DE19812307C2 - Diagnoseeinrichtung für einen Giant Magnetoresistiven Sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Diagnoseeinrichtung für einen Giant Magnetoresistiven Sensor nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Giant Magnetoresistive Sensoren eignen sich vorzugsweise zur Positionsbestimmung von Stellelementen bei Steuerungs- oder Regeleinrichtungen. Dabei zeigt der Giant Magnetoresistive Sensor bei Zimmertemperatur einen erhöhten magnetoresistiven Effekt.

Insbesondere kann dieser erhöhte magnetoresistive Effekt mit­ tels eines Permanentmagneten, der um eine Achse drehbar ist, oder der längsverschiebbar ist, ausgenutzt werden. Der Wider­ standswert des Giant Magnetoresistiven Sensors ändert sich bei einer Verdrehung um eine Achse dabei in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel phi des Permanentmagneten nach einer Cosinus- Funktion plus einer Konstanten.

Aus DE 196 19 806 A1 ist eine magnetfeldempfindliche Sensor­ einrichtung mit mehreren Giant Magnetoresistiven Sensoren zur Erfassung eines äußeren Magnetfeldes bekannt, bei der die Biasschichten der einzelnen Sensoren in unterschiedlichen Richtungen magnetisiert sind.

Es hat sich nun insbesondere bei Sicherheitsaspekten bei der Anwendung in der Kraftfahrzeugelektronik gezeigt, daß Steuer- oder Regelungssysteme, die solche Giant Magnetoresistive Sen­ soren enthalten, daraufhin überprüft werden sollen, ob alle wesentlichen Komponenten ein funktionsgerechtes Zusammenwir­ ken ermöglichen; ob z. B. der Permanentmagnet vorhanden ist, ob die Grundmagnetisierung HBIAS des Giant Magnetoresistiven Sensors vorhanden ist, oder ob die Auswerteelektronik folge­ richtig arbeitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Diagnoseeinrichtung für Giant Magnetoresistive Sensoren anzugeben, durch die auf möglichst einfache und verläßliche Weise Fehlerquellen der o. g. Art erkannt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung hat den wesentlichen Vorteil, daß sie robust und relativ unempfindlich sowie ko­ stengünstig und leicht einsetzbar ist, da die Kopplung mit dem Giant Magnetoresistiven Sensor über ein Testmagnetfeld erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestalten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren darge­ stellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Diagnoseein­ richtung,

Fig. 2 den Widerstandsverlauf des Giant Magnetoresistiven Sensors als Funktion des Verdrehwinkels phi,

Fig. 3 eine Prinzipskizze für verschiedene Stellungen des Permanentmagnetfeldes Ho bei einem elektrischen Lei­ ter mit einer Testfunktion HT parallel zur Grundma­ gnetisierung,

Fig. 4 eine Prinzipskizze für verschiedene Stellungen des Permanentmagnetfelds Ho bei einem elektrischen Leiter mit einer Testfunktion HT senkrecht zur Grundmagneti­ sierung,

Fig. 5 die Überlagerung von Permanentmagnetfeld Ho und einem Testfeld HT aus zwei gekreuzten Drähten mit dem re­ sultierenden Magnetfeld 7.

Fig. 1 zeigt den Giant Magnetoresistiven Sensor GMS, dessen Widerstandswert RGMS abhängig ist von der Lage des externen Permanentmagnetfeldes Ho des Permanentmagneten 6. Eine Ver­ drehung des Permanentmagneten 6 führt zu der in Fig. 2 ausge­ führten Widerstandsänderung des Giant Magnetoresistiven Sen­ sors GMS nach der in Fig. 2 angegebenen Beziehung. Erfin­ dungsgemäß besteht die Diagnoseeinrichtung aus dem mindestens einem elektrischen Leiter 1, der in einer bevorzugten Rich­ tung zur Grundmagnetisierung HBIAS des Giant Magnetoresisti­ ven Sensors GMS gemäß der Fig. 3 und 4 liegen kann. In bevor­ zugtem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 erzeugt der Strom von I(T) durch den Leiter 1 das Testmagnetfeld HT, des­ sen Komponente HT+ einmal um 180 Grad (Fig. 3) und einmal um 90 Grad (Fig. 4) phasenverschoben liegt zur Grundmagnetisie­ rung HBIAS. Das Testmagnetfeld HT beeinflußt den elektrischen Widerstandswert RGMS des Giant Magnetoresistiven Sensors GMS so, daß dessen Werte RGMS (t) einen typischen Testverlauf R(t) einnehmen mit dem Permanentmagnetfeld Ho als Parame­ ter.

Stellvertretend für die verschiedenen Testmodi werden in den Fig. 3 und 4 zwei mal drei Kombinationen des Einflusses des Testmagnetfeldes HT auf das Ausgangssignal dargestellt. Kurve a) in Fig. 3 beschreibt dabei die Lage des Permanentmagnet­ feldes Ho mit phi gleich 0 Grad. Kurve b) und c) in Fig. 3 beschreiben Kurven mit phi gleich 45 Grad bzw. phi gleich 90 Grad. In Fig. 3 ist die Richtung des Testmagnetfeldes HT par­ allel zur Grundmagnetisierung HBIAS. In Fig. 4 ist die Rich­ tung des Testmagnetfeldes HT senkrecht zur Grundmagnetisie­ rung HBIAS. Je nach gewählter geometrischer Anordnung zwi­ schen Testfeld erzeugendem Leiter 1, Abstand und Magnetisie­ rung des rotierenden Permanentmagneten 6 ergeben sich quanti­ tativ abweichende Kurvenformen von den beiden beispielhaft gezeigten Figuren.

Der Testverlauf R(t) wird in einer elektronischen Steuerein­ richtung in Form eines Microcontrollers mit gespeicherten Re­ ferenzwerten Vref wie Phase, Amplitude und/oder Frequenz ver­ glichen, wobei bei Gleichheit der Werte des Testverlaufs R(t) mit den Referenzwerten Vref das funktionsgerechte Zusammen­ wirken von Permanentmagnetfeld Ho, Giant Magnetoresistivem Sensor GMS und Elektronik über eine Anzeigeeinrichtung an­ zeigbar ist.

Wird z. B. die Anordnung a) in Fig. 4 betrachtet, so sollte die Modulation durch das Testmagnetfeld HT als Auswirkung auf den Testverlauf R(t) die doppelte Erregerfrequenz und eine Phasenverschiebung von 180 Grad aufweisen. Ein höherer Anteil der Grundfrequenz würde eine Verschiebung des rotierenden Permanentmagneten 6 aus der Grundposition hinweisen. Eine Phasenverschiebung von 0 Grad würde ein Fehlen des rotieren­ den Permanentmagneten 6 bedeuten. Ohne auf die einzelnen mög­ lichen Fälle einzugehen, läßt sich feststellen, daß je nach zu betrachtendem Fehlerfall die eine (Fig. 3: paralleles Testmagnetfeld HT) oder andere Möglichkeit (Fig. 4: senkrech­ tes Testmagnetfeld HT) oder eine Kombination aus beiden An­ wendung finden kann, um eine Selbstdiagnose des Systems durchzuführen.

Diese Abfrage oder diesen Testzyklus fragt man bevorzugt in einem Power-On-Status des Systems ab z. B. beim Einschalten der Zündung im Kraftfahrzeug.

Gemäß Fig. 1 sind zwei gekreuzte elektrische Leiter 1, 2 dar­ gestellt. Das resultierende Magnetfeld ergibt sich als Über­ lagerung der Vektoraddition nach Fig. 5. Auch hier läßt/lassen sich eine bevorzugtes Testmagnetfeld HT erzeugen und durch Vergleich mit Referenzwerten Vref auswerten.

Der bzw. die Draht/Drähte 1, 2 können zwischen Permanentmagnet 6 und Giant Magnetoresistivem Sensor GMS oder unter dem Giant Magnetoresistiven Sensor GMS gemäß Fig. 1 angeordnet sein.

Der Teststrom bei einem elektrischen Leiter 1 bzw. die Test­ ströme bei zwei gekreuzten elektrischen Leitern 1, 2 I(T) kön­ nen vorzugsweise sinus-, cosinus-, rechteck-, dreieck- oder rampenförmig sein.

Das Permanentmagnetfeld Ho als Parameter kann bevorzugt par­ allel oder unter 45 Grad oder unter 90 Grad zur Grundmagneti­ sierung HBIAS oder unter beliebigen Zwischenlagen ausgerich­ tet sein und der/die Leiter 1, 2 kann/können eine bevorzugte Richtung einnehmen in bezug auf die Grundmagnetisierung HBIAS, so daß ein gewünschter bevorzugter Testverlauf R(t) des Widerstandswerts des Giant Magnetoresistiven Sensors GMS erzeugbar ist.

Bei einem elektrischen Leiter 1 und einem fließenden Strom I(t) mit umkehrbarer Richtung wird ein magnetisches Wechsel­ feld erzeugt. Bei zwei stromdurchflossenen Leitern 1, 2 mit veränderbarer Richtung und Amplitude wird ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Wechsel- oder Drehfeld plus Permanentma­ gnetfeld Ho bewirken ein oszillierendes Magnetfeld. Ein os­ zillierendes Magnetfeld führt zu einer Widerstandsänderung des Giant Magnetoresistiven Sensors GMS.

Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung ist auch auf linea­ re, transversal verschiebbare Permanentmagneten 6 anwendbar.

Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung findet vorzugsweise Verwendung als Positionsgeber.

Als solche findet sie wiederum bevorzugt Anwendung in der Kraftfahrzeugelektronik, bspw. als Pedalwertgeber beim E-Gas oder bei der Positionierung und Stellung der Drosselklappe oder bei der Positionserfassung des Ventilhubs bei einer elektromagnetischen Ventilsteuerung für die Kraftstoff-Ein­ spritzung.

Claims (10)

1. Diagnoseeinrichtung für einen Giant Magnetoresistiven Sen­ sor, der eine Grundmagnetisierung (HBIAS) aufweist, und des­ sen elektrischer Widerstandswert (RGMS) in Abhängigkeit von einem externen Permanentmagnetfeld (Ho) beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung aus mindestens einem elektri­ schen, mit Strom (I(t)) beaufschlagbaren Leiter (1) besteht, wodurch ein Testmagnetfeld (HT) erzeugbar ist, das den elek­ trischen Widerstandswert (RGMS) des Giant Magnetoresistiven Sensors (GMS) beeinflußt, so daß dessen Werte einen typischen Testverlauf (R(t)) nehmen, mit dem Permanentmagnetfeld (Ho) als Parameter, wobei der Testverlauf (R(t)) in einer elektro­ nischen Steuereinrichtung in Form eines Microcontrollers mit gespeicherten Referenzwerten (Vref) wie Phase, Amplitude und/oder Frequenz verglichen wird, und wobei bei Gleichheit der Werte des Testverlaufs (R(t)) mit den Referenzwerten (Vref) das funktionsgerechte Zusammenwirken von Permanentma­ gnetfeld (Ho), Giant Magnetoresistivem Sensor (GMS) und Elek­ tronik über eine Anzeigeeinrichtung anzeigbar ist.

2. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei gekreuzte Leiter (1, 2) vorgesehen sind, die mit gleichen oder verschiedenen Testströmen (I(T)) beaufschlagbar sind.

3. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der (1) bzw. die Leiter (1, 2) zwischen Per­ manentmagnet (6) und Giant Magnetoresitivem Sensor (GMS) oder unter dem Giant Magnetoresistiven Sensor (GMS) angeordnet ist bzw. sind.

4. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der/die Teststrom/ströme (I(T)) sinusförmi­ gen oder cosinusförmigen oder rechteckförmigen oder dreieck­ förmigen oder rampenförmigen Verlauf hat bzw. haben.

5. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Permanentmagnetfeld (Ho) als Parameter parallel zur Grundmagnetisierung (HBIAS) oder unter 45 Grad oder unter 90 Grad oder unter beliebigen Zwischenlagen ausgerichtet ist und der/die Leiter (1, 2) eine bevorzugte Richtung einnehmen in bezug auf die Grundmagnetisierung (HBIAS), so daß ein ge­ wünschter bevorzugter Testverlauf R(t) des Widerstands­ werts des Giant Magnetoresistiven Sensors (GMS) erzeugbar ist.

6. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erzeugung eines bestimmten Testverlaufs (RGMS(T)) bei stromdurchflossenem/n Leitern (1, 2) die Dre­ hung des Magnetfeldes durch einen linear verschiebbaren Per­ manentmagneten (6) erzeugt wird.

7. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speichermittel und die Steuereinrichtung aus ei­ nem Microcontroller bestehen.

8. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem als Positionsgeber arbeitenden Giant Magnetoresistiven Sensor (GMS).

9. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem in der Kraftfahrzeugelektronik ein­ gesetzten Giant Magnetoresistiven Sensor (GMS).

10. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einem als Pedalwertgeber beim E-Gas oder bei der Positionierung und Stellung der Drosselklappe oder bei der Positionserfassung bei der Ventilsteuerung für die Kraftstoff-Einspritzung eingesetzten Giant Magnetoresistiven Sensor (GMS).