DE60214571T2

DE60214571T2 - Magnetischer positionsgeber mit einem identitätskode und seine verwendung in einem sicherheitssystem

Info

Publication number: DE60214571T2
Application number: DE60214571T
Authority: DE
Inventors: Olivier Andrieu; Jean-Baptiste Yvon
Original assignee: Electricfil Industrie SARL; Electricfil SA
Current assignee: Electricfil Industrie SARL; Electricfil SA
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: ATE338662T1; DE60214571D1; FR2829836A1; FR2829836B1; WO2003024754A1; EP1427613B1; EP1427613A1

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft das technische Gebiet der Magnetsensoren des Typs, welcher ein sich in der Nähe einer Erfassungszelle bewegendes Codierelement umfaßt und entsprechend ausgebildet ist, um wenigstens eine Winkelposition im allgemeinen Sinn zu erkennen.
Genauer gesagt betrifft der Gegenstand der Erfindung einen magnetischen Positionsgeber, dem ein Identitätscode zugeordnet ist, so daß eine Erkennung und/oder eine spezielle Verarbeitung des durch den Positionsgeber gelieferten elektrischen Signals ermöglicht werden.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung findet der Gegenstand der Erfindung im Automobilbereich, wo ein solcher Sensor beispielsweise im Rahmen der Diebstahlsicherungsfunktion von Fahrzeugen eingesetzt werden kann.
Auf dem vorgenannten bevorzugten Anwendungsgebiet ist für die Diebstahlsicherung von Fahrzeugen bekannt, jedem Fahrzeug verschiedene Identifikationscodes zuzuweisen, die in einer oder mehreren elektronischen Kontrolleinheit(en), welche innerhalb eines Fahrzeugs untergebracht sind, abgespeichert sind. Wenn ein über einen Transponder übertragener Identifikationscode mit dem abgespeicherten übereinstimmt, lassen die elektronischen Kontrolleinheiten das Starten des Fahrzeugs zu.
Nun wurde aber festgestellt, daß einige elektronische Kontrolleinheiten relativ leicht durch analoge Einheiten ersetzt werden konnten, so daß die Diebstahlsicherungsfunktion nicht mehr gewährleistet ist.
Um zu versuchen, diesen Nachteil zu beheben, wurde in Betracht gezogen, einige Identifikationscodes in schwer zugängliche Bereiche des Fahrzeugs auszulagern. Im gleichen Sinn wurde in Betracht gezogen, daß der Drehzahlgeber des Motors sein Ausgangssignal nicht an die elektronische Motorkontrolleinheit liefert, wenn der Identifikationscode nicht erkannt wird, so daß das Starten des Fahrzeugs nicht ermöglicht wird.
So wurde vorgeschlagen, dem Motordrehzahlsensor einen Identitätscode zuzuordnen, der dann, wenn er von dem übertragenen Identifikationscode abweicht, nicht die Generierung des Motordrehzahlsignals ermöglicht. Ein Vorschlag zur Ausführung besteht darin, den dem Magnetsensor zugewiesenen Identitätscode in einem Speicher abzuspeichern. Nun muß aber berücksichtigt werden, daß dieser Speicher aufgrund seiner Anbringung in der Nähe des Motors relativ hohen Temperaturen sowie Erschütterungen ausgesetzt ist, wodurch er beschädigt wird.
Darüber hinaus ist aus dem Patent EP 0 443 938 ein magnetischer Drehsensor eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Es besteht demnach der Bedarf nach einem magnetischen Positionsgeber, dem ein Identitätscode zugeordnet ist, wobei ein solcher Sensor ausgelegt ist, seine Leistungsfähigkeit selbst dann zu bewahren, wenn er relativ hohen Temperaturen sowie Erschütterungen ausgesetzt ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, diesem Bedarf gerecht zu werden, indem ein magnetischer Drehsensor gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen wird.
Es ist darüber hinaus auch aus dem Patent US 5 615 649 eine Sicherheitsvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, die einen magnetischen Positionsgeber umfaßt, welcher geeignet ist, ein für die Motordrehzahl des Fahrzeugs repräsentatives Signal zu liefern. Ein solches Signal wird analysiert, um einen Identifikationscode zu bilden, der mit einem seitens des Nutzers des Fahrzeugs gelieferten Code verglichen wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Sensor vorzuschlagen, der dazu bestimmt ist, in eine Sicherheitsvorrichtung integriert zu werden, um eine Diebstahlsicherungsfunktion des mit einem solchen Sensor ausgestatteten Fahrzeugs zu ermöglichen.
Zur Erreichung dieses Ziels besteht die Aufgabe der Erfindung folglich darin, eine Sicherheitsvorrichtung vorzuschlagen, die folgendes umfaßt:

• einen erfindungsgemäßen Sensor
• sowie Kontrollmittel, die mit den Analysemitteln verbunden sind und die ermöglichen:
– den Identitätscode des Sensors mit einem Identifikationscode zu vergleichen,
– und dann, wenn der Identitätscode des Sensors dem Identifikationscode entspricht, die Ausgabe des periodischen Referenzsignals zuzulassen,
– und dann, wenn der Identitätscode des Sensors nicht dem Identifikationscode entspricht, die Ausgabe des periodischen Referenzsignals zu verhindern.

Verschiedene weitere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor, die als nicht einschränkend zu verstehende Beispiele Ausführungs- und Einsatzformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.
1 ist eine Perspektivansicht, die auf schematische Weise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zeigt.
2 ist eine Querschnittansicht, welche ein Ausführungsdetail des erfindungsgemäßen Sensors zeigt.
3 zeigt Ablaufdiagramme, die ermöglichen, die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Sensors zu veranschaulichen.
4 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das ermöglicht, das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Sensors zu verdeutlichen.
5 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors zeigt.
Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines magnetischen Drehsensors, dem ein Identitätscode zugeordnet ist, wobei dieser Sensor in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Ein solcher Sensor 1 umfaßt einen magnetischen Positionsgeber 1, der wenigstens eine Magnetspur 2 umfaßt, die geeignet ist, über ein nicht dargestelltes, aber an sich bekanntes Drehantriebsmittel drehangetrieben zu werden. Eine solche Magnetspur 2 ist dazu bestimmt, an wenigstens einer gegenüber einem Magnetfeld empfindlichen Erfassungszelle 3 vorbeizulaufen. Die Magnetspur 2 ist in Form eines mehrpoligen Magnetrings ausgebildet, der um sein Zentrum drehangetrieben wird. Die Magnetspur 2 umfaßt eine Reihe von Elementen 4 zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes, die verteilt sind, um einen gleichmäßigen Teilungsschritt aufzuweisen. In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elemente 4 zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes von sich abwechselnden Magnetpolen gleicher Breite gebildet. So umfaßt die Magnetspur 2 eine Reihe von sich abwechselnden Süd- und Nord-Polen, die eine radiale Magnetisierung aufweisen. Beispielsweise beträgt die Winkelbreite jedes Pols 3°.
Die Magnetspur 2 umfaßt auch wenigstens ein sogenanntes unregelmäßiges erzeugendes Element 4₁ , das eine im Vergleich zu dem zwischen den anderen erzeugenden Elementen 4 definierten Teilungsschritt abweichende Weite aufweist. Beispielsweise weist das unregelmäßige erzeugende Element 4₁ einen Teilungswinkel auf, der doppelt so groß ist wie der der anderen erzeugenden Elemente 4. Das Vorliegen eines solchen unregelmäßigen erzeugenden Elementes 4₁ stellt eine Markierung für den Magnetsensor dar, wodurch es möglich ist, wenigstens einen Winkelposition festzulegen. Selbstverständlich kann vorgesehen sein, ein oder mehrere unregelmäßige erzeugende Elemente 4₁ auf der Magnetspur 2 auszubilden.
Es ist anzumerken, daß in Betracht gezogen werden kann, die Magnetspur 2 mit Elementen 4, 4₁ zur Erzeugung eines Magnetfeldes auszubilden, die von Störelementen eines durch einen in der Nähe der genannten Magnetspur angeordneten festen Magneten erzeugten Magnetfeldes gebildet sind. Beispielsweise können die Störelemente mittels Zähnen gebildet sein, die in einem aus einem ferromagnetischen Material gefertigten Ring ausgebildet sind.
Die Magnetspur 2 ist dazu bestimmt, an der festen Erfassungszelle 3 vorbeizulaufen, die ein periodisches elektrisches Signal liefert, das der Entwicklung der Stärke des durch die erzeugenden Elemente 4, 4₁ gelieferten Magnetfeldes entspricht. Herkömmlicherweise ist die Erfassungszelle 3 Verarbeitungsmitteln, wie einem nicht dargestellten, jedoch an sich bekannten hysteresebehafteten Pegelkomparator zugeordnet, der ein periodisches elektrisches Referenzsignal S₀ liefert, welches reine Übergänge für klare Werte des Magnetfeldes aufweist, je nachdem, ob es ansteigend oder abfallend ist. 3 zeigt ein Beispiel für ein periodisches Referenzsignal S₀, das von einem solchen Positionsgeber 1 geliefert wird. Ein solches Referenzsignal S₀ weist eine durch die gleichmäßig beabstandeten erzeugenden Elemente 4 gegebene Periodizität auf. Ein solches elektrisches Referenzsignal S₀ weist auch eine Diskontinuität D auf, die eine Markierung bildet, um eine dem sogenannten unregelmäßigen Pol 4₁ entsprechende Winkelposition zu bestimmen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung umfaßt der Sensor 1 auch ein Mittel 6 zur Erzeugung eines Identitätscodes C für den magnetischen Positionsgeber 1. Ein solches Erzeugungsmittel 6 umfaßt wenigstens einen Magnetcodierer 7, der geeignet ist, über das Drehantriebsmittel der Magnetspur 2 drehangetrieben zu werden. Dieser Magnetcodierer 7 ist dazu bestimmt, an einer gegenüber einem Magnetfeld empfindlichen Erfassungszelle 8 vorbeizulaufen. Der Magnetcodierer 7 ist von einer Reihe von Elementen 9 zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes gebildet, die derart angeordnet sind, daß die genannte Erfassungszelle 8 ein Codiersignal S_C liefert, das von einer dem Identitätscode C des zugeordneten Magnetgebers 1 entsprechenden Kombination von Signalen gebildet ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Magnetcodierer 7 in Form eines mehrpoligen Magnetrings vor, der aus den erzeugenden Elementen 9 besteht, die von sich abwechselnden und entsprechend einem bestimmten Teilungsschritt angeordneten Magnetpolen gebildet sind, so daß die Zelle 8 ein von einer Kombination aus Signalen gebildetes Codiersignal S_C liefert. So liefert die Erfassungszelle 8, die Verarbeitungsmitteln, wie einem hysteresebehafteten Pegelkomparator zugeordnet ist, ein elektrisches Binärsignal S_C. So muß berücksichtigt werden, daß der Identitätscode C des Magnetgebers 1 durch eine magnetische Codierung gebildet wird, die einer bestimmten Folge von Binärpegeln entspricht, wie dies aus 3 klar hervorgeht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Magnetspur 2 und der Magnetcodierer 7 jeweils aus einem Elastomer- oder Kunststoffring gebildet, der zur Bildung der Magnetpole mit magnetisierten Teilchen beladen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, das genauer aus 4 hervorgeht, umfaßt der Sensor I Mittel 11 zur Analyse des Codiersignals S_C mit Hilfe des periodischen Referenzsignals S₀, so daß der Identitätscode C des Magnetsensors I bestimmt oder gelesen wird. Es ist zu berücksichtigen, daß aufgrund der variablen Drehgeschwindigkeit der Magnetspur 2 und des Magnetcodierers 7 das Auslesen des Codiersignals S_C unter Berücksichtigung des periodischen, elektrischen Referenzsignals So erfolgen muß, das einen Taktgeber für die Decodierung des Codiersignals S_C bildet. Des weiteren ermöglicht das Vorliegen der Diskontinuität D in dem periodischen Signal S₀, eine Markierung für die Decodierung des Codiersignals S_C darzustellen und ermöglicht somit, den dem genannten Geber 1 zugeordneten Identitätscode C wieder zu finden.
Somit ermöglichen die Analysemittel 11 – wie aus 4 hervorgeht –, den Identitätscode C des Gebers 1 sowie dessen periodisches Referenzsignal S₀ zu liefern, um diese auf jedwede geeignete Art und Weise durch eine elektronische Auswertungseinheit 12 im Hinblick auf unterschiedliche Anwendungen auszuwerten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung, wie es in 5 dargestellt ist, ist der erfindungsgemäße Sensor I dazu bestimmt, in einer Sicherheitsvorrichtung eingesetzt zu werden, die eine Diebstahlsicherungsfunktion des mit einem solchen Sensor I ausgestatteten Fahrzeugs ermöglicht. Bei einer solchen Anwendung sind der Magnetring 2 und der Magnetcodierer 7 an einer Scheibe 13 angebracht, die an einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs drehfestgesetzt ist, so daß die Erfassungszelle 3, die in Beziehung zu dem Magnetring 2 angebracht ist, ein für die Motordrehzahl repräsentatives periodisches Signal liefert. Nach diesem Beispiel ist der Ausgang der Analysemittel 11 mit Kontrollmitteln 14 verbunden, die ein Mittel zum Vergleichen des Identitätscodes C des magnetischen Drehsensors 1 mit einem beispielsweise durch einen Transponder direkt oder über eine elektronische Kontrolleinheit 15 übertragenen Identifikationscode CI umfassen. Diese Kontrollmittel 14 ermöglichen dann, wenn der Identitätscode C des magnetischen Drehsensors 1 dem Identifikationscode CI entspricht, die Ausgabe des periodischen Referenzsignals S₀, beispielsweise an die elektronische Kontrolleinheit 15 zuzulassen, und dann, wenn der Identitätscode C des magnetischen Drehsensors 1 nicht dem Identifikationscode CI entspricht, die Ausgabe des periodischen Referenzsignals S₀ zu verhindern. Auf diese Weise ermöglichen die Kontrollmittel 14, die Ausgabe des dem Signal der Motordrehzahl des Fahrzeugs entsprechenden periodischen Referenzsignals So zu untersagen, so daß die Funktionen zum Starten des Fahrzeugs nicht sichergestellt werden können.
Vorzugsweise sind diese Kontrollmittel 14 im Bereich des Magnetsensors (I) integriert, so daß sie schwer zugänglich sind und daß das Aussenden eines solchen Referenzsignals S₀ – zur Verarbeitung – an die elektronische Kontrolleinheit 15, welche geeignet ist, leicht zugänglich zu sein, vermieden wird.
Nach einem Ausführungsmerkmal ist der Codierer I dazu bestimmt, an einer am Ausgang des Motors eines Kraftfahrzeugs angeordneten Antriebscheibe, d.h. an einer Verteilerscheibe oder an einer der Hilfsscheiben angebracht zu werden. Die Scheibe 13 umfaßt eine Umfangswand 13₁ sowie eine querverlaufende Wand 13₂ , die dazu bestimmt sind, den Magnetring 2 bzw. den Magnetcodierer 7 aufzunehmen. Nach einem Ausführungsmerkmal ist die Scheibe 13 angesetzt oder bildet einen integrierenden Bestandteil einer Antriebscheibe, einer Kurbelwellenscheibe oder einer Nockenscheibe.
Nach einem weiteren Ausführungsmerkmal ist die Scheibe 13 dazu bestimmt, innerhalb einer Tragplatte einer dynamischen Dichtung für eine Übertragungswelle zwischen der Kurbelwelle und dem Getriebe eines Motors eines Kraftfahrzeugs angebracht zu werden. Die Scheibe 13 wird über die Übertragungswelle drehangetrieben und ist in Näheverhältnis zu den an der Tragplatte der Dichtung angebrachten Erfassungszellen angeordnet, um einen Positionsgeber zu bilden.
Nach einem weiteren Ausführungsmerkmal wird die erfindungsgemäße Scheibe 13 über die Kurbelwelle oder die Nockenwelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs drehangetrieben, indem sie innerhalb des Motorblocks eines solchen Fahrzeugs, in Näheverhältnis zu den Erfassungszellen angebracht ist, um einen Positionsgeber zu bilden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt, da hieran verschiedene Änderung vorgenommen werden können, ohne den ausschließlich durch die Ansprüche definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Magnetischer Drehsensor (I) umfassend: – einen magnetischen Positionsgeber (1), der wenigstens eine Magnetspur (2) umfaßt, die geeignet ist, über ein Drehantriebsmittel drehangetrieben zu werden und an wenigstens einer gegenüber einem Magnetfeld empfindlichen Erfassungszelle (3) vorbeizulaufen, wobei die Magnetspur (2) in Form eines mehrpoligen Magnetrings ausgebildet ist, der einerseits mit einer Reihe von Elementen (4) zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes, die entsprechend einem gleichmäßigen Teilungsschritt verteilt sind, so daß die Erfassungszelle (3) ein periodisches elektrisches Referenzsignal (S₀) liefert, das der Entwicklung der Stärke des durch die Elemente erzeugten Magnetfeldes entspricht, und andererseits mit wenigstens einem unregelmäßig erzeugenden Element (4₁ ) versehen ist, das eine im Vergleich zu dem gleichmäßigen Teilungsschritt der anderen erzeugenden Elemente abweichende Weite aufweist, so daß das durch die Erfassungszelle gelieferte elektrische Referenzsignal (S₀) eine Diskontinuität (D) aufweist, – wenigstens einen Magnetcodierer (7), der geeignet ist, über das Drehantriebsmittel drehangetrieben zu werden und an einer gegenüber einem Magnetfeld empfindlichen Erfassungszelle (8) vorbeizulaufen, wobei der Magnetcodierer (7) von einer Folge von Elementen (9) zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß • der wenigstens eine Magnetcodierer (7) ein Mittel (6) zur Erzeugung eines Identitätscodes (C) für den magnetischen Positionsgeber (1) ist, wobei die erzeugenden Elemente (9) des wenigstens einen Magnetcodierers (7) derart angeordnet sind, daß die Zelle (8) ein Codiersignal (S_C) liefert, das von einer dem Identitätscode (C) des Magnetgebers entsprechenden Kombination von Signalen gebildet ist, • und daß der magnetische Drehsensor (I) ferner Mittel (11) zur Analyse des Codiersignals (S_C) mit Hilfe des periodischen Referenzsignals (S₀) umfaßt, das einen Taktgeber für die Decodierung des Codiersignals (S_C) bildet, so daß der Identitätscode (C) des magnetischen Positionsgebers (1) gelesen wird.
Sensor (I) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes (4, 4₁ , 9) des Magnetrings (2) und des Magnetcodierers (7) jeweils von abwechselnden Magnetpolen gebildet sind.
Sensor (I) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes (4, 4₁ , 9) des Magnetrings (2) und des Magnetcodierers (7) jeweils von Störelementen eines Magnetfeldes gebildet sind, das durch einen in der Nähe der genannten Elemente angeordneten festen Magneten erzeugt wird.
Sensor (I) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetring (2) und der Magnetcodierer (7) jeweils aus einem Elastomer- oder Kunststoffring gebildet sind, der zur Bildung der Magnetpole mit magnetisierten Teilchen beladen ist.
Sensor (I) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetring (2) und der Magnetcodierer (7) an einer Scheibe angebracht sind, die an einer Welle eines Motors eines Kraftfahrzeugs drehfestgesetzt ist, so daß die Erfassungszelle (3), die in Beziehung zu dem Magnetring (2) angebracht ist, ein für die Motordrehzahl repräsentatives periodisches Referenzsignal (S₀) liefert.
Sensor (I) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) eine Umfangswand (13₁ ) sowie eine querverlaufende Wand (13₂ ) umfaßt, die dazu bestimmt sind, den Magnetring (2) bzw. den Magnetcodierer (7) aufzunehmen.
Sensor (I) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) angesetzt ist oder einen integrierenden Bestandteil einer Antriebscheibe bildet.
Sensor (I) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebscheibe eine Kurbelwellenscheibe ist.
Sensor (I) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebscheibe eine Nockenscheibe ist.
Sensor (I) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) innerhalb einer Tragplatte einer dynamischen Dichtung angebracht ist, die in Näheverhältnis zu den Erfassungszellen (3, 8) sowie zwischen der Kurbelwelle und dem Getriebe eines Motors eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Sensor (I) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) über die Kurbelwelle oder die Nockenwelle drehangetrieben wird, indem sie innerhalb des Motorsblocks eines Kraftfahrzeugs und im Näheverhältnis zu den Erfassungszellen (3, 8) angebracht ist.
Sicherheitsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt: • einen Sensor (I) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, • sowie Kontrollmittel (14), die mit den Analysemitteln (11) verbunden sind und die ermöglichen: – den Identitätscode (C) des Sensors (I) mit einem Identifikationscode (CI) zu vergleichen, – und dann, wenn der Identitätscode (C) des Sensors (I) dem Identifikationscode (CI) entspricht, die Ausgabe des periodischen Referenzsignals (S₀) zuzulassen, – und dann, wenn der Identitätscode (C) des Sensors (I) nicht dem Identifikationscode (CI) entspricht, die Ausgabe des periodischen Referenzsignals (S₀) zu verhindern.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollmittel (14) in den Sensor (I) integriert sind.