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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Linearbewegung einer Komponente eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft insbesondere derartige Vorrichtungen und Verfahren, bei denen eine Magnetfeldstärke erfasst und ausgewertet wird, um eine Verschiebung einer Komponente eines Fahrzeugs zu erfassen.
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Die Erkennung vorgegebener Positionen einer Komponente eines Fahrzeugs hat zahlreiche Anwendungen. Dazu gehören beispielsweise die Erkennung einer Brems- oder Kupplungsbetätigung oder die Erkennung unterschiedlicher Sitzpositionen. Um zu bestimmen, ob eine Komponente eines Fahrzeugs eine bestimmte Position erreicht hat, kann ein auf magnetischen Effekten beruhendes Sensorsystem verwendet werden. Ein derartiges System umfasst einen Magneten und einen magnetfeldempfindlichen Sensor. Herkömmlich werden dabei in Fahrzeugen Seltene-Erden-Magnete eingesetzt. Die Erfassung des erzeugten Magnetfelds erfolgt häufig mit einem Hall-Sensor. Derartige herkömmliche Sensorsysteme können durch die Verwendung von Selten-Erd-Magneten Kostennachteile aufweisen.
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Die
DE 100 10 042 A1 und die
DE 10 2005 046 822 A1 beschreiben jeweils lineare Wegsensoren, bei denen ein in Kunststoff eingebettetes Magnetmaterial verwendet wird. Dabei kann es sich insbesondere um kunststoffgebundenes Ferritmaterial handeln. Die
DE 100 10 042 A1 und die
DE 10 2005 046 822 A1 schlagen jeweils die Verwendung von länglichen Magneten vor, die sich entlang der Verfahrrichtung der Fahrzeugkomponente erstrecken. Die Magneten können eine komplexe Polabfolge entlang ihrer Längsrichtung aufweisen, mit der eine magnetische Positionskodierung erfolgt. Die Bestimmung der Position aus den erfassten Magnetfeldstärken erfordert eine aufwendigere Signalverarbeitung.
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Die
DE 197 01 069 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung eines Bremspedalwegs, bei der ein Magnetstab an einer Schubstange in Kombination mit einem AMR-Element verwendet wird. Der Magnetstab weist eine Länge entlang der Verfahrrichtung auf, die größer als der Verfahrweg der Schubstange ist.
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Die
DE 10 2010 019 077 A1 offenbart ein magnetisches Längenmesssystem mit einem magnetischen Bauteil, das einen Magneten aus kunststoffgebundenem Ferrit umfasst, der eine relativ große Baulänge aufweist, um eine Relativposition durch eine sich entlang dem Magneten verändernde Orientierung der Magnetisierung kodieren zu können.
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Die
DE 10 2005 028 235 A1 offenbart einen Bewegungssensor, bei dem ein Dauermagnet aus kunststoffgebundenem Ferrit verwendet wird. Eine sich ändernde Spaltbreite zwischen dem Dauermagneten und einem Hallsensor wird erfasst.
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Die
DE 10 2010 025 170 A1 offenbart eine Vorrichtung mit magnetfeldempfindlichen Sensoren, die eingerichtet ist, um einen Vergleich mit einem Referenzwert auszuführen.
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Die
DE 203 15 735 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen einer axialen Relativposition, die ein magnetisches Signalelement umfasst.
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Die
DE 10 2004 029 193 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsparameters. Die Vorrichtung verwendet einen Hallsensor zum Erkennen des Schaltpunkts eines Bremslichtschalters, wobei zusätzlich zu einem verfahrbar gelagerten Magneten auch stationäre weichmagnetische Flussleitkörper vorgesehen werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der bzw. mit dem unter Verwendung kostengünstiger magnetischer Materialien eine Linearbewegung einer Fahrzeugkomponente zuverlässig erkannt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer Linearbewegung einer Komponente eines Fahrzeugs umfasst einen Magneten aus kunststoffgebundenem Ferrit und eine Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung weist einen AMR-Sensor zum Erfassen einer Magnetfeldstärke des Magneten auf. Der Magnet ist relativ zu dem AMR-Sensor entlang einer Verfahrrichtung über einen Verfahrweg verfahrbar. Der Magnet weist entlang der Verfahrrichtung eine Magnetlänge auf, die kleiner als eine Länge des Verfahrwegs ist.
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Durch die Kombination von kunststoffgebundenem Ferrit-Magnet und AMR-Sensor wird ein kostengünstiger linearer Wegsensor realisiert. Mit dem AMR-Sensor können die Magnetfeldstärken, die von dem Magneten erzeugt werden, zuverlässig erfasst werden. Die Verwendung eines Magneten mit einer Magnetlänge, die kleiner als die Länge des gesamten Verfahrwegs ist, erlaubt den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Bauraum und bei den Geometrien, wie sie für herkömmliche Seltene-Erden-Magneten in Kombination mit Hall-Sensoren verwendet werden.
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Als AMR-Sensor wird ein magnetfeldempfindlicher Sensor verstanden, der den anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt zur Erfassung der Magnetfeldstärke nutzt. Derartige AMR-Sensoren sind dem Fachmann bekannt.
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Die Sensoreinrichtung kann eingerichtet sein, um das Erreichen einer vorgegebenen Relativposition des Magneten relativ zu dem AMR-Sensor zu erkennen. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn für eine bestimmte Steuerfunktion nicht jede absolute Position der Komponente bestimmt werden muss. Beispielsweise genügt für die Ansteuerung eines Bremslichts die Information, ob ein Betätigerelement eines Bremszylinders eine bestimmte Position entlang einem Verfahrweg erreicht hat.
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Der Magnet kann so ausgestaltet sein, dass sich eine mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke streng monoton ändert, während der Magnet von einer Ruheposition bis zu der vorgegebenen Relativposition relativ zu dem AMR-Sensor bewegt wird. Durch eine derartige Wahl des Arbeitsbereichs kann mit einer einfachen Auswertung erkannt werden, ob der Magnet die vorgegebene Relativposition relativ zu dem AMR-Sensor erreicht hat.
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Der Magnet kann so ausgestaltet sein, dass die mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke nur dann gleich dem Schwellenwert ist, wenn sich der Magnet an der vorgegebenen Relativposition relativ zu dem AMR-Sensor befindet. Das entsprechende Ausgangssignal des AMR-Sensors ist dann eindeutig mit der vorgegebenen Relativposition korreliert. Dadurch kann eine eindeutige Erkennung, dass die Komponente des Fahrzeugs eine definierte Position erreicht hat, durch einen einfachen Schwellenwertvergleich realisiert werden.
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Die Sensoreinrichtung kann eingerichtet sein, um eine mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke mit einem Schwellenwert zu vergleichen, um das Erreichen der vorgegebenen Relativposition zu erkennen.
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Der Magnet kann so ausgestaltet sein, dass ein Betrag der mit dem AMR-Sensor erfassten Magnetfeldstärke den Schwellenwert nicht mehr erreicht, während der Magnet von der vorgegebenen Relativposition bis zu einem Ende des Verfahrwegs verfahren wird. Dadurch wird eine eindeutige und zuverlässige Erfassung der Linearbewegung erleichtert.
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Die Sensoreinrichtung kann eingerichtet sein, um ein Steuersignal für eine Schaltfunktion auszugeben, wenn der Magnet die vorgegebene Relativposition relativ zu dem AMR-Sensor erreicht. Die Sensoreinrichtung kann ein Schaltsignal für ein Bremslicht des Fahrzeugs ausgeben. Die Vorrichtung kann so zur Betätigung einer Schaltfunktion abhängig von einer Linearbewegung eingesetzt werden.
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Die Sensoreinrichtung kann eingerichtet sein, um wenigstens ein weiteres Steuersignal auszugeben, wenn eine mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke einen weiteren Schwellenwert erreicht, der von dem Schwellenwert verschieden ist. Dies erlaubt es, über einen Arbeitsbereich hinweg mehrere unterschiedliche Positionen der Komponente des Fahrzeugs zu erfassen und entsprechende Steuersignale auszugeben.
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Die Sensoreinrichtung so ausgestaltet sein, dass ein analoges Ausgangssignal der Sensoreinrichtung ein Maß für einen Verfahrweg des Magneten angibt. Das analoge Ausgangssignal kann beispielsweise von einer zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs ausgewertet werden.
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Der Magnet ist ein Ringmagnet. Eine Mittelachse des Ringmagneten kann parallel zu der Verfahrrichtung sein. Der Ringmagnet kann so angeordnet sein, dass seine Mittelachse nicht durch den AMR-Sensor verläuft. Der Ringmagnet ist so angeordnet, dass seine Mittelachse parallel zu einer Ebene einer magnetischen Schicht des AMR-Sensors verläuft. Auf diese Weise kann eine Magnetfeldstärke am AMR-Sensor erreicht werden, die über einen Arbeitsbereich einen streng monotonen Verlauf aufweist und für größere Linearbewegungen einen kleinen Betrag aufweist.
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Der Magnet ist an der Komponente des Fahrzeugs befestigt. Die Sensoreinrichtung kann ortsfest am Fahrzeug angeordnet sein. Die Komponente des Fahrzeugs ist ein Betätigerelement eines Bremszylinders oder eines Kupplungszylinders. Der Magnet kann im Inneren eines Tandem-Hauptbremszylinders angeordnet sein. Die Komponente des Fahrzeugs kann eine Betätigerstange des Tandem-Hauptbremszylinders sein. Dies erlaubt, die Vorrichtung beispielsweise zum Steuern eines Bremslichts einzusetzen.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine beweglich gelagerte Komponente und eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel zum Erfassen einer Linearbewegung der Komponente. Durch Verwendung eines Magneten aus kunststoffgebundenem Ferrit können die Kosten des Sensorsystems verringert werden.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen einer Linearbewegung einer Komponente eines Fahrzeugs wird ein Magnet aus kunststoffgebundenem Ferrit verwendet. Der Magnet ist relativ zu einem AMR-Sensor entlang einer Verfahrrichtung über einen Verfahrweg verfahrbar. Der Magnet weist entlang der Verfahrrichtung eine Magnetlänge auf, die kleiner als eine Länge des Verfahrwegs ist. Eine Magnetfeldstärke des Magneten wird mit dem AMR-Sensor erfasst. Ein Steuersignal wird abhängig von der erfassten Magnetfeldstärke ausgegeben.
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Ein Bremslicht kann abhängig von einem Vergleich der erfassten Magnetfeldstärke mit einem Schwellenwert gesteuert werden.
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Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Ausgestaltungen nach vorteilhaften oder bevorzugten Ausführungsbeispielen entsprechen den unter Bezugnahme auf die Vorrichtung beschriebenen Wirkungen und Ausgestaltungen.
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Das Verfahren kann mit der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Schnittansicht eines Bremszylinders mit einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
- 3 zeigt eine isometrische Ansicht der Vorrichtung zum Erfassen einer Linearbewegung nach einem Ausführungsbeispiel.
- 4 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung von 3.
- 5 zeigt einen Verlauf einer Magnetfeldstärke als Funktion eines Verfahrwegs bei einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
- 6 zeigt ein von der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel ausgegebenes Steuersignal.
- 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
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Während nachfolgend Ausführungsbeispiele im Kontext spezifischer Anwendungen beschrieben werden, beispielsweise in Kontext einer Steuerung eines Bremslichts, sind Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen nicht auf diese Anwendungen beschränkt. Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können allgemein eingesetzt werden, um eine Linearbewegung einer Komponente eines Fahrzeugs zu erfassen.
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1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 10 mit einer Vorrichtung 11 zum Erfassen einer Linearbewegung. Die Vorrichtung 11 umfasst einen Magneten aus kunststoffgebundenem Ferritmaterial und einen AMR-Sensor. Mit der Vorrichtung 11 kann beispielsweise die Linearbewegung einer Betätigerstange eines Bremszylinders erfasst werden, wie unter Bezugnahme auf 2 noch näher beschrieben wird. Eine Vorrichtung 11 oder mehrere Vorrichtungen 11 mit erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann bzw. können auch an anderen Positionen des Fahrzeugs verbaut sein. Beispielsweise kann eine Vorrichtung 11 an einem Kupplungszylinder vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorrichtung 11 an einem Fahrzeugsitz vorgesehen sein, um eine oder mehrere Positionen des Fahrzeugsitzes zu erkennen. Allgemein kann die Vorrichtung 11 verwendet werden, um zu erkennen, ob eine linear beweglich gelagerte Komponente eines Fahrzeugs eine bestimmte Position erreicht hat.
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Wenn mit der Vorrichtung 11 die Linearbewegung einer Betätigerstange eines Bremszylinders erfasst wird, kann ein Bremslicht 13 abhängig von einem Ausgangssignal der Vorrichtung 11 geschaltet werden. Die Vorrichtung 11 kann so als Bremslichtsensor eingesetzt werden. Die Vorrichtung 11 kann direkt mit dem Bremslicht 13 gekoppelt sein, um dieses anzusteuern. Ein Ausgangssignal der Vorrichtung 11 kann von einer zentralen Steuereinheit 12, beispielsweise einem Bordcomputer, weiter ausgewertet werden. Das Bremslicht 13 kann dann über die zentrale Steuereinheit 12 abhängig von einem Ausgangssignal der Vorrichtung 11 geschaltet werden.
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Bei der Vorrichtung 11 ist ein Magnet aus kunststoffgebundenem Ferrit so angeordnet, dass er relativ zu einem AMR-Sensor verfahrbar ist. Der Magnet und der AMR-Sensor sind so ausgestaltet, dass eine mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke in einem Arbeitsbereich der Vorrichtung 11 ein streng monotones Verhalten zeigt. Im Arbeitsbereich kann die mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke zumindest näherungsweise linear sein. Der Arbeitsbereich entspricht dabei den Positionen der Komponente des Fahrzeugs, für die die Vorrichtung 11 einen Schaltvorgang auslösen soll. Der Magnet und der AMR-Sensor sind vorteilhaft so ausgestaltet, dass eine mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke einen kleinen Betrag aufweist, wenn der Magnet um eine größere Strecke relativ zu dem AMR-Sensor verschoben wurde.
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Der Magnet weist eine Magnetlänge auf, die entlang einer Verfahrrichtung des Magneten kleiner als eine Länge eines Verfahrwegs ist. Die Länge des Verfahrwegs, über den der Magnet bewegt werden kann, kann durch Endanschläge für die bewegliche Komponente, beispielsweise Anschläge für eine Betätigerstange, definiert sein. Eine derartige Ausgestaltung, bei der der Magnet in Verfahrrichtung eine relativ kurze Länge aufweist, erleichtert den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem zur Verfügung stehenden Bauraum.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines Bremszylinders 1 mit einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel. Der Bremszylinder 1 kann ein Tandem-Hauptbremszylinder sein. Der Bremszylinder 1 weist ein Betätigerelement auf, das als Betätigerstange 2 ausgeführt ist. Die Betätigerstange 2 ist beweglich gelagert und kann relativ zu einem Bremszylindergehäuse 7 hin und her bewegt werden.
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Die Vorrichtung zum Erfassen der Linearbewegung der Betätigerstange 2 umfasst einen Magneten 3 und einen Magnetfeldsensor. Der Magnetfeldsensor ist als AMR-Sensor 5 ausgestaltet. Der Magnet 3 ist ein Permanentmagnet. Der Magnet 3 ist im Bremszylindergehäuse 7 angeordnet und an der Betätigerstange 2 angebracht. Der Magnet 3 besteht aus kunststoffgebundenem Ferritmaterial. Derartige Magnete können beispielsweise durch Spritzgusstechniken hergestellt werden. Das in den Kunststoff eingebettete Ferritmaterial wird aufmagnetisiert. Der Magnet 3 aus kunststoffgebundenem Ferritmaterial kann kostengünstig hergestellt werden. Der Magnet 3 kann so ausgestaltet sein, dass er keine Seltenerdmaterialien oder allenfalls Spuren von Seltenerden umfasst.
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Der AMR-Sensor 5 befindet sich auf einer elektrischen Leiterplatte 6. Die Leiterplatte 6 mit dem AMR-Sensor 5 kann in einem Sensorgehäuse 4 angeordnet sein. Das Sensorgehäuse 4 kann an dem Bremszylindergehäuse 7 angebracht sein. Für die in Bremssystemen zu erfüllenden Sicherheitsanforderungen können der AMR-Sensor 5 sowie die auf der Leiterplatte 6 befindliche Schaltung zur Auswertung des Sensorsignals des AMR-Sensors 5 doppelt ausgeführt sein. Auf diese Weise wird Redundanz gegen den Ausfall eines AMR-Sensors erreicht.
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Als AMR-Sensor wird hier allgemein ein Sensorelement verstanden, das den anisotropen magnetoresistiven Effekt nutzt. Der AMR-Sensor 5 kann insbesondere eine dünne Schicht aus einem Permanentmagneten umfassen. Der AMR-Sensor 5 kann Elektroden umfassen, damit eine Widerstandsmessung an der dünnen Schicht ausgeführt werden kann. Der Widerstand der dünnen Schicht wird durch das von dem Magneten 3 an dem AMR-Sensor 5 erzeugte Magnetfeld beeinflusst werden (AMR-Effekt). Durch eine Widerstandsmessung an der Schicht kann entsprechend die Magnetfeldstärke bestimmt werden.
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Eine Bewegung der Betätigerstange 2 führt dazu, dass der Magnet 3 relativ zu dem AMR-Sensor 5 verfahren wird. Bei Betätigung eines Bremspedals des Fahrzeugs wird der Magnet 3 zusammen mit der Betätigerstange 2 entlang einer Verfahrrichtung X hin und her bewegt. Die Verfahrrichtung X kann einer Hauptachse des Bremszylinders entsprechen. Dabei überstreicht das vom Magneten 3 erzeugte Magnetfeld den AMR-Sensor 5. Abhängig von einer Position des Magneten 3 relativ zum AMR-Sensor 5 kann der AMR-Sensor 5 eine Schaltfunktion ausüben.
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Ein Verfahrweg, über den der Magnet 3 relativ zu dem AMR-Sensor 5 insgesamt verfahren werden kann, ist durch Endanschläge 8, 9 für die Betätigerstange 2 definiert. Der Magnet 3 weist entlang seiner Verfahrrichtung X eine Magnetlänge auf, die kleiner als eine Länge des Verfahrwegs ist.
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3 zeigt eine isometrische Ansicht und 4 eine Seitenansicht der Komponenten, die beispielsweise bei dem Bremszylinder 1 zum Erfassen einer Linearbewegung eingesetzt werden.
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Wie am besten in der Seitenansicht von 4 sichtbar, weist der Magnet 3 entlang der Verfahrrichtung X eine Magnetlänge 21 auf. Diese Magnetlänge 21 kann definiert sein als Unterschied der X-Koordinate zwischen den in Verfahrrichtung X äußersten Punkten an den gegenüberliegenden Endflächen 23, 24 des Magneten 3. Die Endflächen 23, 24 können jeweils planar sein und einen Abstand aufweisen, der der Magnetlänge 21 entspricht. Ein Verfahrweg 22 des Magneten 3, über den der Magnet 3 insgesamt entlang der Verfahrrichtung 21 bewegt werden kann, ist länger als die Magnetlänge 21. Die Länge des Verfahrwegs 22 kann durch Endanschläge 8, 9 für die Komponente bestimmt sein, deren Linearbewegung erfasst werden soll.
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Der AMR-Sensor 5 und Magnet 3 können insbesondere verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Betätigerstange 2 eine vorgegebene Position erreicht hat. Beispielsweise kann bei Erreichen und/oder Überschreiten dieser vorgegebenen Position das Bremslicht 13 eingeschaltet werden. Entsprechend kann anhand des Ausgangssignals des AMR-Sensors 5 bestimmt werden, ob sich der Magnet 3 in einer vorgegebenen Position 25 relativ zu dem AMR-Sensor 5 befindet. Wie unter Bezugnahme auf 5 noch detaillierter beschrieben wird, kann ein Ausgangssignal des AMR-Sensors 5, das die erfasste Magnetfeldstärke repräsentiert, mit einem Schwellenwert verglichen werden. Dadurch kann bestimmt werden, ob sich der Magnet 3 in der vorgegebenen Relativposition 25 befindet oder über diese hinaus bewegt wurde.
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Der Magnet 3 und der AMR-Sensor 5 sind so ausgelegt, dass die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke dann den Schwellenwert erreicht, wenn sich der Magnet 3 an der vorgegebenen Relativposition 25 relativ zu dem AMR-Sensor 5 befindet. Um eine eindeutige und zuverlässige Erkennung zu erleichtern, ist das Ausgangssignal des AMR-Sensors 5 nur dann gleich dem Schwellenwert, wenn sich der Magnet 3 an der vorgegebenen Relativposition 25 relativ zu dem AMR-Sensor 5 befindet. Dazu kann beispielsweise eine Ausgestaltung des Magneten 3 gewählt werden, bei der die vom Magneten 3 am AMR-Sensor 5 erzeugte und mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke ausgehend von einer Ruhelage des Magneten 3 zunächst monoton abnimmt. Die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke kann ausgehend von einer Ruhelage des Magneten 3 bis zu einem Nulldurchgang der Magnetfeldstärke streng monoton abnehmen, wenn der Magnet 3 zusammen mit der Betätigerstange 2 bewegt wird. Der AMR-Sensor 5 kann so ausgestaltet sein, dass die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke einer y-Komponente des Magnetfeldes entspricht, d.h. einer Magnetfeldkomponente, die senkrecht zu der Verschiebungsrichtung X ist.
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Der Magnet 3 ist als Ringmagnet ausgeführt, wie in 3 dargestellt. Eine Mittelachse des Magneten 3 kann parallel zu der Verschiebungsrichtung X sein. Die Mittelachse des Magneten 3 ist parallel zu einer durch den AMR-Sensor definierten Ebene. Die Mittelachse des Magneten 3 kann in y-Richtung, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung X und parallel zu der durch den AMR-Sensor definierten Ebene von dem AMR-Sensor 5 beabstandet sein.
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Weitere Ausgestaltungen und Anordnungen des Magneten 3 mit unterschiedlichen Geometrien und Bauarten können bei weiteren Ausführungsbeispielen verwendet werden.
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5 zeigt einen Verlauf der mit dem AMR-Sensor 5 erfassten Magnetfeldstärke 31 als Funktion der Strecke x, um die der Magnet 3 verfahren wurde. Die Verfahrstrecke des Magneten 3 entspricht der Verfahrstrecke der Betätigerstange 2. In 5 kann ein positiver Wert der Magnetfeldstärke einer entlang der positiven y-Achse gerichteten Magnetfeldkomponente entsprechen, und ein negativer Wert kann einer entlang der positiven y-Achse gerichteten Magnetfeldkomponente entsprechen.
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Die Vorrichtung soll so eingerichtet sein, dass das Erreichen einer definierten Position der Betätigerstange 2 erkannt wird. Diese Position kann beispielsweise der Verfahrstrecke der Betätigerstange 2 entsprechen, ab der das Bremslicht 13 eingeschaltet werden muss. Der Magnet 3 ist so ausgelegt, dass die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke einen Schwellenwert 33 erreicht, wenn die Betätigerstange 2 die definierte Position erreicht. Dies kann beispielsweise bei einer Auslöseposition 35 der Fall sein. Der Magnet 3 ist weiterhin so ausgelegt, dass über den gesamtem Verfahrweg, über den der Magnet 3 bewegt werden kann, die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke den Schwellenwert 33 nur ein einziges Mal erreicht. Dadurch kann eine Schaltfunktion in besonders einfacher Weise anhand eines Schwellenwertvergleichs realisiert werden.
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Der Magnet 3 kann so ausgelegt sein, dass die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke 31 von einem Ausgangswert bis zu einem Nulldurchgang der Magnetfeldstärke streng monoton abnimmt, während die Betätigerstange 2 und der daran angebrachte Magnet 3 ausgehend von einer Ruhelage verfahren werden. Diese Flanke der erfassten Magnetfeldstärke 31 kann wenigstens in der Umgebung der Auslöseposition 35, an der der Schwellenwert 33 erreicht und eine Schaltfunktion ausgeführt wird, im Wesentlichen linear sein. Dadurch wird der notwendige Signalhub für eine sichere Auslegung einer Schaltfunktion bereitgestellt.
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Der Magnet 3 kann so ausgelegt sein, dass die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke 31 nach dem Nulldurchgang bei einer Verfahrstrecke 36 in einem Werteintervall 37 bleibt, wenn die Betätigerstange 2 mit dem Magneten 3 weiter verfahren wird. Das Werteintervall 37 ist dabei derart, dass die darin liegenden Magnetfeldstärken alle von dem Schwellenwert 33 verschieden, insbesondere betragsmäßig kleiner als der Schwellenwert 33 sind. Dadurch kann ein sicheres Schaltverhalten realisiert werden. Beispielsweise kann sichergestellt werden, dass das Bremslicht zuverlässig eingeschaltet bleibt, auch wenn die Betätigerstange 2 mit dem Magneten 3 weiter verfahren wird, nachdem die Magnetfeldstärke 31 den Nulldurchgang 36 aufweist.
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Die Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen der Erfindung kann auch verwendet werden, um mehrere unterschiedliche Positionen der Betätigerstange 3 zu erfassen. Dazu kann die mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke mit einem weiteren Schwellenwert 34 verglichen werden. Der weitere Schwellenwert 34 kann so gewählt sein, dass ein Ausgangssignal des AMR-Sensors nur für eine einzige Relativposition des Magneten 3 relativ zu dem AMR-Sensor 5 gleich dem weiteren Schwellenwert 34 ist. Es können auch mehr als zwei Schwellenwerte verwendet werden, um eine Ortsauflösung zu erhöhen.
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Der Magnet 3 kann so ausgestaltet sein, dass jedenfalls in einem Arbeitsbereich 32 eine eindeutige Zuordnung von Ausgangssignalen des AMR-Sensors 5 zu Positionen des Magneten 3 möglich ist. Der Arbeitsbereich 32 ist dabei so gewählt, dass er die für eine Schaltfunktion relevante Position oder relevanten Positionen der Betätigerstange 2 umfasst. Beispielsweise beinhaltet der Arbeitsbereich 32 wenigstens die Position(en), an denen eine Schaltfunktion ausgeführt werden soll. Jede mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke 31 im Arbeitsbereich 32 ist eindeutig in dem Sinn, dass sie beim Verschieben des Magneten 3 über den gesamten Verfahrweg nur bei genau einer Relativposition zwischen Magnet 3 und AMR-Sensor 5 auftritt.
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Die Auslegung des Magneten 3 und der entsprechende Verlauf der am AMR-Sensor 5 erfassten Magnetfeldstärke können abhängig von der jeweiligen Komponente des Fahrzeugs, deren Bewegung erfasst werden soll, und/oder abhängig von der angesteuerten Schaltfunktion gewählt werden. Für die Steuerung eines Bremslichts kann beispielsweise der Magnet 3 so ausgestaltet sein, dass die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke für Verschiebungsstrecken der Betätigerstange von 2 bis 8 mm einen relativ linearen Verlauf aufweist. Das Bremslicht kann beispielsweise betätigt werden, wenn mit dem AMR-Sensor 5 erkannt wird, dass der Magnet 3 um 5 mm relativ zu einer Ausgangslage verfahren wurde. Der Verlauf der Magnetfeldstärke kann beispielsweise bei einer Verfahrstrecke von 8 mm einen Nulldurchgang aufweisen, d. h. eine Umkehr der magnetischen Feldrichtung. Wird die Betätigerstange 2 mit dem Magneten 3 um größere Strecken, beispielsweise um mehr als 35 mm bewegt, nähert sich die mit dem AMR-Sensor erfasste Magnetfeldstärke im Grenzwert Null an. Andere Ausgestaltungen des Magneten können beispielsweise verwendet werden, wenn die Vorrichtung bei einem Kupplungszylinder oder anderen Komponenten des Fahrzeugs eingesetzt wird, um andere Schaltfunktionen auszuführen.
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Die mit dem AMR-Sensor 5 erfasste Magnetfeldstärke kann zur Erzeugung eines Steuersignals verwendet werden. Die Erzeugung des Steuersignals kann durch eine in das Sensorgehäuse 4 integrierte Schaltung erfolgen. Die Schaltung kann einen Komparator umfassen. Alternativ kann die erfasste Magnetfeldstärke von dem AMR-Sensor 5 auch an eine zentrale Steuereinheit 12 ausgegeben werden, beispielsweise als analoger Signalwert. Die zentrale Steuereinheit 12 kann das Steuersignal abhängig von der erfassten Magnetfeldstärke erzeugen.
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6 zeigt schematisch ein Steuersignal, wie es mit einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel abhängig von der Magnetfeldstärke erzeugt wird. Wenn die Betätigerstange 2 mit dem Magneten 3 die Auslöseposition 35 erreicht, erreicht die mit dem AMR-Sensor 35 erfasste Magnetfeldstärke den Schwellenwert 33. Entsprechend ändert sich ein Signalpegel eines Steuersignals 39. Der Signalpegel des Steuersignals 39 hängt davon ab, ob das Ausgangssignal des AMR-Sensors 35 kleiner oder größer als der Schwellenwert 33 ist. Eine Schaltfunktion wird bei der Auslöseposition 35 ausgelöst, beispielsweise durch Einschalten eines Bremslichts. Bei weiterer Verschiebung der Betätigerstange 2 bleibt das Bremslicht aufgrund des Verlaufs der Magnetfeldstärke 31 eingeschaltet.
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7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 40 zum Erkennen einer Linearbewegung. Das Verfahren kann von der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel automatisch ausgeführt werden. Das Verfahren verwendet einen Magneten aus kunststoffgebundenem Ferritmaterial und einen AMR-Sensor zum Erfassen einer Magnetfeldstärke.
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Bei Schritt 41 wird eine Magnetfeldstärke mit dem AMR-Sensor erfasst. Bei Schritt 42 wird die erfasste Magnetfeldstärke mit einem Schwellenwert verglichen. Dadurch kann überprüft werden, ob die erfasste Magnetfeldstärke den Schwellenwert erreicht hat. Dies zeigt an, dass die Komponente des Fahrzeugs eine Auslöseposition erreicht hat, an der eine Steuerfunktion, beispielsweise eine Schaltfunktion, ausgelöst werden soll. Wenn bei Schritt 42 erkannt wird, dass die Magnetfeldstärke den Schwellenwert erreicht hat, kann bei Schritt 43 ein Steuervorgang ausgelöst werden. Der Steuervorgang kann eine Schaltfunktion, beispielsweise ein Einschalten eines Bremslichts, umfassen. Das Verfahren 40 kehrt dann zu Schritt 41 zurück.
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Während Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, können bei weiteren Ausführungsbeispielen Abwandlungen realisiert werden. Während Vorrichtungen und Verfahren im Kontext der Linearbewegung einer Betätigerstange eines Bremszylinders beschrieben wurden, können die Vorrichtungen und Verfahren allgemein eingesetzt werden, um die Bewegung einer Komponente eines Fahrzeugs zu erfassen. Während Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung eines Bremslichts beschrieben wurden, können Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen auch für andere Funktionen eingesetzt werden, bei denen eine Steuerung abhängig davon erfolgt, ob eine Komponente eines Fahrzeugs eine definierte Position erreicht hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremszylinder
- 2
- Betätigerelement
- 3
- Magnet
- 4
- Sensorgehäuse
- 5
- AMR-Sensor
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Bremszylindergehäuse
- 8
- Anschlag
- 9
- Anschlag
- 10
- Fahrzeug
- 11
- Vorrichtung
- 12
- zentrale Steuereinheit
- 13
- Bremslicht
- 21
- Magnetlänge
- 22
- Länge des Verfahrwegs
- 23, 24
- Stirnfläche
- 25
- vorgegebene Relativposition
- 31
- Magnetfeldstärke
- 32
- Arbeitsbereich
- 33
- Schwellenwert
- 34
- weiterer Schwellenwert
- 35
- Auslöseposition
- 36
- Nulldurchgangsposition
- 37
- Wertebereich
- 39
- Steuersignal
- 40
- Verfahren
- 41-43
- Verfahrensschritte
- X
- Verfahrrichtung
