Überwachungsvorrichtung monitoring device
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines pin-justierten Drehwinkelsensors mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen, die jeweils ein Hall-Element aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle zwei AbgabeSpannungen abgeben zur Erzeugung von zwei AusgangsSpannungen zur Dedektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors.The invention relates to the use of a pin-adjusted angle of rotation sensor with two ASIC circuit elements, each having a Hall element, which emit two output voltages as a function of the rotational movement of a shaft to generate two output voltages for detecting error states in the area of the angle of rotation sensor ,
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Betriebsparameters eines Funk- tionselements eines Fahrzeugs, insbesondere eines Gaspedals und/oder einer Drosselklappe mit wenigstens einer Überwachungseinheit, die gegenläufige AusgangsSpannungen abgeben.The invention also relates to a device for monitoring at least one operating parameter of a functional element of a vehicle, in particular an accelerator pedal and / or a throttle valve, with at least one monitoring unit which emits opposing output voltages.
Aus der WO 95 14 911 AI ist ein Drehwinkelsensor bekannt. Er besteht aus einer stationären und einer rotierenden Formati- on. Die stationäre Formation enthält zwei halbmondförmige Statorelemente, zwischen denen sich eine Abstandsausnehmung befindet, in der ein Hallelement angeordnet ist. Die rotierende Formation weist ein ringförmig ausgebildetes Magnet- element auf, das von einer Halteeinheit gehalten wird und unter Belassung eines Luftspalts um die Statorelemente bewegbar ist.
Derartige Drehwinkelsensoren sind darüber hinaus aus der WO 98 25 102 AI, DE 197 16 985 AI, DE 199 03 940 AI bzw. der EP 1 024 267 A2 der Anmelderin bekannt.A rotation angle sensor is known from WO 95 14 911 AI. It consists of a stationary and a rotating format. The stationary formation contains two crescent-shaped stator elements, between which there is a spacing recess in which a Hall element is arranged. The rotating formation has an annular magnetic element which is held by a holding unit and can be moved around the stator elements while leaving an air gap. Such rotation angle sensors are also known from WO 98 25 102 AI, DE 197 16 985 AI, DE 199 03 940 AI and EP 1 024 267 A2 from the applicant.
Mit Hilfe des Hall -Elements werden bei den bekannten Dreh- winkelsensoren Abgabespannungen erzeugt, die der Stellung der rotierenden Formation entsprechen.With the aid of the Hall element, output voltages are generated in the known rotation angle sensors which correspond to the position of the rotating formation.
Aus der WO 98 22 781 AI ist es bekannt, die erzeugten Abgabespannungen zu justieren. Die Justierung wird wie folgt vorgenommen : a) Über einen Ausgangsstift werden über eine Veränderungseinheit Justierdaten in einen Temporärspeicher zwischengespeichert, mit denen eine Arbeitseinheit über eine Ausgabeeinrichtung veränderte Ausgangswerte oder -kurven am Ausgangsstift abgibt. b) Haben die Ausgangswerte oder -kurven ihre Justierstellung erreicht, werden die Justierdaten in einem Permanentspeicher durch die Veränderungseinheit eingeschrieben.From WO 98 22 781 AI it is known to adjust the output voltages generated. The adjustment is carried out as follows: a) Adjustment data are temporarily stored in a temporary memory via an output pen via a change unit, with which a work unit outputs changed output values or curves at the output pin via an output device. b) When the initial values or curves have reached their adjustment position, the adjustment data are written into a permanent memory by the change unit.
Allerdings wird bei der Justierung lediglich die Abgabespannung begradigt und die vorhandene Steigung etwas angehoben.However, only the output voltage is straightened during adjustment and the existing gradient is raised somewhat.
Aus der DE 40 04 085 AI ist eine Überwachungsvorrichtung bekannt, dessen eine Bahn mit dem positiven und dessen andere Bahn mit dem negativen Pol der VersorgungsSpannung verbunden wird. Der rotierende Teil des Doppelpotentiometers wird mit der Welle einer Drosselklappe verbunden. Dreht sich die Drosselklappenwelle, werden zwei Stellungssignale erzeugt, die sich gegensinnig verändern. Beide Stellungssignale werden einer Auswerteeinheit zugeführt, mit deren Hilfe Kurzbzw. Nebenschlüsse und dergleichen erkannt werden.
Nachteilig ist, dass als Erfassungsaggregate Potentiometer eingesetzt werden, die ungenau und störanfällig sind. Darüber hinaus können sich die Widerstandswerte aufgrund der im Motorraum herrschenden Bedingungen ändern, was zu Fehlern und Ungenauigkeiten der Überwachungsvorrichtung selbst führt .A monitoring device is known from DE 40 04 085 AI, one path of which is connected to the positive and the other path of which is connected to the negative pole of the supply voltage. The rotating part of the double potentiometer is connected to the shaft of a throttle valve. When the throttle valve shaft rotates, two position signals are generated that change in opposite directions. Both position signals are fed to an evaluation unit, with the help of which short or Shunts and the like can be detected. It is disadvantageous that potentiometers are used as detection units, which are imprecise and prone to failure. In addition, the resistance values can change due to the conditions prevailing in the engine compartment, which leads to errors and inaccuracies in the monitoring device itself.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, die bekannte Überwachungseinrichtung so weiter zu entwickeln, dass sie genauer und sicherer ihre Überwachungsfunktion übernimmt.The task therefore arises to further develop the known monitoring device in such a way that it performs its monitoring function more precisely and more reliably.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendungsschritte des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the use steps of claim 1 or 2.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass ein Überwachungsorgan zur Verfügung gestellt wird, das genau und wenig störanfällig ist. Darüber hinaus können die Kennlinien so gekreuzt werden, dass die Auswertungen auch im Kreuzungsbereich aufgrund höherer Spannungsdifferenzen genau und präzise möglich sind. Die Aufgabe wird darüber hinaus durch die Verwendungsschritte des Anspruchs 3 oder 4 gelöst .The advantages achieved by the invention are that a monitoring device is made available which is precise and less susceptible to faults. In addition, the characteristic curves can be crossed in such a way that the evaluations are also possible precisely and precisely in the crossing area due to higher voltage differences. The object is also achieved by the use steps of claim 3 or 4.
Die hiermit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kreuzung der beiden Kennlinien durch die Pinjustierung vorgenommen wird. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, dass herkömmliche Drehwinkelsensoren eingesetzt werden können.The advantages achieved in this way are, in particular, that the two characteristic curves are crossed by the pin adjustment. This gives the possibility that conventional rotation angle sensors can be used.
Die Möglichkeit des Einsatzes der Pin-Justierung zur Erzeu- gung der gekreuzten Kennlinien kann noch dadurch ergänzt werden, dass die ASICs so im Luftspalt verdreht werden, dass der Magnetfluss sie jeweils um 180° versetzt durchfließt und so entsprechend versetzt wirkende Hall-Ströme erzeugt, die letztendlich die gekreuzten Kennlinien sofort produziert, so
dass die bereits gekreuzten Kennlinien durch die Pinjustierung jeweils nur in ihrer Neigung und in ihrer Linea- rität begradigt oder sonst weiter justiert werden müssen.The possibility of using the pin adjustment to generate the crossed characteristic curves can also be supplemented by rotating the ASICs in the air gap in such a way that the magnetic flux flows through them at an offset of 180 ° and thus produces Hall currents with a corresponding offset. which ultimately produces the crossed characteristic curves immediately, so that the already crossed characteristic lines only have to be straightened or otherwise adjusted by the pin adjustment in their linearity and linearity.
Die AbgabeSpannungen der Drehwinkelsensoren können durch Grob- und Feinjustierpegel so geneigt und begradigt werden, dass zwei Systeme gegenläufiger AusgangsSpannungen abgegeben werden. Durch das Vorhandensein zweier voneinander unabhängig arbeitender Systeme wird die Sicherheit der Überwachungseinrichtung um das Doppelte erhöht. Fällt ein ASIC- Schaltkreis vollkommen aus, ist damit nicht der kompletteThe output voltages of the rotation angle sensors can be inclined and straightened by coarse and fine adjustment levels so that two systems of opposing output voltages are output. The presence of two independently working systems increases the security of the monitoring device by twice. If an ASIC circuit fails completely, it is not the complete one
Ausfall der Überwachungsvorrichtung verbunden. Vielmehr kann jetzt komplett vom zweiten System Gebrauch gemacht werden. Um die Sicherheit des Überwachungssystems zu erhöhen, können beide Systeme nebeneinander laufen und beide parallel die Überwachung übernehmen. Hierdurch wird die Genauigkeit und die Sicherheit des Überwachungssystems vervollständigt.Failure of the monitoring device connected. Rather, the second system can now be used completely. In order to increase the security of the monitoring system, both systems can run side by side and both can take over the monitoring in parallel. This completes the accuracy and security of the surveillance system.
Die Ausgänge der ASIC-Schaltkreis-Elemente können mit einer Überwachungseinheit verbunden werden, die die erzeugten gekreuzten gegenläufigen AusgangsSpannungen zur Funktionsprü- fung auswertet. Die Überwachungseinheit kann hierbei als Mikroprozessoreinheit ausgebildet sein.The outputs of the ASIC circuit elements can be connected to a monitoring unit, which evaluates the crossed opposite output voltages generated for the function test. The monitoring unit can be designed as a microprocessor unit.
Es ist aber auch möglich, dass die Überwachungsaufgaben der Mikroprozessoreinheit von wenigstens einer der in die ASIC- Schaltkreis-Elemente integrierten Mikroprozessoreinheiten mit übernommen wird. Hierdurch reduziert sich der Aufwand.However, it is also possible for the monitoring tasks of the microprocessor unit to be carried out by at least one of the microprocessor units integrated in the ASIC circuit elements. This reduces the effort.
Die Überwachung selbst kann wie folgt erfolgen: a) Überprüfung der Größe der AusgangsSpannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzel - fehlem,
b) Überprüfen des Differenzbetrages der Größe der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors, und c) Ergreifen von Notlauf aßnahmen im Fehlerfall.The monitoring itself can be carried out as follows: a) Checking the size of the output voltages individually for a permissible range of values for detecting individual errors, b) checking the difference in the magnitude of the output voltages with a predetermined limit value for detecting fault conditions in the region of at least one angle of rotation sensor, and c) taking emergency operation measures in the event of a fault.
Es ist auch möglich, von der vorgegebenen Reihenfolge abzuweichen bzw. entsprechend den jeweiligen Einsatzbedingungen zu ergänzen und abzuändern.It is also possible to deviate from the specified sequence or to add and change it in accordance with the respective operating conditions.
Die Notlaufmaßnahmen selbst können dann in Abhängigkeit der nicht fehlerbehafteten AusgangsSpannung bzw. der betragsmäßig Kleineren erfolgen.The emergency running measures themselves can then take place depending on the output voltage that is not faulty or the smaller amount.
Die Aufgabe wird darüber hinaus bei einer Vorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Betriebsparameters durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst.The object is also achieved in a device for monitoring at least one operating parameter by the features of claim 13.
Die hiermit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die herkömmlichen Drehwinkelsensoren verwendet werden können, wobei die bereits in der Abstandsausnehmung positionierten Hall-Elemente, die Teil der ASIC-Schaltkreis- Elemente sind, nur entsprechend verdreht zu werden brauchen. Anschließend kann mit Hilfe der Pin-Justiereinrichtung die entsprechende Neigung bzw. die Linearität der Ausgangsspannungen gekreuzt weiter begradigt bzw. vervollkommnet werden.The advantages achieved in this way are, in particular, that the conventional rotation angle sensors can be used, the Hall elements already positioned in the spacing recess, which are part of the ASIC circuit elements, only need to be rotated accordingly. Then, with the aid of the pin adjustment device, the corresponding inclination or the linearity of the output voltages can be further cross-straightened or perfected.
Dadurch, dass die ASIC-Schaltkreis-Elemente an einer Spannungsquelle anliegen, sind Plausibilitätsüberwachungskrite- rien möglich; so können Spannungsabfälle der Versorgungsspannung sehr schnell detektiert werden und die entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Dadurch, dass die beiden Linien im Kreuzungspunkt sehr steil sind und die Steilheit selbst bei einem Spannungsabfall erhalten bleibt, ist auch
eine Erzeugung von Plausibilitätssignalen im Kreuzungsbereich beider Kennlinien gegeben.Because the ASIC circuit elements are connected to a voltage source, plausibility monitoring criteria are possible; voltage drops in the supply voltage can be detected very quickly and the appropriate measures can be initiated. The fact that the two lines at the crossing point are very steep and the steepness is retained even in the event of a voltage drop is also a generation of plausibility signals in the intersection of the two characteristics.
Weitere Vervollkommnungen der Überwachungseinrichtungen sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.Further perfections of the monitoring devices are specified in the further subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. Show it:
Fig. la einen Drehwinkelsensor in einer auseinandergezogenen, perspektivischen, schematischen Darstellung,La a rotation angle sensor in an exploded, perspective, schematic representation,
Fig. lb, lc verschiedene Einbauvarianten von ASICs in einer Abstandsausnehmung einer Statoreinheit eines Drehwinkelsensors gemäß Fig. la,Lb, lc different installation variants of ASICs in a spacing recess of a stator unit of a rotation angle sensor according to FIG. La,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Pin- Justiereinrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß Fig. 1,2 is a block diagram of a pin adjustment device for a rotation angle sensor according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Signalwandlungseinheit einer Pin- Justiereinrichtung gemäß Fig. 2,3 shows a signal conversion unit of a pin adjustment device according to FIG. 2,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Abgabeeinrichtung einer Pin-Justiereinrichtung gemäß Fig. 2,4 shows a further embodiment of a delivery device of a pin adjustment device according to FIG. 2,
Fig. 5 eine Arbeitseinheit einer Pin- Justiereinrichtung gemäß Fig. 2 in einer schematischen Blockbilddarstellung,5 shows a working unit of a pin adjustment device according to FIG. 2 in a schematic block diagram representation,
Fig. 6 eine erste Ausführungsform einer Überwachungs- einrichtung in einer schematischen Blockdarstellung,
Fig. 7a, 7b die vom Drehwinkelsensor gemäß Fig. 6 abgegebenen Abgabespannungen,6 shows a first embodiment of a monitoring device in a schematic block diagram, 7a, 7b, the output voltages output by the rotation angle sensor according to FIG. 6,
Fig. 8a, 8b die von der Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 6 erzeugten gekreuzten Kennlinien,8a, 8b the crossed characteristic curves generated by the monitoring device according to FIG. 6,
Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung in einer schematischen Blockdarstellung,9 shows a second embodiment of a monitoring device in a schematic block diagram,
Fig. 10 die von den beiden Drehwinkelsensoren abgegebenen AbgabeSpannungen und10 shows the output voltages and output from the two rotation angle sensors
Fig. 11 die von der Überwachungseinrichtung gemäß Fig.11 shows the monitoring device according to FIG.
9 erzeugten gekreuzten Kennlinien.9 generated crossed characteristic curves.
In Fig. la ist ein Drehwinkelsensor mit einem Magnetsegment 4 dargestellt.A rotation angle sensor with a magnet segment 4 is shown in FIG.
Der Drehwinkelsensor besteht aus - einer Rotoreinheit,The rotation angle sensor consists of - a rotor unit,
- einer Statoreinheit und- a stator unit and
- einer Gehäuseeinheit 1,7, die die Rotoreinheit und die Statoreinheit wenigstens teilweise umschließt.- A housing unit 1.7, which at least partially surrounds the rotor unit and the stator unit.
Die Rotoreinheit umfasst das Magnetsegment 4, das von einer Magnetaufnahmeeinheit 5 gehalten ist. Die Magnetaufnahmeeinheit 5 ist als Rotations-Zylinderelement mit einer Ausnehmung ausgebildet. Auf der Peripherie der Magnetaufnahmeeinheit 5 ist das Magnetsegment 4 angeordnet. Die Magnetaufnahmeeinheit 5 mit dem Magnetsegment 4 werden von einem Rotati- ons-Zylinderelement eines Rotationselements 17 gehalten. Die Aufnähmeeinheit 5 und das Magnetsegment 4 sind in einem Zylindermantel des aus Kunststoff geformten Rotations-
Die Statoreinheit weist, wie Fig. lb und lc zeigen, ein Statorelement 6 auf, das aus zwei Statorteilelementen besteht, die zwischen sich eine Ausnehmung 14 freilassen. In die Ausnehmung des im wesentlichen hufeisenförmig ausgebildeten Statorelements 6 sind zwei ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 mit jeweils einem Hall-Element 18.1, 18.2 angeordnet. Die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 sind mit einem Leiterplattenelement 2 (vgl. Fig. la) verbunden.The rotor unit comprises the magnet segment 4, which is held by a magnet receiving unit 5. The magnetic receiving unit 5 is designed as a rotary cylinder element with a recess. The magnet segment 4 is arranged on the periphery of the magnet receiving unit 5. The magnet receiving unit 5 with the magnet segment 4 are held by a rotation cylinder element of a rotation element 17. The receiving unit 5 and the magnet segment 4 are in a cylinder jacket of the plastic molded rotary As shown in FIGS. 1b and 1c, the stator unit has a stator element 6 which consists of two stator sub-elements which leave a recess 14 between them. Two ASIC circuit elements 3.1, 3.2, each with a Hall element 18.1, 18.2, are arranged in the recess of the stator element 6, which is essentially horseshoe-shaped. The two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 are connected to a circuit board element 2 (cf. FIG. La).
Vorzugsweise sind die Statorteilelemente in Form von Blech- paketen aufgebaut. Dabei besteht jedes Blechpaket aus über- einandergeschichteten, jeweils speziell zu behandelnden Blechen, sogenannten Texturblechen, wie in der DE 94 08 516 Ul beschrieben, deren Offenbarung hinsichtlich der Texturbleche, der Verbindung dieser Bleche und der aus Ihnen herge- stellten Statorteilelemente in Bezug genommen wird.The stator sub-elements are preferably constructed in the form of sheet metal packages. Each laminated core consists of laminated sheets, each specially treated, so-called texture sheets, as described in DE 94 08 516 Ul, the disclosure of which is referred to with regard to the texture sheets, the connection of these sheets and the stator sub-elements produced from them ,
Die beschriebenen Rotor- und Statoreinheiten sind in einem Sensorgehäuse 7 der Gehäuseeinheit angeordnet. Das Sensorgehäuse 7 nimmt darüber hinaus die Steckereinheit 16 auf, die mit dem Leiterplattenelement 2 verbunden ist. Zum Befestigen des Sensorgehäuses 2 weist dieses zwei Befestigungsbuchsen 8 auf.The rotor and stator units described are arranged in a sensor housing 7 of the housing unit. The sensor housing 7 also receives the plug unit 16, which is connected to the circuit board element 2. To fasten the sensor housing 2, it has two fastening bushings 8.
Sind die beschriebenen aktiven Einheiten im Inneren des Sensorgehäuses 7 montiert, wird dieses mit Hilfe eines Deckelelements 1 verschlossen.If the described active units are mounted inside the sensor housing 7, this is closed with the aid of a cover element 1.
Zur Lagerung eines Wellenelements 13, das mit einem Hebel verbunden ist, in dem eine Buchse angeordnet ist, wird eine herkömmliche Lagerung vorgesehen.Conventional mounting is provided for mounting a shaft element 13 which is connected to a lever in which a bushing is arranged.
Die Hauptelemente dieser Lagerung sind:The main elements of this storage are:
- eine Lagerbuchse 9, die im wesentlichen wie eine Garnspule aussieht, und
- ein Radial-Wellendichtring 12, der hohlzylinderför ig ausgebildet ist.- A bearing bush 9, which essentially looks like a thread spool, and - A radial shaft sealing ring 12 which is designed as a hollow cylinder.
Diese Teile der Lagerung werden in das Sensorgehäuse 7 wie folgt eingesetzt: In eine Ausnehmung des Wellenelements 13 wird ein Sicherungsring 11 platziert und davor eine Passscheibe geschoben. Danach wird die Lagerbuchse 9 über das Wellenelement 13 und diese Einheit mit der Lagerbuchse 9 voran in die Lageröffnung des Sensorgehäuses 7 so weit geschoben, dass das Wel- lenelement 13 von dem Rotationselement 17 aufgenommen wird. Danach wird das Deckelelement 1 auf das Sensorgehäuse 7 aufgesetzt und das Gehäuse verschlossen.These parts of the bearing are inserted into the sensor housing 7 as follows: A locking ring 11 is placed in a recess in the shaft element 13 and a shim is pushed in front of it. Thereafter, the bearing bush 9 is pushed over the shaft element 13 and this unit with the bearing bush 9 first into the bearing opening of the sensor housing 7 so that the shaft element 13 is received by the rotary element 17. Then the cover element 1 is placed on the sensor housing 7 and the housing is closed.
In Fig. 2 ist ein Blockschaubild einer Pin-Justiereinrichtung 51 dargestellt. Sie besteht aus einer Reihenschal- tung:2 shows a block diagram of a pin adjustment device 51. It consists of a series connection:
- einer Veränderungseinheit 52a change unit 52
- eines Permanentspeichers 53,a permanent memory 53,
- einer Arbeitseinheit 54 und- A work unit 54 and
- einer Abgabeeinrichtung 56.a dispenser 56.
Parallel zum Permanentspeicher 53 ist ein Temporärspeicher 55 angeordnet, der mit der Veränderungseinheit 52 und der Arbeitseinheit 54 verbunden ist. Die Veränderungseinheit 52 ist darüber hinaus direkt mit der Arbeitseinheit 52 verbunden. Die Arbeitseinheit 54 liegt an dem Hall-Element 18.1, 18.2 an.A temporary memory 55, which is connected to the change unit 52 and the work unit 54, is arranged parallel to the permanent memory 53. The change unit 52 is also connected directly to the work unit 52. The working unit 54 bears against the Hall element 18.1, 18.2.
Die Ausgabeeinrichtung 56 besteht aus einer ReihenschaltungThe output device 56 consists of a series connection
- einer Signalwandlungseinheit 57 und- A signal conversion unit 57 and
- einer Ausgabeeinheit 58.
An der Veränderungseinheit 52 ist eine Steckerleiste 51 angeordnet, die wenigstens einen Ausgangsstift VCC, einen Massestift E und einen Ausgangsstift OUT aufweist. Der Ausgangsstift OUT ist mit der Ausgabeeinheit 58 verbunden. Die Veränderungseinheit 52 ist ein digitales Rechenwerk oder ein Einschub-Rechner mit einer Zentral-Prozessor-Einheit, in den ein Justier- und Arbeitsprogramm eingeschrieben ist.an output unit 58. A connector strip 51 is arranged on the change unit 52 and has at least one output pin VCC, one ground pin E and one output pin OUT. The output pin OUT is connected to the output unit 58. The change unit 52 is a digital arithmetic unit or a plug-in computer with a central processor unit, in which an adjustment and work program is written.
Die Signalwandlungseinheit 57 besteht gemäß Fig. 3 aus einer Reihenschaltung eines Digital-Analog-Wandlers 571 und eines Verstärkers 572.3, the signal conversion unit 57 consists of a series connection of a digital-to-analog converter 571 and an amplifier 572.
Eine weitere Ausführungsform der Signalwandlungseinheit 57 ist in Fig. 4 gezeigt. Sie besteht aus einer Reihenschaltung eines Optokopplers 573, eines Referenzspannungsgliedes 574 und eines Komparators 575.Another embodiment of the signal conversion unit 57 is shown in FIG. 4. It consists of a series connection of an optocoupler 573, a reference voltage element 574 and a comparator 575.
In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild abgebildet, das insbesondere die Arbeitseinheit 54 zeigt. Ihr gegenüber liegen die Veränderungseinheit 52, der Permanentspeicher 53 und der Temporärspeicher 55. Die Weiterverbindung zur Ausgabeeinrichtung 56 ist mit einen Pfeil gekennzeichnet.A block diagram is shown in FIG. 5, which shows in particular the working unit 54. The change unit 52, the permanent memory 53 and the temporary memory 55 lie opposite it. The further connection to the output device 56 is identified by an arrow.
Vor dem Hall-Element 18.1 bzw. 18.2 ist eine Spannungsquelle 547 mit einer Temperaturkompensation angeordnet. Die Temperaturkompensation stellt sicher, dass bei unterschiedlichen Außentemperaturen von der Spannungsquelle eine den Temperaturkoeffizienten des Hall-Elements kompensierende Ausgangs- Spannung abgegeben wird. Das ist von besonderer Bedeutung, da der Drehwinkelsensor beim Einsatz in einem Fahrzeug großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.A voltage source 547 with a temperature compensation is arranged in front of the Hall element 18.1 or 18.2. The temperature compensation ensures that at different outside temperatures an output voltage compensating the temperature coefficient of the Hall element is emitted by the voltage source. This is particularly important since the angle of rotation sensor is exposed to large temperature fluctuations when used in a vehicle.
Der Spannungsquelle mit Temperaturkompensation 547 gegenüberliegend sind in Reihe folgende Teile angeordnet:
- ein Vorverstärker 541.1The following parts are arranged in series opposite the voltage source with temperature compensation 547: - a preamplifier 541.1
- ein Offset-Verstärker 541.2, der mit einem Offset- Digital/Analog-Konverter verbunden ist,an offset amplifier 541.2, which is connected to an offset digital / analog converter,
- eine Schaltkondensator-Stufe 542, - eine Sample- & Hold-Einheit 543,a switching capacitor stage 542, a sample & hold unit 543,
- einen Verstärker 544.1, der mit einem Gain-Bit-Digital- Analog-Konverter 544.3 verbunden ist,an amplifier 544.1 which is connected to a gain bit digital-to-analog converter 544.3,
- einen Kennlinienbegrenzer 544.2 und- A characteristic limiter 544.2 and
- eine Endstufe 545.an output stage 545.
Die Schaltkondensatorstufe 542 dient der automatischen Kompensation des Offsets des Hall-Elements 18.The switching capacitor stage 542 is used for automatic compensation of the offset of the Hall element 18.
Die Sample & Hold-Einheit 543 übernimmt die Aufgabe, die Spannungswerte während der Erzeugung des Folgewertes zwischenzuspeiehern.The sample and hold unit 543 takes on the task of temporarily storing the voltage values during the generation of the subsequent value.
Zur Arbeitseinheit 54 gehört ein Taktgenerator (Clock-Unit) 546, der mit dem Hall-Element 18.1 bzw. 18.2, dem Vorverstärker, der Schaltkondensatorstufe 542 und der Sample- und Hold-Einheit 543 verbunden ist.The work unit 54 includes a clock generator (clock unit) 546, which is connected to the Hall element 18.1 or 18.2, the preamplifier, the switching capacitor stage 542 and the sample and hold unit 543.
Die Veränderungseinheit der Permanentspeicher 53 und der Temporärspeicher 55 sind mit einem Bus-System BUS verbunden. Das Bus-System BUS kann, wie an sich bekannt, einen Daten-, einen Adress- und einen Steuerbus aufweisen. Vorliegend handelt es sich um einen reinen Datenbus.The change unit of the permanent memory 53 and the temporary memory 55 are connected to a bus system BUS. As is known per se, the bus system BUS can have a data, an address and a control bus. In the present case, it is a pure data bus.
Vom Bus-System BUS zweigt ein Grobjustierpegel GSC ab, der zum Vorverstärker 541.1 führt. Daneben liegt eine Abzweig Grob-Bits Offset-Bits, der zum Offset-Digital/Analog- Konverter 541.3 führt. Vom Bussystem BUS führt darüber hinaus ein Abzweig Feinjustierpegel FGD zum Gainbit-Digital-
Analog-Konverter 544.3. Daneben liegt ein Abzweig Fein-Bit Fin-Bits, der zum Kennlinienbegrenzer 544.2 führt.A rough adjustment level GSC branches off from the bus system BUS and leads to the preamplifier 541.1. Next to it is a branch of coarse bits offset bits, which leads to the offset digital / analog converter 541.3. In addition, a branch from the fine adjustment level FGD leads from the bus system BUS to the Gainbit digital Analog converter 544.3. Next to it is a branch of fine bit fin bits, which leads to the characteristic limiter 544.2.
Der Grobjustierpegel GSC mit den Grob-Bits Offset-Bits ist eine Grobjustiereinstellung. Der danebenliegende Feinjus- tierpegel FGB mit den Kennlinien-Begrenzungs Fein-Bits Fin- Bits hingegen stellt eine Feinjustiereinstellung dar.The coarse adjustment level GSC with the coarse bits offset bits is a coarse adjustment setting. The adjacent fine adjustment level FGB with the characteristic limit fine bits fin bits, on the other hand, represents a fine adjustment setting.
Das Bussystem BUS kann darüber hinaus eine Abzweigung Temperatur-Koeffizient-Bits TCB aufweisen, mit der der Temperaturgradient der Spannungsquelle 547 von der Veränderungsein- heit 52 gesteuert werden kann.The bus system BUS can also have a junction temperature coefficient bits TCB, with which the temperature gradient of the voltage source 547 can be controlled by the change unit 52.
Die beschriebenen Teile sind in den ASIC-Schaltkreis- Elementen 3.1 und 3.2 des jeweiligen Drehwinkelsensors 21 zusammengefasst .The parts described are summarized in the ASIC circuit elements 3.1 and 3.2 of the respective rotation angle sensor 21.
In Fig. 6 ist eine erste Ausführungsform einer Überwachungs- Vorrichtung gezeigt. Hierbei ist ein Drehwinkelsensor 21 mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen 3.1, 3.2 mit einer Welle 23 verbunden. Die Welle 23 gehört entweder zu einem Gaspedal 24 oder zu einer Drosselklappe 25.6 shows a first embodiment of a monitoring device. Here, a rotation angle sensor 21 with two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 is connected to a shaft 23. The shaft 23 belongs either to an accelerator pedal 24 or to a throttle valve 25.
Wie Fig. 6 zeigt, sind die Ausgänge der beiden ASIC- Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 mit einer Überwachungseinheit 30 verbunden. Die Überwachungseinheit 30 weist hierbei zwei nebeneinander angeordnete Anolog/Digital-Wandler 31, 32 auf. Vorgesehen ist darüber hinaus ein Digital/Analog- Wandler 35. Die Überwachungseinheit 30 weist eine Mikropro- zessoreinheit auf.As shown in FIG. 6, the outputs of the two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 are connected to a monitoring unit 30. The monitoring unit 30 has two anolog / digital converters 31, 32 arranged next to one another. A digital / analog converter 35 is also provided. The monitoring unit 30 has a microprocessor unit.
Beim Drehen der Welle 23 dreht sich die Rotoreinheit und am Ausgang der beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1 und 3.2, die in üblicher Anordnung in der Abstandsausnehmung 14 gemäß Fig. lb positioniert sind, stehen die in Fig. 7a dargestell-
ten Abgabespannungen U3.1-21 und U3.2-21 an. Die beiden Abgabespannungen liegen in etwa parallel zueinander und sind gleichläufig gerichtet.When the shaft 23 rotates, the rotor unit rotates, and at the output of the two ASIC circuit elements 3.1 and 3.2, which are positioned in the usual arrangement in the spacing recess 14 according to FIG. 1b, the positions shown in FIG. output voltages U3.1-21 and U3.2-21. The two output voltages are approximately parallel to each other and are directed in the same direction.
Zur Einjustierung der beiden Abgabespannungen werden über den Ausgangsstift OUT und die Veränderungseinheit 52 Justierdaten in den Temporärspeicher 55 eingegeben. Hierbei wird zuerst die Grobeinstellung mit dem Justierpegel GSC zwischen 2 und 4 Bits und die Grob-Bits Offset-Bits zwischen 8 und 15 Bits und danach sukzessive die Feineinstellung mit dem Feinjustier-Pegel FGP zwischen 7 und 14 Bits vorgenommen. Hierbei wird zuerst die Steigung der Abgabespannung U3.1-21 und deren Linearität eingestellt, so dass die Ausgangsspannung Ul abgegeben wird.In order to adjust the two output voltages, adjustment data are entered into the temporary memory 55 via the output pin OUT and the change unit 52. First the rough setting with the adjustment level GSC between 2 and 4 bits and the rough bits offset bits between 8 and 15 bits and then the fine adjustment with the fine adjustment level FGP between 7 and 14 bits. Here, the slope of the output voltage U3.1-21 and its linearity are first set, so that the output voltage U1 is output.
Danach wird in analoger Art und Weise die Abgabespannung U3.2-21 hinsichtlich Steigung und Linearität verändert, so dass die Abgabespannung U2 regeneriert wird. Insgesamt entstehen so die beiden gekreuzten Kennlinien Ul und U2, wie in Fig. 8a gezeigt. Sind die entsprechenden Werte ermittelt worden, werden sie mit Hilfe der Veränderungseinheit 52 in den Temporärspeicher 55 eingeschrieben. Ergibt die protokollarische Auswertung der Justierung, dass die beiden gekreuzten Ausgangsspannungen Ul, U2 den gewünschten Normkennlinien entsprechen, werden deren Justierdaten von dem Temporärspeicher 55 in den Permanentspeicher 53 durch die Veränderungs- einheit 52 eingeschrieben. Der Permanentspeicher 53 ist als ROM-Speicher, als PROM-Speicher oder als E2PROM-Speicher ausgebildet. Der Temporärspeicher 55 hingegen ist ein herkömmlicher RAM-Speicher oder ein ähnlich ausgebildeter Schreib/Lese-Speicher .
Um die gekreuzten Ausgangsspannungen zu erzeugen, besteht eine weitere einfache Variante:The output voltage U3.2-21 is then changed in an analogous manner with respect to the slope and linearity, so that the output voltage U2 is regenerated. Overall, the two crossed characteristic curves U1 and U2 thus arise, as shown in FIG. 8a. Once the corresponding values have been determined, they are written into the temporary memory 55 using the change unit 52. If the protocol evaluation of the adjustment reveals that the two crossed output voltages U1, U2 correspond to the desired standard characteristic curves, their adjustment data from the temporary memory 55 are written into the permanent memory 53 by the change unit 52. The permanent memory 53 is designed as a ROM memory, as a PROM memory or as an E 2 PROM memory. The temporary memory 55, on the other hand, is a conventional RAM memory or a similarly designed read / write memory. There is another simple variant to generate the crossed output voltages:
Wie Fig. lc zeigt, werden hierzu die beiden Hall-Elemente 18.1, 18.2 der beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 um 180° zueinander versetzt angeordnet. Beide ASIC- Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 sind an einer gemeinsamen Spannungsquelle angeordnet.As shown in FIG. 1c, the two Hall elements 18.1, 18.2 of the two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 are arranged offset by 180 ° to one another for this purpose. Both ASIC circuit elements 3.1, 3.2 are arranged on a common voltage source.
Die beiden Hall-Elemente 18.1, 18.2 sind magneto-elektrische Halbleiterbauelemente, deren Funktionsweise auf dem Hall- Effekt beruht. Beim Hall-Effekt ändert sich infolge der Lorentz-Kraft an einer stromdurchflossenen Scheibe aus dem Halbleiter die Stromstärke, wenn quer zur Richtung des Stromes ein magnetisches Feld wirkt. Infolge der senkrecht zur Stromrichtung wirkenden magnetischen Flussdichte führt die Lorentz-Kraft zur Bewegung der den Strom führenden Ladungsträger, so dass diese getrennt werden. Damit entsteht eine Hall-Spannung senkrecht zum Strom.The two Hall elements 18.1, 18.2 are magneto-electrical semiconductor components, the functioning of which is based on the Hall effect. With the Hall effect, the current strength changes as a result of the Lorentz force on a current-carrying disk made of the semiconductor when a magnetic field acts transversely to the direction of the current. As a result of the magnetic flux density acting perpendicular to the current direction, the Lorentz force causes the charge carriers carrying the current to move, so that they are separated. This creates a Hall voltage perpendicular to the current.
Beim Drehen der Welle 23 dreht sich die Rotoreinheit in der Statoreinheit und beide Hall-Elemente werden von einem er- zeugten magnetischen Feld durchflössen. Im Hall-Element 18.1 und im Hall-Element 18.2 fließen um 180° versetzte Ströme. Infolge der in die gleiche Richtung wirkenden Flussdichte werden zwei Abgabespannungen U 3.1, UΛ3.2 abgegeben, die bereits gegenläufig zueinander sind (vgl. Fig. 7b). Beide Ab- gabespannungen können dann, wie bereits beschrieben, hinsichtlich Linearität und Steigung so nachjustiert werden, dass die gekreuzten Kennlinien Ul, U2, wie in Fig. 8 b dargestellt, erzeugt werden. Ein Vergleich der gekreuzten Kennlinien gemäß Fig. 8a und 8b verdeutlicht, dass sich Kennli- nien gleichen Steigungsverhaltens regenerieren lassen.
Die gegenläufigen Ausgangsspannungen Ul, U2 gemäß Fig. 7b bzw. 8b, die durch die um 180° fließenden Hall-Ströme und/oder die Justierung den gegenläufigen. Verlauf haben, werden einer Überwachungseinheit 30 zugeführt. Hierbei wer- den sie durch- die A/D-Wandler 31, 32 entsprechend umgewandelt, und nach folgendem Rhythmus abgearbeitet: a) Überprüfen der Größen der Ausgangsspannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzelfehlern; b) Überprüfen des Differenzbetrages der Größen der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors; und c) Ergreifen von Notlaufmaßnahmen im Fehlerfall.When the shaft 23 is rotated, the rotor unit in the stator unit rotates and a generated magnetic field flows through both Hall elements. Currents offset by 180 ° flow in the Hall element 18.1 and in the Hall element 18.2. As a result of the flux density acting in the same direction, two output voltages U 3.1, U Λ 3.2 are output which are already opposite to one another (see FIG. 7b). Both output voltages can then, as already described, be readjusted with regard to linearity and slope such that the crossed characteristic curves U1, U2 are generated, as shown in FIG. 8b. A comparison of the crossed characteristic curves according to FIGS. 8a and 8b shows that characteristic curves with the same gradient behavior can be regenerated. The opposing output voltages U1, U2 according to FIGS. 7b and 8b, the counter currents due to the Hall currents flowing through 180 ° and / or the adjustment. Have a course are fed to a monitoring unit 30. Here, they are converted accordingly by the A / D converters 31, 32 and processed according to the following rhythm: a) checking the sizes of the output voltages individually for a permissible value range for the detection of individual errors; b) checking the difference between the sizes of the output voltages using a predetermined limit value for detecting fault states in the region of at least one angle of rotation sensor; and c) taking emergency measures in the event of a fault.
Die Notlaufmaßnahmen werden in Abhängigkeit der fehlerbehafteten Ausgangsspannung bzw. der betragsmäßig kleineren vorgenommen.The emergency operation measures are carried out depending on the faulty output voltage or the smaller amount.
Mit den beiden gekreuzten Kennlinien Ul, U2 werden Steuerfunktionen einer Zündung, einer Drosselklappe oder eines Ag- gregates vorgenommen. Die gekreuzten Kennlinien werden durch die Betätigung der jeweiligen Teile, d. h. durch Betätigung der Welle 23 erzeugt.Control functions of an ignition, a throttle valve or a unit are carried out with the two crossed characteristic curves U1, U2. The crossed characteristic curves are activated by actuating the respective parts, i.e. H. generated by actuating the shaft 23.
In Fig. 9 ist eine weitere Überwachungseinrichtung gezeigt. Sie besteht aus zwei pin-justierten Drehwinkelsensoren 21, 22, die durch die Welle 23 betätigt werden, die zu einem Gaspedal 24 oder zu einer Drosselklappe 25 gehört.A further monitoring device is shown in FIG. It consists of two pin-adjusted rotation angle sensors 21, 22, which are actuated by the shaft 23, which belongs to an accelerator pedal 24 or to a throttle valve 25.
Üblicherweise geben beide pin-justierte Drehwinkelsensoren die Abgabespannungen U3.1-21, U3.2-21 bzw. U3.1-22, U3.2-22 ab. Die vier Kennlinien verlaufen (vgl. Fig. 10) üblicher- weise im wesentlichen parallel, wenn die ASIC-Schaltkreis-
Elemente 3.1, 3.2 mit ihren Hall-Elementen 18.1, 18.2, wie in Fig. lb dargestellt, in der Abstandsausnehmung 14 angeordnet sind.Usually, both pin-adjusted rotation angle sensors output the output voltages U3.1-21, U3.2-21 or U3.1-22, U3.2-22. The four characteristic curves (see FIG. 10) usually run essentially parallel when the ASIC circuit Elements 3.1, 3.2 with their Hall elements 18.1, 18.2, as shown in FIG. 1b, are arranged in the spacing recess 14.
Durch die Justierung werden die gekreuzten Abgabespannungen Ul und U2 bzw. Ul Λ und U2 Λ erzeugt. Sie kreuzen sich beide im gleichen Kreuzungspunkt. Aus zeichnerischen Gründen sind sie in Fig. 11 nebeneinander verlaufend gezeichnet.The crossed output voltages Ul and U2 or Ul Λ and U2 Λ are generated by the adjustment. They both cross at the same crossing point. For the sake of drawing, they are drawn next to one another in FIG. 11.
Werden die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 jeweils im Drehwinkelsensor 21 bzw. 22 wie in Fig. lc dargestellt eingebaut, ergibt jeder Sensor bereits, wie zuvor beschrieben, gekreuzte Abgabespannungen U3.1-21, U3.2-21, bzw. U3.1- 22, U3.2-22 ab, die dann entsprechend nachjustiert werden.If the two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 are installed in the rotation angle sensor 21 or 22, as shown in FIG. 1c, each sensor already produces, as described above, crossed output voltages U3.1-21, U3.2-21, and U3.1-22, U3.2-22, which are then readjusted accordingly.
Es ist aber auch möglich, im Drehwinkelsensor 21 die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 so einzubauen, dass sie gleichgerichtet sind und im Drehwinkelsensor 22 hingegen die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 um 180° gedreht eingesetzt sind, so dass sich die beiden Abgabespannungen beider Sensoren 21, 22 kreuzen. Danach können aus den entsprechenden Abgabespannungen die gewünschten gekreuzten Kennlinien Ul, U2 generiert werden.However, it is also possible to install the two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 in the angle of rotation sensor 21 in such a way that they are rectified and, in contrast, in the angle of rotation sensor 22 the two ASIC circuit elements 3.1, 3.2 are inserted rotated by 180 °, so that the two output voltages of both sensors 21, 22 intersect. The desired crossed characteristic curves U1, U2 can then be generated from the corresponding output voltages.
Auch hier erfolgt durch die angeschlossene Überwachungseinheit 30 die Überwachung nach folgendem Algorithmus: a) Überprüfung der Größen der Ausgangsspannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzel- fehlem; b) Überprüfung des Differenzbetrages der Größen der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors ; und c) Ergreifen von Notlaufmaßnahmen im Fehlerfall .
Die Abgabespannungen werden hierbei ebenfalls A/D-Wandlern 31, 32 bzw. 33, 34 zugeführt. Das Meldesignal S wird von dem D/A-Wandler 35 abgegeben.Here too, the connected monitoring unit 30 monitors according to the following algorithm: a) checking the sizes of the output voltages individually for a permissible value range for detecting individual errors; b) checking the difference between the quantities of the output voltages using a predetermined limit value for detecting fault states in the region of at least one angle of rotation sensor; and c) taking emergency measures in the event of a fault. The output voltages are also supplied to A / D converters 31, 32 and 33, 34, respectively. The notification signal S is output by the D / A converter 35.
Der besondere Vorteil der Überwachungseinrichtung 30 gemäß Fig. 9 besteht darin, dass zwei Systeme gekreuzter Spannungen unabhängig voneinander abgegeben werden. Hierdurch wird die Überwachungsqualität ganz wesentlich erhöht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, ein System für die Überwachung eines Fehlerfalls und das andere System gekreuzter Spannungen für die Überwachung eines anderen Fehlerfalls einzusetzen. Da die Ausgangsspannungen von den gleichen pinjustierten Drehwinkelsensoren 21, 22 abgegeben werden, ist die vorgenommene Überwachung jederzeit reproduzierbar.
The particular advantage of the monitoring device 30 according to FIG. 9 is that two systems of crossed voltages are delivered independently of one another. This increases the monitoring quality considerably. It is also possible to use one system to monitor one fault and the other crossed voltage system to monitor another fault. Since the output voltages are emitted by the same pin-adjusted rotation angle sensors 21, 22, the monitoring carried out can be reproduced at any time.