6) und das Differenzfeld (7) hinsichtlich einer Abweichung (8) untersucht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – aus den beiden gemessenen Werte für das Absolutfeld (6) und das Differenzfeld (7) ein Mittelwert (9) gebildet wird.
Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Magnetfeldsensoranordnung zwei magnetfeldempfindliche Sensoren aufweist, die ortsnah dem zu erfassenden Objekt gegenüberliegen und jeweils ein, dem vom Objekt beeinflussten Magnetfeld entsprechendes Signal abgeben, wobei – das Signal des ersten Sensors zur Messung des Absolutfeldes heranziehbar ist und der andere Sensor zusammen mit den ersten Sensor durch Bildung der Differenzsignale beider Sensoren zur Messung des Differenzfeldes heranziehbar ist.
Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Magnetfeldsensoranordnung drei magnetfeldempfindliche Sensoren (1,2,3) aufweist, die ortsnah dem zu erfassenden Objekt gegenüberliegen und jeweils ein, dem vom Objekt beeinflussten Magnetfeld entsprechendes Signal abgeben, wobei – das Signal eines ersten mittig angeordneten Sensors (1) zur Messung des Absolutfeldes (6) heranziehbar ist und zwei andere beidseitig dazu angebrachte Sensoren (2,3) durch Bildung ihres Differenzsignals (7) zur Messung des Differenzfeldes heranziehbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sensoren (1,2,3) Hall-Elemente sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sensoren (1,2,3) magnetoresistive Elemente sind, die auf einer AMR- oder GMR-Basis aufgebaut sind.