DE102013223617A1

DE102013223617A1 - Sensorsystem mit einem Codeträger und einer Mehrzahl von Sensoren sowie Verfahren zur Positionsbestimmung

Info

Publication number: DE102013223617A1
Application number: DE102013223617.4A
Authority: DE
Inventors: Ralf Pfeifer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Es wird ein Sensorsystem (100) mit einem Codeträger (102) und einer Mehrzahl von Sensoren (104) vorgestellt, wobei der Codeträger (102) relativ zur Mehrzahl von Sensoren (104) bewegbar ist, wobei der Codeträger (102) eine Vielzahl in einer Spur (106) verteilter Codierbereiche (108) aufweist, wobei jeder Codierbereich (108) ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen (110) aufweist, wobei jeder Sensor (104) der Mehrzahl von Sensoren (104) derart angeordnet ist, dass je Sensor (104) ein Codesymbol (110) eines Codierbereiches (108) auslesbar und als Sensorsignal (112) bereitstellbar ist, wobei ein Sensorwort (114) aus den Sensorsignalen (112) der Mehrzahl von Sensoren (104) bildbar ist. Das Sensorsystem (100) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Codierbereiche (108) und die Mehrzahl der Sensoren (104) derart angeordnet sind, dass ein eine erste Position des Codeträgers (102) repräsentierendes erstes Sensorwort (114) und ein eine zweite Position des Codeträgers (102) repräsentierendes zweites Sensorwort (114) in mehr als einem Codesymbol (110) verschieden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sensorsystem mit einem Codeträger und einer Mehrzahl von Sensoren sowie ein entsprechendes Verfahren zur Positionsbestimmung eines Codeträgers eines Sensorsystems.
Zur Positions- und Lagebestimmung werden in linearen und rotierenden Systemen Geber eingesetzt, wobei unter einem Geber ein elektromechanisches System mit zumindest einem Sensor und einer Verarbeitungselektronik verstanden wird.
Die Offenbarungsschrift DE 100 57 662 A1 beschreibt einen Absolutwertgeber, insbesondere für ein rotierendes System, aufweisend einen ortsfest angeordneten Sensor mit mindestens zwei parallel zueinander angeordneten magnetischen Schichten und einer zwischen diesen Schichten gelegenen Zwischenschicht, wobei der Absolutwertgeber eine beispielsweise mit einer Rotorwelle verbundene magnetische Codebahn enthält.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Sensorsystem mit einem Codeträger und einer Mehrzahl von Sensoren sowie ein entsprechendes Verfahren zur Positionsbestimmung eines Codeträgers eines Sensorsystems gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Sensorsystem kann zur Positionsbestimmung eine Mehrzahl von Sensoren aufweisen, die an unterschiedlichen Positionen um einen rotierbaren Codeträger angeordnet sind. Dabei kann die Ausgabe von der Mehrzahl von Sensoren zu einem Sensorwort oder Datenwort zusammengefasst werden. Wenn das so erhaltene Sensorwort in einer ersten Position des Codeträgers sich von einem zweiten Sensorwort in einer zweiten Position des Codeträgers in zumindest zwei Stellen unterscheidet, kann der Ausfall zumindest eines Sensors sicher erkannt werden und der funktionalen Sicherheit genüge geleistet werden.
Ein Sensorsystem umfasst einen Codeträger und einer Mehrzahl von Sensoren, wobei der Codeträger relativ zur Mehrzahl von Sensoren bewegbar ist, wobei der Codeträger eine Vielzahl in einer Spur (insbesondere gleichmäßig verteilter) Codierbereiche (insbesondere gleicher Größe) aufweist, wobei jeder Codierbereich ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen aufweist, wobei jeder Sensor der Mehrzahl von Sensoren derart angeordnet ist, dass je Sensor ein Codesymbol eines Codierbereiches auslesbar und als Sensorsignal bereitstellbar ist, wobei ein Sensorwort aus den Sensorsignalen der Mehrzahl von Sensoren bildbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vielzahl der Codierbereiche und die Mehrzahl der Sensoren derart angeordnet sind, dass ein eine erste Position des Codeträgers repräsentierendes erstes Sensorwort und ein eine zweite Position des Codeträgers repräsentierendes zweites Sensorwort in mehr als einem Codesymbol verschieden sind.
In einem Fahrzeug kann ein Sensorsystem eingesetzt werden. Unter dem Sensorsystem kann ein Geber verstanden werden. Dabei kann der Codeträger als Codierungsträger bezeichnet werden. Der Codeträger kann als ein Polrad, ein Zahnrad, eine Codescheibe oder eine Zahnstange ausgebildet sein. Der Codeträger kann eine vorbestimmte Anzahl von Rasten oder Rastierungen aufweisen, das heißt, der Codeträger kann an einer vorbestimmten Anzahl von, insbesondere gleich verteilten, Positionen einrasten. Ein Codesymbol kann durch ein physikalisches Phänomen beschrieben sein. So kann ein Codesymbol durch eine Magnetisierung, eine Magnetisierungsrichtung, eine elektrische Eigenschaft wie beispielsweise unterschiedliche Kapazität oder Induktivität, eine optische Eigenschaft wie beispielsweise Reflexivität oder Transmissivität oder eine mechanische Eigenschaft repräsentiert werden. Unter einem Sensorwort kann ein Codewort verstanden werden. Das erste Sensorwort und das zweite Sensorwort können einen Hamming-Abstand oder eine Hamming-Distanz von größer zwei aufweisen. So können zwei beliebige Sensorworte, die von dem Sensorsystem bereitstellbar sind, immer über einen Hamming-Abstand von größer zwei verfügen. Dabei kann vorteilhaft die benötigte Anzahl an Sensoren minimiert werden.
In einer Ausführungsform kann der Codeträger als eine Scheibe und ergänzend oder alternativ ein Zylinder und ergänzend oder alternativ ein Ring und ergänzend oder alternativ ein Rotationskörper ausgebildet sein. So kann der Codeträger in Form eines Rotationskörpers ausgebildet sein. So kann der Codeträger um eine Achse des Rotationskörpers drehbar gelagert sein. Vorteilhaft kann eine Position des Codeträgers über volle 360° bestimmt werden. Dabei kann der Codeträger oder das Sensorsystem keinen Nulldurchgang explizit auswerten. Günstig ist es auch, wenn eine Bewegung des Codeträgers von mehr als 360° feststellbar oder ausführbar ist.
Günstig ist es auch, wenn der Codeträger eine weitere Spur mit Codierbereichen neben der Spur mit Codierbereichen aufweist und ergänzend oder alternativ der Codeträger eine weitere Spur mit Codierbereichen neben der Spur mit Codierbereichen aufweist, wobei die Codierbereiche der weiteren Spur versetzt zu den Codierbereichen der Spur angeordnet sind. Wenn eine Spur und eine weitere Spur Codierbereiche aufweisen, so können Sensoren versetzt angeordnet werden, um die Größe des Codeträgers, beispielsweise den Durchmesser des Codeträgers, zu verringern. Vorteilhaft ist auch, dass mittels versetzt angeordneter Codierbereiche in der Spur und der weiteren Spur eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann. Insbesondere kann die Größe der Sensoren ein limitierender Faktor für eine Miniaturisierung sein und durch eine weitere Spur mit Codierbereichen kann trotzdem eine weitere Miniaturisierung des Sensorsystems erzielt werden.
Ferner können die Codierbereiche eine Magnetisierung aufweisen, wobei eine Polung der Magnetisierung ein Codesymbol repräsentiert. So kann ein Codierbereich eine positive Magnetisierung oder alternativ eine negative Magnetisierung aufweisen. Eine positive oder negative Magnetisierung kann mit einem feldfreien Codierbereich ergänzt oder kombiniert werden. So kann über eine Magnetisierung eines Codierbereichs dem Codierbereich ein von zwei oder drei möglichen Codesymbolen aufgeprägt werden.
Wenn die Codierbereiche eine Magnetisierung aufweisen, können die Mehrzahl von Sensoren ausgebildet sein, das Codesymbol unter Ausnutzung des Hall-Effekts zu erfassen, um eine negative Magnetisierung eines Codierbereichs und ergänzend oder alternativ eine Magnetisierung, insbesondere eine positive Magnetisierung eines Codierbereichs und ergänzend oder alternativ einen feldfreien Codierbereich zu bestimmen. Unter einer positiven Magnetisierung kann hier bei beispielsweise eine Magnetisierung als Südpol und bei einer negativen Magnetisierung kann beispielsweise eine Magnetisierung als Nordpol verstanden werden. Alternativ kann auch eine Magnetisierung als Nordpol als positive Magnetisierung und eine Magnetisierung als Südpol als negative Magnetisierung verstanden werden. In diesem Fall kann es sich bei dem Sensor beziehungsweise Hall-Sensor um einen ternären Sensor handeln.
Ferner können die Mehrzahl der Sensoren als induktive Sensoren ausgebildet sein. Ferner können die Mehrzahl der Sensoren als kapazitive Sensoren ausgebildet sein. Ferner können die Mehrzahl der Sensoren als optische Koppler ausgebildet sein. Dabei kann der optische Koppler als Opto-Reflex-Koppler und ergänzend oder alternativ als optischer Koppler nach dem Durchlichtprinzip ausgebildet sein.
Günstig ist es, wenn die Mehrzahl der Sensoren ausgebildet ist, zumindest drei verschiedene Codesymbole (insbesondere unterscheidbar) zu erfassen. So kann es sich bei dem Sensor beziehungsweise der Mehrzahl von Sensoren um einen ternären Sensor handeln. So kann in einer Ausführungsform die Mehrzahl der Sensoren zumindest drei voneinander verschiedene Codesymbole erfassen.
Ferner können die Codierbereiche in einem Vollkreis auf oder um den Codeträger angeordnet sein. In einer Ausführungsform können die Codierbereiche in einem Teilabschnitt des Codeträgers angeordnet sein. So kann je nach Ausführungsform eine Position über 360° oder, wenn ein Teilabschnitt des Codeträgers Codierbereiche umfasst, ein den Teilbereich entsprechender Winkel beziehungsweise eine Bewegung oder Drehung um einen entsprechenden Winkel von dem Sensorsystem erfasst werden.
In einer günstigen Ausführungsform kann der Codeträger um eine Achse rotierbar sein. Dabei kann eine Drehbewegung des Codeträgers durch einen Anschlag begrenzt sein. Insbesondere wenn ein Teilabschnitt des Codeträgers Codierbereiche aufweist, kann ein eine Drehbewegung begrenzender Anschlag von Vorteil sein.
Die Mehrzahl der Sensoren kann je als ein elektrischer Kontakt ausgebildet sein. Dabei kann das Codesymbol je als ein elektrisch leitender Codierbereich und ergänzend oder alternativ als ein elektrisch isolierender Codierbereich ausgebildet sein. Die Kombination eines elektrischen Kontakts mit einem leitenden oder isolierenden Codierbereich kann einfach eine binäre Codierung beziehungsweise ein entsprechendes Codesymbol darstellen.
Der Codeträger kann als ein Linearweggeber und ergänzend oder alternativ als eine Schnecke ausgebildet sein. Vorteilhaft kann die der Erfindung zugrunde liegende Idee neben einer Drehbewegung auch eine lineare Bewegung oder eine Drehbewegung beziehungsweise Position über mehr als 360° erfassen. Eine Schnecke kann beispielsweise eine Position über zwei volle Umdrehungen oder 720° erfassen beziehungsweise erfassbar machen.
Das Sensorsystem kann ein Steuergerät umfassen, welches ausgebildet ist, die Sensorsignale und ergänzend oder alternativ das Sensorwort zu empfangen und auszuwerten, um eine Position des Codeträgers in Bezug zu den Sensoren zu bestimmen. Unter dem Steuergerät kann eine Auswerteelektronik verstanden werden. Ein Steuergerät oder eine Auswerteelektronik kann ein elektrisches Gerät sein, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergeräts umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Das eine erste Position des Codeträgers repräsentierende erste Sensorwort und das eine zweite Position des Codeträgers repräsentierende zweite Sensorwort können einen Hamming-Abstand von zumindest zwei, insbesondere einen Hamming-Abstand von zumindest drei aufweisen. Durch einen Hamming-Abstand von zumindest zwei können einfache Fehler sicher erkannt werden, sodass das Sensorsystem Bedingungen der funktionalen Sicherheit erfüllen kann.
Der Codeträger kann zumindest einen zusätzlichen Codierbereich aufweisen, um eine Zwischenposition zu erkennen. Der Codeträger kann ausgebildet sein, in einer Mehrzahl von Positionen mechanisch einzurasten. Jedem Codierbereich kann eine Position zugeordnet werden. Wenn der Codeträger mechanisch auf den Codierbereichen einrastet, kann diese Position exakt bestimmt werden. Dabei kann eine Anzahl von Rastpositionen einer Anzahl von Codierbereichen des Codeträgers entsprechen. Die Anzahl der Sensoren des Sensorsystems kann durch die Anzahl der Rastpositionen oder durch die Anzahl von Codierbereichen des Codeträgers bestimmt oder bedingt sein. Dabei kann ein zusätzlicher Sensor den Hamming-Abstand der Sensorworte oder des Sensorsystems erhöhen und somit auch die funktionale Sicherheit erhöhen.
Ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Codeträgers eines Sensorsystems umfasst die folgenden Schritte, wobei ein Codeträger des Sensorsystems relativ zu einer Mehrzahl von Sensoren des Sensorsystems bewegbar ist, wobei der Codeträger eine Vielzahl in einer Spur verteilter Codierbereiche aufweist, wobei jeder Codierbereich ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen aufweist, wobei jeder Sensor der Mehrzahl von Sensoren derart angeordnet ist, dass je Sensor ein Codesymbol eines Codierbereiches auslesbar und als Sensorsignal bereitstellbar ist, wobei ein Sensorwort aus den Sensorsignalen der Mehrzahl von Sensoren bildbar ist, wobei die Vielzahl der Codierbereiche und die Mehrzahl der Sensoren derart angeordnet sind, dass ein eine erste Position des Codeträgers repräsentierendes erstes Sensorwort und ein eine zweite Position des Codeträgers repräsentierendes zweites Sensorwort in mehr als einem Codesymbol verschieden sind:
Einlesen einer Mehrzahl von Sensorsignalen und ergänzend oder alternativ eines Sensorworts, wobei der Codeträger in einer Position ist; und
Auswerten der Mehrzahl von Sensorsignalen und ergänzend oder alternativ des Sensorworts, um die Position des Codeträgers in Bezug zu den Sensoren zu bestimmen.
Auch durch ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Codeträgers eines Sensorsystems kann die der Erfindung zugrunde liegende Idee effizient und kostengünstig umgesetzt werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Das hier vorgestellte Konzept bietet verschiedene Vorteile. Es kann auf verschiedene Sensortypen übertragen werden wie beispielsweise optisch, magnetisch, induktiv, kapazitiv. Die dem hier vorgestelten Ansatz zugrunde liegende Idee erlaubt eine Erkennung von Sensorfehlern durch eine Hamming-Distanz ≥ 2 zwischen allen rastierten Positionen, um das System auch in sicherheitsrelevanten Systemen normkonform mit der ISO 26262 und IEC 61508 einzusetzen. Das bedeutet, dass sich jede von der Steuerlogik ausgelesene Stellung des Drehstellers in einer rastierten Position von jeder anderen durch mindestens zwei (daher die Hamming-Distanz) Sensorausgaben unterscheiden kann. Ein einzelner Sensordefekt kann daher immer erkannt werden.
Das System kann auch für Drehsteller verwendet werden, die einen Anschlag haben sollen, da die absolute Position ermittelt wird. Vorteilhaft kann ein Springen des Drehstellers erkannt werden, weil beispielsweise schneller vom Benutzer gedreht als von der Sensorik erfasst wird. Von Vorteil ist auch, dass aufgrund der absoluten Positionserfassung das Sensorsystem sich nicht verwirren lässt, wenn es zwischenzeitlich stromlos war und in diesem Zustand verdreht wurde. Durch das Konzept wäre es beispielsweise möglich, auf dem Bedienknopf eines als Drehsteller ausgebildeten Sensorsystems einen Pfeil zur Orientierung des Benutzers anzubringen, da die Steuerung jederzeit erkennen kann, wie die Stellung des Bedienknopfes ist.
Der hier vorgestellte Ansatz wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher er-läutert. Es zeigen:
1 ein Sensorsystem mit einem Codeträger und einer Mehrzahl von Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Sensorsystem mit einem Codeträger mit 20 Codierbereichen sowie sieben Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein Sensorsystem mit einem Codeträger mit 24 Codierbereichen sowie acht Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 einen ringförmigen Codeträger mit acht Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Diagramm eines Rechenaufwands in Bezug zur Anzahl der Sensoren und Codierbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine tabellarische Übersicht von Hamming-Distanzen in Bezug zur Anzahl der Codierbereiche und der Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 einen Codeträger mit zwei Spuren gleichmäßig verteilter Codierbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 einen Codeträger mit zwei Spuren gleichmäßig verteilter Codierbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 einen optischen Sensor für ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine tabellarische Übersicht über eine Mindestanzahl von Sensoren bei gegebener Anzahl von Codierbereichen für ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 eine tabellarische Übersicht über ein Sensorsystem, Codesymbole der Codierbereiche, Anordnung der Sensoren und Sensorausgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 ein Sensorsystem mit einer Anordnung von Sensoren auf einem Halbkreis gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 eine tabellarische Übersicht von Sensorworten eines Sensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
15 ein Sensorsystem mit 24 Rastungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16 eine tabellarische Übersicht von Sensorworten eines Sensorsystems mit vier ternären Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
17 ein Sensorsystem mit einem Codeträger mit drei verschiedenen Codesymbolen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
18 ein zylindrischer Codeträger gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
19 ein Sensorsystem mit eingeschränktem Bewegungsbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
20 einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Positionsbestimmung eines Codeträgers eines Sensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Sensorsystem 100 mit einem Codeträger 102 und einer Mehrzahl von Sensoren 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Codeträger 102 ist relativ zu der Mehrzahl von Sensoren 104 bewegbar. Der Codeträger 102 weist eine Vielzahl in einer Spur 106 gleichmäßig verteilter Codierbereiche 108 gleicher Größe auf. Jeder Codierbereich 108 weist ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen 110 auf. Jeder Sensor 104 der Mehrzahl von Sensoren 104 ist derart angeordnet, dass je Sensor 104 ein Codesymbol 110 des Codierbereiches 108 auslesbar und als Sensorsignal 112 bereitstellbar ist. Ein Sensorwort 114 ist aus den Sensorsignalen 112 der Mehrzahl von Sensoren 104 bildbar.
Die Vielzahl der Codierbereiche 108 und die Mehrzahl der Sensoren 104 sind derart angeordnet, dass ein eine erste Position des Codeträgers 102 repräsentierendes erstes Sensorwort und ein eine zweite Position des Codeträgers 102 repräsentierendes zweites Sensorwort in mehr als einem Codesymbol 110 verschieden sind.
Das Sensorsignal 112 nimmt je nach Codesymbol des im Bereich des Sensors 104 platzierten Codierbereichs 108 einen entsprechenden Sensorstatus 116 ein. So kann beispielsweise eine Magnetisierung mit einem digitalen Sensorsignal repräsentiert werden, wobei beispielsweise eine negative Magnetisierung durch eine „0“ und eine positive Magnetisierung durch eine „1“ repräsentiert wird.
Der Codeträger 102 ist in dem Ausführungsbeispiel als ein Rad ausgebildet, welches um eine Achse rotierbar ist. Ein Pfeil deutet eine Bewegungsrichtung im Uhrzeigersinn an. Rund um den Codeträger 102 sind vierundzwanzig Rastungen vorgesehen, welche jeweils durch einen Codierbereich 108 charakterisiert werden. Rund um den Codeträger 102 sind acht Sensoren 104 angeordnet, welche immer je einen Codierbereich 108 erfassen. Somit können acht von vierundzwanzig Codierbereichen 108 des Codeträgers 102 erfasst werden. Die Sensoren 104 sind derart rund um den Codeträger 102 angeordnet, dass immer zwei Codierbereiche dazwischen frei bleiben. Wenn den Codierbereichen 108 ein aufsteigender Index 118 von „01“ bis „24“ zugeordnet wird, so ist ein erster Sensor 104, mit S1 bezeichnet, am Index „01“ angeordnet, ist ein zweiter Sensor 104, mit S₂ bezeichnet, am Index „04“ angeordnet, ist ein dritter Sensor 104, mit S₃ bezeichnet, am Index „07“ angeordnet, ist ein vierter Sensor 104, mit S₄ bezeichnet, am Index „10“ angeordnet, ist ein fünfter Sensor 104, mit S₅ bezeichnet, am Index „13“ angeordnet, ist ein sechster Sensor 104, mit S₆ bezeichnet, am Index „16“ angeordnet, ist ein siebter Sensor 104, mit S₇ bezeichnet, am Index „19“ angeordnet und ist ein achter Sensor 104, mit S₈ bezeichnet, am Index „22“ angeordnet.
Der durch den Index „01“ repräsentierte Codierbereich 108 weist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Codesymbol „0“ auf. Wenn die Codierbereiche 108 der Reihe nach, dem Index aufsteigend folgend, mit einem Codesymbol 110 versehen werden, so ergibt sich eine Folge von Codesymbolen 110 der folgenden Art: 000011100101011001101011.
Das in 1 dargestellte Sensorsystem 100 ist geeignet zur Positionserfassung eines Drehstellers. Mit anderen Worten zeigt es ein Sensorkonzept, welches beispielsweise für Drehsteller eingesetzt werden kann. Ein Aspekt des vorgestellten Ausführungsbeispiels schafft eine Erfassung einer absoluten Position eines rotierenden Teils. Dabei weisen die Sensorworte 114 einen minimalen Hammingabstand zwischen allen Positionen größer zwei (>2) auf.
Die Darstellung des Codeträgers 102 ist in 1 exemplarisch gewählt. Je nach Ausführungsbeispiel ist der Codeträger als eine Scheibe, ein Zylinder, ein Ring oder als ein, insbesondere beliebiger, Rotationskörper ausgebildet.
In einem Ausführungsbeispiel weisen die Codierungsbereiche 108 eine Magnetisierung auf, wobei eine Polung der Magnetisierung ein Codesymbol 110 repräsentiert. Dabei kann je nach eingesetztem Sensor oder entsprechend der Magnetisierung zwischen einer positiven Magnetisierung, einer negativen Magnetisierung sowie einem Codierbereich 108 ohne Polarität unterschieden werden. Dabei kommen in einem Ausführungsbeispiel nur zwei der genannten drei Zustände zum Einsatz.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Sensoren 104 ausgebildet ist, das Codesymbol 110 nach dem Prinzip des Hall-Effekts zu erfassen, wenn die Codierbereiche 108 eine Magnetisierung als Repräsentation der Codesymbole 110 aufweisen. Unter Verwendung der Hall-Sensoren 104 wird das Codesymbol 110 eines Codierbereichs 108 als eine negative Magnetisierung eines Codierbereichs, eine positive Magnetisierung eines Codierbereichs oder als feldfreier Codierbereich bestimmt.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Sensoren 104 als induktive Sensoren 104 ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Sensoren 104 als kapazitive Sensoren 104 ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Sensoren 104 als optische Koppler 104 ausgebildet. Dabei ist der optische Koppler 104 je nach Ausführungsbeispiel als Opto-Reflex-Koppler 104 oder als optischer Koppler 104 nach dem Durchlichtprinzip ausgebildet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Sensoren 104 ausgebildet, zumindest drei verschiedene Codesymbole 110 zu erfassen. So kann es sich bei den Sensoren 104 um ternäre Sensoren handeln.
In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Codierbereiche 108 einen Vollkreis des Codeträgers 102. In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Codierbereiche 108 einen Teilabschnitt des Codeträgers 102, beispielsweise einen Halbkreis oder einen Viertelkreis. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in 19 dargestellt und beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Codeträger 102 um eine Achse rotierbar. Dabei kann insbesondere eine Drehbewegung des Codeträgers 102 durch einen Anschlag begrenzt sein. Wenn die Codierbereiche nicht den ganzen Vollkreis eines Rotationskörpers abdecken, kann ein Anschlag die Bewegung derart begrenzen, dass die Codierbereiche 108 nicht den sensierten Bereich verlassen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Sensoren 104 je als ein elektrischer Kontakt ausgebildet, wobei das Codesymbol 110 je als ein elektrisch leitender Codierbereich 108 oder alternativ als ein elektrisch isolierender Codierbereich 108 ausgebildet ist. Je nach Position des Codeträgers kann somit der als elektrischer Kontakt ausgebildete Sensor 104 einen Stromkreis schließen oder öffnen.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Codeträger 102 als ein Linearweggeber oder als eine Schnecke ausgebildet. So lässt sich die der Erfindung zugrunde liegende Idee auf eine lineare Bewegung oder auf eine absolute Positionsbestimmung bei mehr als einer Vollumdrehung des Codeträgers 102 anwenden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Sensorsystem 100 ein nicht dargestelltes Steuergerät auf, welches ausgebildet ist, die Sensorsignale 112 oder das Sensorwort 114 zu empfangen und auszuwerten, um eine Position des Codeträgers 102 zu bestimmen.
2 zeigt ein Sensorsystem 100 mit einem Codeträger 102 mit zwanzig Codierbereichen 108 sowie sieben Sensoren 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten und beschriebenen Sensorsystems 100 handeln. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist 2 zwanzig Rastungen auf. Der erste Sensor 104 ist in der Grundstellung des Codeträgers 102 an dem Index „01“ angeordnet, wobei der erste Sensor 104 auch mit dem Buchstaben „A“ bezeichnet ist. Entsprechend ist der zweite Sensor 104 mit dem Buchstaben „B“ bezeichnet und bezogen auf die Grundstellung am Index „02“ angeordnet. Entsprechend ist der dritte Sensor 104 mit dem Buchstaben „C“ bezeichnet und bezogen auf die Grundstellung am Index „04“ angeordnet. Entsprechend ist der vierte Sensor 104 mit dem Buchstaben „D“ bezeichnet und bezogen auf die Grundstellung am Index „10“ angeordnet. Entsprechend ist der fünfte Sensor 104 mit dem Buchstaben „E“ bezeichnet und bezogen auf die Grundstellung am Index „12“ angeordnet. Entsprechend ist der sechste Sensor 104 mit dem Buchstaben „F“ bezeichnet und bezogen auf die Grundstellung am Index „13“ angeordnet. Entsprechend ist der siebte Sensor 104 mit dem Buchstaben „G“ bezeichnet und bezogen auf die Grundstellung am Index „15“ angeordnet.
Wenn die Codierbereiche 108 der Reihe nach, dem Index aufsteigend folgend, mit einem Codesymbol 110 versehen werden, so ergibt sich eine zwanzigstellige Folge von Codesymbolen 110 der folgenden Art: 00000001000101001111.
Ein Aspekt des hier vorgestellten Sensorsystems ist eine besondere Ausgestaltung einer Sensorik. Die Sensorik selbst kann in unterschiedlichsten Anwendungen der Messtechnik und Überwachung eingesetzt werden. Der Einfachheit halber wird die Idee vorrangig am Beispiel eines Drehstellers mit magnetischem Sensorprinzip beschrieben, da dieses einen typischen Anwendungsbezug, insbesondere zu Schaltungssystemen in Fahrzeugen hat. Mögliche Produkte sind Wählhebel für automatische Getriebe oder Bedienelemente.
Ausführungsbeispiele allgemein verwendbarer Drehsteller bieten rastierte Positionen, das heißt eine abzählbare Anzahl fester Stellungen, die der Bediener eindeutig erfühlen kann, eine in der Auslegungsphase frei wählbare Anzahl der Positionen (in der Regel kann diese Anzahl später nur sehr eingeschränkt über Software konfiguriert werden) sowie eine freie, unbeschränkte Drehbarkeit um mehr als 360°, ganz ohne Anschläge. Alternativ kann der Drehsteller eine Sicherung gegen Drehwinkel vom > 360° enthalten. Dies wäre für die Funktion aber nicht notwendig. Ein Drehsteller als Beispiel eines Sensorsystems kann ohne eine Nullposition, eine Nullung oder einen Reset auskommen, um seinen aktuellen Zustand zu erkennen. Der Drehsteller ist nach dem Zuschalten der Stromversorgung sofort betriebsbereit und kann unter allen Umständen seine absolute Position erkennen, sofern er in einer durch die Rastierung definierten Position steht. Der Drehsteller funktioniert ohne ein Gedächtnis, das heißt, die letzte Position muss nicht gespeichert werden. Naturgemäß kann ein solcher Drehsteller nicht analog mit kontinuierlichem Ausgabebereich ausgelegt werden, also nicht wie ein klassisches Potenziometer. Vielmehr teilt der Drehsteller eine vorgegebene Drehung in feste Winkelschritte (Rasten) ein, die im Rahmen der Konstruktion festgelegt und später nicht mehr verändert werden können.
Beispiele für Anwendungsmöglichkeiten sind Wählhebel, Gangwahlschalter, Drehsteller für Nutzfahrzeuge, die zusammen mit dem Wählhebel verbaut werden können, beispielsweise für Temperatur des Kühlkoffers, Drehzahl des Nebenabtriebes (PTO) oder Übersetzungsstufe des ivt bei Traktoren, Drehsteller für Dämpferhärte „Magnetic Ride“, Schaltstrategie (zwischen sportlich, sparsam und leise), manuelle Übersetzungsänderung, Lenkstockhebel, Lenkwinkelgeber bei Motorrädern (begrenzte Drehwinkel < 360°), Scrollräder in „Human Interface Devices“ – HIDs wie beispielsweise für Mäuse, Joysticks, JogDial ...), Multimedia-Interfaces in Automobilen, sicherheitsrelevante Anzeigeinstrumente, die aus einem Zeiger in einem Rundinstrument bestehen und über die Zeigerstellung (und die angehängte Mechanik des Drehstellers) den Anzeigewert zurücklesen sollen, Funkuhren und andere Anzeigen, die nach einem Stromausfall/Batteriewechsel selbsttätig und ohne Rücklauf in eine Nullstellung ihre Zeigerstellung erkennen sollen. Der vorgestellte Ansatz kann beispielsweise genutzt werden als Positionsgeber, beispielsweise für Kurbel- und Nockenwellen, Positionsgeber für formschlüssige Kupplungen (Klauenkupplungen) in Getrieben, um die richtige Position zum Einrücken des Gangrades zu finden, als Drehsteller für sicherheitskritische Anwendungen in Luftfahrt und Wehrtechnik sowie für Bewegungsschrauben und Weggeber, beispielsweise an Pressen, um jederzeit die Position erkennen zu können.
Vorteilhaft schafft ein Sensorsystem gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel einen einfachen Aufbau und eine kostengünstige Weiterentwicklung bekannter und bewährter Technologie unter Verwendung erprobter Komponenten, wobei dadurch geringe neue Risiken für Entwicklung und Produktion sowie langsamere Erfassung/Verarbeitung der Position durch die Elektronik möglich sind, da ein Springen der Position durch ungenaue Positionserfassung erkannt wird. Dadurch ist eine kostengünstigere Elektronik oder bei EMV-Problemen die Anpassung von Taktfrequenzen möglich. Dabei ist ein Einsatz des Sensorsystems beziehungsweise des Drehstellers in völlig anderen Anwendungen möglich, beispielsweise Bedieninterfaces wie MMI (Mensch-Maschine-Interface) oder ganz allgemeine Verwendung als Drehwinkelsensor für Drehwinkel von 0° bis 360°.
3 zeigt ein Sensorsystem 100 mit einem Codeträger mit vierundzwanzig Codierbereichen 108 sowie acht Sensoren 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel des in 1 und 2 gezeigten und beschriebenen Sensorsystems 100 handeln. Wenn die Codierbereiche 108 der Reihe nach, dem Index aufsteigend folgend, mit einem Codesymbol 110 versehen werden, so ergibt sich eine vierundzwanzigstellige Folge von Codesymbolen 110 der folgenden Art: 0000 0000 1011 0011 1001 0111. Die Sensoren 104 sind dem Index folgend mit Großbuchstaben A bis H gekennzeichnet, wobei der erste Sensor A am Index „14“, der zweite Sensor B am Index 16, der dritte Sensor C am Index 17, der vierte Sensor D am Index 18, der fünfte Sensor E am Index 19, der sechste Sensor F am Index 22 der siebte Sensor G am Index 23 sowie der achte Sensor H am Index 24 angeordnet sind. Dabei bezieht sich die Indizierung auf die Grundstellung des Codeträgers 102. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 104 alle nur auf einem Halbkreis entlang des Codeträgers 102 angeordnet, wodurch eine effiziente Anbindung erfolgen kann.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 104 auf einer Seite des Codeträgers 102 angeordnet, das heißt, die Sensoren 104 sind nur auf einem Halbkreis angeordnet, beispielsweise für Scrollräder, Einschwenken des Polrades bei Fertigung oder Sensoren über Ölstand. Die von dem Sensorsystem 100 ausgegebenen Sensorworte weisen einen Hammingabstand >2 auf. Dabei sind in jeder Position >2 Sensoren aktiv und >2 Sensoren inaktiv. Vorteilhaft weist das Sensorsystem 100 einen Hammingabstand 2 zur Erkennung von starken Streufeldern auf, das heißt, ein starker externer Magnet schaltet alle Sensoren auf 1, Unterbrechung Strom an den Sensoren – alle Sensoren 0 oder Verlust des Polrades 102. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Polrad 102 nur elf magnetische Zonen 108, von 24.
4 zeigt einen ringförmigen Codeträger 102 mit acht Sensoren 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Codeträger 102 und die Sensoren 104 bilden ein Sensorsystem 100, wie die in 1 bis 3 gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Sensorsystems 100. die Darstellung entspricht weitgehend der in 1 gezeigten Darstellung eines Sensorsystems 100. Dabei wird in 4 auf ein Zusammenführen der Sensorsignale zu einem Sensorwort verzichtet.
Ein besonderes Merkmal dieses Ausführungsbeispiels als Drehsteller ist die Anordnung sowohl der Zonen oder Codierbereiche 108 auf einem Codeträger 102 beziehungsweise Geber (im Folgenden »Polrad« genannt) als auch der Sensoren 104. Beides zusammen erlaubt eine eindeutige Positionserfassung, die auch Sicherheit bei Sensorausfällen bietet. Für die folgende Betrachtung wird beispielhaft ein Polrad 102 wie in 4 mit r = 24 Positionen/Zonen und s = 8 Sensoren zum Auslesen der Stellung oder Position angenommen. Der Drehsteller 100 besteht in diesem Beispiel aus einer scheibenförmigen magnetischen Platte (Polrad), die über einen Drehknopf beispielsweise von einem Benutzer manuell verstellt wird. Das Polrad hat mehrere Zonen, die nach einem bestimmten Muster als Nordpol (1 oder rot) oder Südpol (0 oder grün) magnetisiert sind. Die Sensoren 104 sind in diesem Beispiel gleichmäßig verteilt, dies ist aber nicht zwingend. Die Position wird von 4 Sensoren 104 erfasst.
Das Ausführungsbeispiel in 4 verwendet dazu eine Scheibe und variiert zur Codierung der Magnetfeldplatte auch noch die Position der Sensoren 104. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Feldrichtung der Pole senkrecht zur Zeichnungsebene ausgerichtet und die Sensoren 104 befinden sich auf einer Platine unter dem Ring. Es ist offensichtlich, dass ein Polrad 102 mit r rastierten Stellungen eine minimale Anzahl von Sensoren 104 braucht, um die Position überhaupt eindeutig auszulesen. Die Anzahl der rastierten Positionen (r) und die der Sensoren (s) müssen die Ungleichung 2^s ≥ n erfüllen, damit jeder rastierten Position genau ein aus den Sensoren 104 beziehungsweise Sensorsignalen gebildetes Datenwort oder Sensorwort entspricht. Mit fünf digitalen Sensoren 104 können also Polräder zwischen 17 und 32 rastierten Positionen ausgelesen werden.
Zu der Forderung, ein eindeutiges Datenwort aus den Sensoren auszulesen, kommt bei sicherheitsrelevanten Produkten auch noch die wichtige Forderung, dass Einzelfehler nicht zu einem gefährlichen Zustand führen können. Als Maß für diese Sicherheit gegen Sensorausfälle kann die Hamming-Distanz als Maß verwendet werden. Für einen Drehsteller leiten sich daraus folgende Anforderungen ab, die von dem Ausführungsbeispiel in 4 umgesetzt werden: Jede rastierte Position muss eindeutig erkennbar beziehungsweise von allen anderen Positionen unterscheidbar sein. Dabei gibt es kein Gedächtnis für eine Position. In ausgeschaltetem Zustand kann der Drehschalter vom Benutzer verdreht werden, ohne dass das vom Sensorsystem oder Drehschalter erkannt wird. Daher macht ein Gedächtnis keinen Sinn. Jede rastierte Stellung muss über die Sensoren 104 als Datenwort so ausgelesen werden können, dass der Ausfall eines einzelnen Sensors nicht dazu führt, dass das Datenwort eine andere gültige Position ergibt. Jede Stellung des Drehschalters wird Datenwort ausgelesen, oder genauer als binäres Codewort mit den Ziffern 0 und 1 ausgelesen.
Betrachtet man beim Polrad oder Codeträger 102 in 4 die magnetischen Zonen ab Sensor 1 (oben) im Uhrzeigersinn und nimmt den Südpol als logische 0, den Nordpol als logische 1, dann lässt sich der Aufbau des Polrades durch die Dualzahl (Polcode) 001110 010101 100110 101100₂ charakterisieren. Darüber hinaus lässt sich durch je eine zyklische Rotation dieser Zahl um je ein Bit (circular shift) ein äquivalenter Polcode erstellen. Sinngemäß ist dies nichts weiter, als wenn das Polrad in 4 um eine rastierte Position gedreht und erneut als Dualzahl ausgelesen wird. Bezogen auf das feste Bezugssystem (auch die Sensoren sind in diesem festen Bezugssystem) ergibt sich eine Folge von Dualzahlen mit 24 Bit Wortbreite:
000011 100101 011001 101011₂
100001 110010 101100 110101₂
110000 111001 010110 011010₂
... (21 weitere Dualzahlen)
Die auf die erste Dualzahl folgenden Dualzahlen sind durch eine zyklische Rotation abgeleitete Zahlen. Die acht Sensoren lesen in jeder rastierten Position des Polrades nur acht Ziffern dieser 24-stelligen Dualzahl aus, durch die Positionierung der Sensoren in 2 sind es: 00110010, 10101111, 10100100, 00011001, 11010111, 01010010, 10001100, 11101011, 00101001, 01000110, 11110101, 10010100, 00100011, 11111010, 01001010, 10010001, 01111101, 00100101, 11001000, 101111101 10010010, 01100100, 0101111, 01001001. Jede dieser 24 Dualzahlen hat die Eigenschaft, dass sie sich von jeder der anderen 23 Zahlen in mindestens zwei Ziffern unterscheidet. Auf einen Sensor 104 oder die acht Sensoren 104 angewendet heißt das, dass ein defekter Sensor 104, der immer nur noch einen Wert senden kann, entweder nicht auffällt, weil sein Signal zufällig dem richtigen Wert entspricht und damit den Wunsch des Bedieners korrekt wiedergibt (schlafender Fehler), oder eine Zahl generiert, die bei korrekter Funktion nie entstehen kann und sich somit als aktiver Fehler enttarnt.
Aus Sicht der funktionalen Sicherheit ist jedoch besonders hervorzuheben, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein einzelner Fehler keine andere, gültig erscheinende Zahl erzeugen kann. Damit ist ein Einzelfehler eines Sensors 104 in einer Stellung entweder nicht wirksam (schlafend, latent) oder sofort erkennbar. Spätestens, wenn der Benutzer den Drehsteller so weit dreht, dass sich der Pol über dem defekten Sensor mit dem schlafenden Fehler die Feldrichtung ändert, wird aus dem schlafenden Fehler ein aktiver (erkennbarer) Fehler.
5 zeigt ein Diagramm eines Rechenaufwands in Bezug zur Anzahl der Sensoren und Codierbereiche eines Sensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem kann es sich um ein mit dem Bezugszeichen 100 versehenes und in den vorangegangenen Figuren 1 bis 4 beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. In einem kartesischen Koordinatensystem sind auf der Abszisse die Anzahl der Sensoren dargestellt. Auf der Ordinate ist die Anzahl der Rechenoperationen dargestellt. Die Kurven repräsentieren verschiedene Sensorsysteme, die sich in der Anzahl der Rasten bzw. in der Anzahl der Codierbereiche unterscheiden. Bei einem Codeträger mit acht Rasten ist die Anzahl der Rechenoperationen beim Einsatz zwischen drei und fünf Sensoren nahezu konstant und geht dann beim Einsatz von sieben Sensoren zurück. Bei einem Codeträger mit zwölf Rasten geht die Anzahl der Rechenoperationen bei einem Einsatz von mehr als sieben Sensoren zurück. Bei einem Codeträger mit mehr als 16 Rasten geht die Anzahl der Rechenoperationen bei einem Einsatz von mehr als neun Sensoren zurück. Bei den weiteren gewählten Ausführungsbeispielen zwischen 20 und 40 Rasten des Codeträgers steigt die notwendige Anzahl von Rechenoperationen zumindest bis zu einem Einsatz von elf Sensoren stetig an.
5 zeigt einen Rechenaufwand abhängig von der Anzahl der Sensoren. Die minimale Anzahl von Sensoren (s) bei für ein Polrad lässt sich aus der Zahl der konstruktiv vorgegebenen Zahl der rastierten Stellungen (r) und der Anzahl (n) der Zustände berechnen, die ein Sensor erfassen kann: s ≥ [ln r / ln n]. Bei einem Polrad mit r = 24 Positionen und Sensoren, die nur 0 und 1 (n = 2) erkennen, müssen mindestens s = 5 Sensoren verwendet werden. Soll der Hamming-Abstand >1 sein, ist der theoretisch maximale Berechnungsaufwand für r rastierte Positionen des Polrades und die Platzierung von s Sensoren etwa von der Ordnung
Dieser Wert setzt sich aus mehreren Faktoren zusammen: Es sind 2^r Varianten des Polrades zu untersuchen, wobei in 1/2·r² Prüfungen untersucht wird, ob die Variante des Polrades geeignet ist. Dabei darf es nicht vorkommen, dass ein Polrad in unterschiedlichen Positionen gleiche Werte ausgibt.
Nimmt man beispielsweise ein Polrad mit r = 4 rastierten Stellungen und ordnet auf dem Polrad die Pole als N-S-N-S an (entspricht 1010₂) dann ist nach zwei Drehungen (180°) wieder das Muster N-S-N-S erreicht und es gibt keine Möglichkeit, die beiden Positionen zu unterscheiden.
Es gibt
Möglichkeiten, s Sensoren rund um ein Polrad mit r Positionen anzuordnen, wobei man mit
Kombinationen auskommen könnte. Für jedes Polrad ist diese Zahl von Anordnungen zu prüfen, ob beim Drehen des Polrades jedes Mal ein anderes Sensormuster entsteht. Dazu sind 1/2·r² Prüfungen je Sensoranordnung nötig. Eine Übersicht über den Rechenaufwand zeigt 5. Die Bildung einer Theorie der Berechnung erlaubt es einerseits, die Zonen auf dem Polrad und Anordnungen von Sensoren in einen Algorithmus zu übertragen, der das systematische Probieren in einen Algorithmus überführt und andererseits, unnötige Probeanordnungen zu überspringen und so den Algorithmus so zu optimieren, dass Lösungen in kurzer Zeit geliefert werden. Aus einer anderen Berechnung lassen sich Obergrenzen ableiten, die angeben, welche Hamming-Distanz mit wie vielen Sensoren möglich ist. 6 zeigt diese oberen Grenzwerte. Spalte n zeigt wieder, wie viele Zustände ein Sensor auswerten kann. Bei digitalen Hall-Sensoren ist n = 2; r ist die vorgegebene Anzahl von Rastungen des Drehstellers und s die Anzahl der verwendeten Sensoren.
6 zeigt eine tabellarische Übersicht von Hamming-Distanzen in Bezug zur Anzahl der Codierbereiche und der Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einer ersten Spalte ist die Anzahl n der möglichen Zustände, die ein Sensor erfassen kann, bzw. die Anzahl unterschiedlicher Codesymbole für die Codierbereiche angegeben. In einer zweiten Spalte ist die Anzahl r der rastierten Stellungen des Codeträgers aufgetragen. In einer dritten Spalte ist die Anzahl s der Sensoren des Sensorsystems dargestellt. In einer vierten Spalte ist eine minimale Hamming-Distanz h_min für die entsprechende Kombination dargestellt. So ergibt sich bei zwei unterschiedlichen Codesymbolen bei acht rastierten Stellungen des Codeträgers und vier Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von zwei, bei acht rastierten Stellungen des Codeträgers und sechs Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von drei, bei acht rastierten Stellungen des Codeträgers und sieben Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von vier, bei 16 rastierten Stellungen des Codeträgers und sieben Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von drei sowie bei 20 rastierten Stellungen des Codeträgers und acht Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von drei. Wenn das Sensorsystem ternäre Sensoren beziehungsweise die Codierbereiche des Codeträgers drei unterschiedliche Codesymbole aufweisen, so ergibt sich bei sechs rastierten Stellungen und fünf Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von vier, bei acht rastierten Stellungen und sieben Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von fünf, bei neun rastierten Stellungen und drei Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von zwei, bei neun rastierten Stellungen und vier Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von drei, bei 18 rastierten Stellungen und fünf Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von drei, bei 18 rastierten Stellungen und sechs Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von vier sowie bei 27 rastierten Stellungen und vier Sensoren eine minimale Hamming-Distanz von zwei.
In einem Ausführungsbeispiel weisen ein eine erste Position des Codeträgers repräsentierendes erstes Sensorwort und ein eine zweite Position des Codeträgers repräsentierendes zweites Sensorwort einen Hamming-Abstand von zumindest zwei, insbesondere einen Hamming-Abstand von zumindest drei auf. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in der Tabelle in 13 ausgeführt.
Aus der Literatur geht hervor, dass ein größerer Hamming-Abstand weitere nützliche Eigenschaften mitbringt:

• Hamming-Abstand 1: Funktion ist sichergestellt, aber nicht fehlertolerant.
• Hamming-Abstand 2: Erkennung von Einfachfehlern.
• Hamming-Abstand 3: Zusätzlich zu Hamming-Abstand 2 können Doppelfehler erkannt, und Einfachfehler korrigiert werden.
• Hamming-Abstand 4: Zusätzlich zu Hamming-Abstand 3 können Dreifachfehler erkannt werden.
• Hamming-Abstand 5: Zusätzlich zu Hamming-Abstand 4 können Vierfachfehler erkannt und Doppelfehler korrigiert werden.

Eine höhere Hamming-Distanz steigert nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Verfügbarkeit, da es möglich ist, sicherheitsrelevante Fehler zu korrigieren. Das System 100 müsste dann nicht sofort abgeschaltet werden, sondern es kann bis zu einem geeigneten Wartungsfenster betrieben werden. Eine Auslegung eines Sensorsystems mit einer höheren Hamming-Distanz ist ohne Weiteres möglich und sinnvoll, erfordert aber weitere Sensoren.
Wenn die digitalen Hallsensoren über einen digitalen Eingang eingelesen werden, gibt es einen weiteren Fall, für den man Vorsorge treffen sollte: Falls alle Sensoren durch einen Einzelfehler gemeinsamer Ursache einen bestimmten Wert haben können, muss auch das erkennbar sein. Wenn beispielsweise alle Sensoren an einer gemeinsamen Versorgungsspannung hängen und ein Kurzschluss nach Masse oder zur Versorgungsspannung eintritt, entspricht der Ausgabewert im oben genannten Beispiel (je nach Auslegung und Fehler) A_Fehler = 0000000 oder A_Fehler = 1111111. Daher sollte eine reguläre Position des Drehstellers nie mit einer Fehlerposition zusammenfallen, sondern vielmehr den gleichen Hamming-Abstand zu diesen Fehlerpositionen halten, wie zu allen anderen Fehlerpositionen auch.
7 zeigt einen Codeträger 102 mit zwei Spuren 106, 720 gleichmäßig verteilter Codierbereiche 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Codeträger 102 handelt es sich um einen Ring, einen Zylinder oder eine Scheibe. Dabei kann es sich bei dem Codeträger 102 um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 bis 4 gezeigten Codeträgers 102 handeln. Neben der Spur 106 ist eine weitere Spur 720 angeordnet, die einen geringen Durchmesser aufweist, sodass die Spur 106 und die weitere Spur 720 nebeneinander angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Codeträger 102 eine weitere Spur 720 mit Codierbereichen 108 neben der Spur 106 mit Codierbereichen 108 auf.
Wie in 7 und 8 gezeigt, weisen in Ausführungsbeispielen die Codeträger 102 beziehungsweise die Polräder mehrere Reihen von Codierbereichen 108 beziehungsweise mehrere Reihen von Polen nebeneinander auf. Ein Versatz zwischen innerem und äußerem Kreis erlaubt es, wie in 8 gezeigt, größere Sensoren versetzt zu platzieren, falls sie sich sonst gegenseitig den Platz auf der Platine wegnehmen würden. Alternativ kann die Verschiebung dazu dienen, Zwischenschritte zu erfassen und die Genauigkeit der Anordnung zu erhöhen.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel werden Trennbereiche zwischen den Codierbereichen eingefügt, beispielsweise Kupfer zwischen benachbarten magnetischen Zonen, um den Fluss des Magnetfeldes zu unterbrechen und einen schärfer begrenzten Übergangsbereich zu schaffen.
Bestimmte Sensortypen erfordern bestimmte montagegerechte Anordnungen. Der optische Sensor in 9 ist als ein transmissiver Typ ausgebildet und kann mit einer rotierenden Scheibe nicht praktikabel bedient werden. Alternativ hierzu bietet es sich an, als Gegenfläche für den optischen Sensor einen geschlitzten Zylinder zu verwenden, der mit seinen Schlitzen und verbliebenen Mantelflächen die 0 oder 1 abbildet.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren derart um den oder angrenzend an den Codeträger 102 angeordnet, sodass für sie ein Halbkreis ausreicht. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Scrollrad realisieren, welches seitlich aus dem Gehäuse herausragt und so bedienbar ist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist beispielsweise in 3 dargestellt.
In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen werden andere berührungslose Prinzipien verwendet, insbesondere optisch, induktiv, kapazitiv. Alternativ oder ergänzend wird statt einer Scheibe eine zylindrische Form des Codeträgers verwendet, wobei die Zonen oder Codierbereiche auf der Mantelfläche angeordnet sind. Wickelt man in einem Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Polrad ab, ist auch ein linearer Geber möglich. Wickelt man in einem Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Polrad ab und auf eine Schnecke auf, so können auch Drehungen von mehr als 360° absolut erfasst werden.
8 zeigt einen Codeträger 102 mit zwei Spuren 106, 720 gleichmäßig verteilter Codierbereiche 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 8 entspricht weitgehend der Darstellung des Codeträgers 102 in 7 mit dem Unterschied, dass die Codierbereiche 108 der weiteren Spur 720 versetzt zu den Codierbereichen der Spur 106 angeordnet sind, wobei die Codierbereiche 108 um die halbe Breite eines Codierbereichs 108 verdreht sind.
So weist der Codeträger 102 in einem Ausführungsbeispiel eine weitere Spur 720 mit Codierbereichen 108 neben der Spur 106 mit Codierbereichen 108 auf, wobei die Codierbereiche 108 der weiteren Spur 720 versetzt zu den Codierbereichen 108 der Spur 106 angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Codeträger 102 zumindest einen zusätzlichen Codierbereich 108 auf, um eine Zwischenposition zu erkennen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Codeträger 102 ausgebildet, in einer Mehrzahl von Positionen mechanisch einzurasten. Dabei kann die Mehrzahl der Positionen der Anzahl der Codierbereiche 108 der Spur 106 oder der Anzahl der Codierbereiche der Spur 106 und der weiteren Spur 720 zusammen entsprechen.
9 zeigt einen optischen Sensor 104 für ein Sensorsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 bis 4 gezeigten Sensorsystems handeln. Bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 104 als ein optischer Koppler 104 ausgebildet, der nach dem Durchlichtprinzip arbeitet. Dieser kann mit einem Codeträger kombiniert werden, dessen Codesymbole als Codierbereiche unterschiedlicher Transmissivität ausgebildet sind.
10 zeigt eine tabellarische Übersicht über eine Mindestanzahl von Sensoren bei gegebener Anzahl von Codierbereichen für ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einer ersten Spalte der Tabelle ist eine Anzahl von Rasten oder Zonen p eines Codeträgers und in einer zweiten Spalte die Mindestanzahl an Sensoren s angegeben, um eine Hamming-Distanz von zumindest 2 für die von den Sensoren ermittelbaren Sensorworte zu erzielen. Bei einem Polrad oder Codeträger mit vier bis sieben Rasten sind zumindest drei Sensoren erforderlich, bei acht bis fünfzehn Rasten sind zumindest vier Sensoren sowie bei sechzehn bis einunddreißig Rasten zumindest fünf Sensoren erforderlich.
Das in 10 gezeigte Ausführungsbeispiel betrifft eine Drehpositionserfassung. Ein wichtiges Merkmal der Drehpositionserfassung, die für sicherheitsrelevante Anwendungen eingesetzt ist bei Anwendung in einem Drehschalter, dass ein Bediener eine eindeutige Rückmeldung über eine eindeutige Position erhält, beispielsweise haptisch (Rastierung), visuell (Beschriftung, Skalen) oder akustisch (knacken, Schnappscheibe). In allen anderen Anwendungen (außer Drehstellern) werden die Positionen quantisiert, sodass die Ausgabe der Position in (nahezu beliebig klein wählbaren) Intervallen erfolgt. Dabei wird in jeder Position der Drehpositionssensorik beziehungsweise des Codeträgers relativ zu den Sensoren, die Position von der Steuerung eindeutig erkannt. Ein Ausfall der gesamten Sensorik durch eine gemeinsame Ursache (beispielsweise Stromversorgung der Sensoren) ist für die nachgeordnete Steuerlogik erkennbar. Ein Ausfall eines einzelnen Sensorelementes muss erkennbar sein. So führt der Ausfall eines einzelnen Sensorelementes keinesfalls zu einer unentdeckbaren falschen Ausgabe.
11 zeigt eine tabellarische Übersicht über ein Sensorsystem, Codesymbole der Codierbereiche, Anordnung der Sensoren und Sensorausgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem kann es sich um ein in den Figuren 1 bis 4 gezeigtes Sensorsystem 100 handeln. In einer ersten Zeile der Tabelle ist eine Position bzw. ein Index der Codierbereiche des Codeträgers des Sensorsystems und in einer zweiten Zeile eine entsprechende Magnetisierung bzw. Polfolge, wobei ein S einen Südpol und ein N einen Nordpol repräsentiert. In einer dritten Zeile ist die Position von sechs Sensoren A bis G und in einer vierten Zeile eine entsprechende Ausgabe der Sensoren dargestellt. In der letzten Spalte der Tabelle wird eine Zusammenfassung in einer binären Darstellung angezeigt.
Die Tabelle in 11 beschreibt ein Ausführungsbeispiel mit einem Codeträger mit 20 Rasten. Ein hierzu passendes Ausführungsbeispiel ist in 15 dargestellt. Die Polfolge der Codierbereiche ist SSSS SSSN SSSN SNSS NNNN oder in einer binären Schreibweise 0000 0001 0001 0100 1111. Der erste Sensor A ist an Position 1, der zweite Sensor B ist an Position 2, der dritte Sensor C ist an Position 4, der vierte Sensor D ist an Position 10, der fünfte Sensor E ist an Position 12, der sechste Sensor F ist an Position 13 und der siebte Sensor G ist an Position 15 angeordnet. Somit ergibt sich eine Abfolge der Sensorsignale bzw. als Sensorwort 0000100. Ein Ausführungsbeispiel eines hierzu passenden Sensorsystems 100 ist in 12 dargestellt.
Die erste Zeile »Position« zeigt eine Nummerierung der magnetischen Zonen, die zweite Zeile »Polfolge« die Abfolge der Pole auf dem Polrad, die dritte Zeile »Sensoren« die Lage der sieben Sensoren A bis G in der betrachteten Stellung relativ zu den Polen des Polrades und die vierte Zeile »Ausgabe« das, was die Sensoren in der gezeigten Stellung an eine Logikeinheit ausgeben würden. Wie leicht zu sehen ist, kann man die zweite Zeile (Pole) und die dritte Zeile (Sensoren) in die Dualzahlen P und S umschreiben, die das Sensorsystem charakterisieren:
P₀₁: 0000 0001 0001 0100 1111
S₀₁: 1101 0000 0101 1010 0000
Wie weiterhin leicht einzusehen ist, könnte das Polrad um eine Zone gegen den Uhrzeigersinn weitergedreht werden bzw. zwischen den Zonen 01 und 02 aufgeschnitten werden. Dadurch würde man für P eine neue Zahl erhalten. Dies ist so, als würde die Zahl P um ein Bit nach rechts und rotieren (circular shift) und man erhält für P eine neue Darstellung:
P₀₂: 0000 0010 0010 1001 1110
Genau gleichwertig ist es, wenn man in 11 erst ab Position 2 beginnt, die Polfolge des Polrades auszulesen. Insgesamt lässt sich die Drehung so oft ausführen, wie das Polrad Zonen hat. Das erste Kriterium, auf das man hier achten sollte, ist das für alle P_m ≠ P_n für 1 ≤ m,n ≤ 20 und m ≠ n gilt, denn sonst wären wenigstens zwei Dualzahlen P gleich. Damit kann der Drehsteller zwei unterschiedliche Positionen annehmen, die sich aber beim Auslesen mit keiner Sensoranordnung unterscheiden lassen.
In einem weiteren Schritt kann man auch die Anordnung der Sensoren zyklisch rotieren lassen. So würde beispielsweise durch Rotation aller Sensoren um eine Zone das Sensorwort S₀₂: 0110 1000 0010 1101 0000 entstehen. Auch hier ist offensichtlich, dass es in der mathematischen Beschreibung einen Unterschied gibt, obwohl physikalisch jeweils die gleiche Anordnung vorliegt.
Es ist weiterhin möglich, alle Werte von P₀₁...P₂₀ zu invertieren und daraus ein neues Muster für die Polanordnung abzuleiten. Egal welches Polrad P₀₁...P₂₀ mit welcher Sensoranordnung S₀₁...S₂₀ kombiniert wird, ist das Ergebnis ein und dasselbe Polrad. In einem systematischen Prozess wird nun eine der Sensoranordnungen S₀₁...S₂₀ mit jeder Polradstellung P₀₁...P₂₀ kombiniert und geprüft, welche Werte die Sensoren ausgeben würden. Ausgehend von Tabelle 6 würde die dort gezeigte Stellung des Polrades über die Sensoren zu folgender Ausgabe führen: P₀₁ ^ S₀₁ -> A₀₁: 0000100 P₀₂ ^ S₀₁ -> A₀₂: 0000010
Wenn man eine Kombination von Polrad und Sensoranordnung findet, die für jede Stellung des Polrades einen anderen Wert liefert, dann hat man die Funktion des Systems sichergestellt. Wenn das System nicht nur funktionieren, sondern auch sicher sein soll, dann ist eine weitere Bedingung an die Lösung zu stellen: Jeder Wert von A₀₁...A₂₀ muss sich von jedem anderen Wert in mindestens zwei Bit unterscheiden, damit Einfachfehler aufgedeckt werden können. Sollten sich zwei Werte von A₀₁...A₂₀ in nur einem Bit unterscheiden, so kann der Defekt eines Sensors (beispielsweise Kurzschluss nach Masse oder Kurzschluss nach Plus) dazu führen, dass die Logik eine andere Position des Drehstellers erkennt, als der Drehsteller tatsächlich eingenommen hat. Dieser Abstand von zwei Ausgaben ist auch als Hamming-Abstand (hier: Hamming-Abstand mindestens 2) bekannt.
12 zeigt ein Sensorsystem 100 mit einer Anordnung von Sensoren 104 auf einem Halbkreis gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 1 bis 4 beschriebenen Sensorsystems 100 handeln. Der Codeträger 102 umfasst 24 Rasten mit einem Index 118 von „01“ bis „24“. Somit umfasst der Codeträger 102 24 Codierbereiche 108 mit je einem Codesymbol 110. Dabei weist der Codeträger 102 zwei voneinander verschiedene Codesymbole 110 auf: „0“, „1“. Das Sensorsystem 100 umfasst sieben Sensoren 104, die mit Buchstaben „A“ bis „H“ gekennzeichnet sind. Die Sensoren 1094 sind angeordnet an den Codierbereichen mit dem Index 118 in einer Grundstellung: 14, 16, 17, 18, 19, 22, 23, 24. Die Codesymbole 110 des Codeträgers 102 ergeben in einer binären Darstellung 0000 0000 1011 0011 1001 0111. In der Tabelle in 13 sind die sich aus den Sensorsignalen der Sensoren 104 ergebenden Sensorworte für eine Umdrehung des Codeträgers 102 dargestellt.
Die Sensoren 104 liegen in dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Seite, wobei dies für Scrollräder besonders günstig ist, da hier die Sensorik im Gehäuse verbleiben kann, während das Scrollrad aus dem Gehäuse herausragt und in diesem Teil keinerlei Sensorik benötigt. Das Polrad 102 hat Zonen für 24 Rastierungen bzw. 24 Rasten. Die Stellung des Polrades 102 kann mit nur acht Sensoren 104 eindeutig erfasst werden. Jede Position wird mit einem Hamming-Abstand von zwei erfasst, der Defekt eines einzelnen Sensors 104 kann so zuverlässig erkannt werden. Es gibt keine Position, bei der alle Sensoren 104 den gleichen Wert (alle 0 oder alle 1) ausgeben können. In jeder Position des Codeträgers 102 beziehungsweise des Polrades 102 sind mindestens zwei Sensoren 104 aktiv und mindestens zwei Sensoren 104 inaktiv. Dadurch können zuverlässig weitere Fehler erkannt werden, insbesondere starke Streufelder als Gleichtaktfehler, beispielsweise durch einen starken externen Magneten über der Sensorik, der alle Sensoren 104 gleichzeitig schaltet. Somit wird ein Fehler durch Unterbrechung der Stromversorgung an den Sensoren 104, das heißt alle Sensoren deaktiviert, sowie ein Verlust des Polrades 102 detektiert.
Die folgende 13 zeigt, welche Werte die Sensoren 104 in den 24 rastierten Positionen ausgeben, wenn das Polrad 102 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Die erste, dritte und fünfte Spalte geben die Anzahl der Drehungen an, D = O entspricht der Ausgangsposition in 12.
13 zeigt eine tabellarische Übersicht von Sensorworten 114 eines Sensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 12 dargestellten Sensorsystems 100 handeln. In der zweiten, vierten und sechsten Spalte sind Sensorworte dargestellt, die sich ergeben, wenn der Codeträger eines Sensorsystems um eine Raste im Uhrzeigersinn weitergedreht wird. In der ersten, dritten und fünften Spalte ist eine fortlaufende Position beziehungsweise Positionsnummer dargestellt.
So ergibt sich in der in 12 dargestellten Ausgangsposition „0“ ein Sensorwort „01100111“. Für jede folgende Position wird der in 12 dargestellte Codeträger 102 des Sensorsystems 100 um eine Raste oder um einen Codierbereich im Uhrzeigersinn gedreht, dann ergibt sich in Position „1“ als Sensorwort „01110011“, in Position „2“ als Sensorwort „10111101“, in Position „3“ als Sensorwort „10011010“, in Position „4“ als Sensorwort „01001001“, in Position „5“ als Sensorwort „11100100“, in Position „6“ als Sensorwort „00110110“, in Position „7“ als Sensorwort „01011111“, in Position „8“ als Sensorwort „00101011“, in Position „9“ als Sensorwort „00010001“, in Position „10“ als Sensorwort „00001100“, in Position „11“ als Sensorwort „00000110“, in Position „12“ als Sensorwort „00000011“, in Position „13“ als Sensorwort „00000101“, in Position „14“ als Sensorwort „10000010“, in Position „15“ als Sensorwort „10000001“, in Position „16“ als Sensorwort „11000000“, in Position „17“ als Sensorwort „01100000“, in Position „18“ als Sensorwort „11110000“, in Position „19“ als Sensorwort „00111000“, in Position „20“ als Sensorwort „01011000“, in Position „21“ als Sensorwort „10101000“, in Position „22“ als Sensorwort „10010100“ und in Position „23“ als Sensorwort „11001110“. Im Unterschied zu einem Gray-Code unterscheiden sich benachbarte Codewörter in zumindest zwei dualen Ziffern. Die Hamming-Distanz aller benachbarten Codewörter ist somit zumindest 2.
13 zeigt zu einem Codewort zusammengefasste Ausgabe der Sensoren A ... H des in 12 gezeigten Ausführungsbeispiels. Die Werte in den zweiten, vierten und sechsten Spalten »Ausgabe« entstehen, wenn das Polrad in einer rastierten Position steht und digitale Sensoren mit 0|1 ausgelesen werden. Die ausgelesenen Dualzahlen haben untereinander jeweils einen Hamming-Abstand von mindestens zwei, das heißt, egal, welche zwei beliebig gewählten Positionen man miteinander vergleicht, sind mindestens zwei Stellen verschieden. Der Ausfall eines Sensors könnte daher nicht dazu führen, dass die gewählte Position mit einer anderen gültigen Position verwechselt werden kann.
14 zeigt ein Sensorsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4, beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. Das Sensorsystem 100 umfasst einen ringförmigen Codeträger 102 mit zwölf Codierbereichen 108, die eine positive oder negative Magnetisierung als Codesymbol aufweisen sowie vier Sensoren 104. Bei den Sensoren 104 kann es sich in einem Ausführungsbeispiel um Hall-Sensoren handeln. Die Codierbereiche weisen eine Polfolge von NNSN SSNN SNSS auf. Der Codeträger 102 ist um eine Achse in zwei Richtungen drehbar.
Das in 14 gezeigte Ausführungsbeispiel sowie die in den anderen Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen die der Erfindung zugrunde liegende Idee und verschiedene Aspekte hiervon. Das Sensorsystem 100 umfasst einen Codierungsträger 102 (»Polrad«) in Form einer Scheibe oder eines Zylinders als passiver, beweglicher Bestandteil und einzelne Sensoren 104, wobei der Codierungsträger 102 eine Codierung zur absoluten Positionserfassung enthält. Dabei lässt sich die Codierung gleichmäßigen Zonen 108 (Bereichen, Codierungsbereichen 108) auf dem Codierungsträger 102 zuordnen. Die Codierungsbereiche 108 beziehungsweise Zonen 108 tragen die Codierung durch differenzierbare physikalische Eigenschaften.
Für das Sensorsystem 100 beziehungsweise der Codierungsträger 102 sind eine vorgegebene Anzahl von eindeutigen Positionen festgelegt (Rastierung). Dabei wird kein Gedächtnis für vorhergegangene Stellungen benötigt, dies kann aber Teil des Sensorsystems 100 sein. Das Sensorsystem 100 umfasst Sensoren 104 zur Erfassung des beweglichen Codierungsträgers 102. Die Ausgabe der Position des Codierungsträgers 102 durch Kombination der einzelnen Sensorwerte kann als Zahl, Codewort oder Sensorwort aufgefasst werden, die zur weiteren Verarbeitung in einem nachgeordneten System genutzt wird. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine besondere Abfolge der Zonen 108 auf dem Codierungsträger 102 bei gleichzeitig einer besonderen Anordnung der Sensoren 104, die gemeinsam eine eindeutige Auslesung eines Codeworts auch dann erlaubt, wenn einer oder mehrere der Sensoren 104 ausgefallen sind, wobei in einer Ausführung in jeder rastierten Position des Codierungsträgers 102 ein eindeutiges, mit anderen unverwechselbares Codewort über die Sensoren erfasst wird.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Codierung in einer oder, wie in 7 und 8 beispielhaft gezeigt, auch mehreren Spuren auf die Scheibe aufgebracht. Dabei erfolgt die Codierung in Form von Codesymbolen, die den Codierbereichen 108 zugeordnet sind. Wie in 8 beispielhaft gezeigt ist in einem Ausführungsbeispiel die Codierung in mehreren Spuren versetzt auf die Scheibe aufgebracht, insbesondere um eine höhere Auflösung zu erzielen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Scheibe beziehungsweise der Codeträger 102 noch eine weitere Codierung oder auch Lücken auf, damit eine Steuerung erkennen kann, dass der Benutzer den Drehsteller in einer unzulässigen Zwischenposition hält.
In einigen der gezeigten Ausführungsbeispiele wird die der Erfindung zugrunde liegende Idee anhand eines Codeträgers 102 mit magnetischer Codierung insbesondere durch Magneten oder einer magnetischen Platte mit Bereichen unterschiedlicher Magnetisierung gezeigt. Dies wird vorteilhaft umgesetzt in Verbindung mit Sensoren 104, die nach dem Prinzip des Hall-Effekts erfassen, und die Codierung aus einer Kombination von Nordpol (N), Südpol (S) oder feldfreien Zonen (0) darstellen, beispielsweise als N|S, N|O, S|O und insbesondere auch als ternärer Sensor mit N|S|0. In alternativen, nicht gezeigten, Ausführungsbeispielen umfasst das Sensorsystem eine induktive Sensorik, die im Wesentlichen aus einer Induktivität, insbesondere als Spule oder einer mäanderförmig gewundenen Struktur auf einer Leiterplatte besteht und einem Gegenstück, aus Lücken und Materialien unterschiedlicher Permeabilität zusammengesetzt ist, um zwei oder mehrere diskrete Ausgangszustände zu repräsentieren. Alternativ oder ergänzend umfasst das Sensorsystem eine kapazitive Sensorik, deren Gegenstück ein Dielektrikum ist, und durch Lücken oder Dielektrika mit verschiedenen Permittivitätszahlen gekennzeichnet ist, um zwei oder mehrere verschiedene Zonen darzustellen. In einem alternativen oder ergänzenden Ausführungsbeispiel umfasst das Sensorsystem einen optischen Koppler nach dem Durchlicht-Prinzip in Verbindung mit einem Codierungsträger, der Zonen mit unterschiedlicher Transmissivität oder Polarisation aufweist und zusätzlich oder alternativ einen optischen Koppler für Auflicht (Opto-Reflex-Koppler) und Zonen mit unterschiedlicher Reflexivität oder Ausnutzung von Polarisation. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen weist ein Codierungsbereich zwei oder mehr als zwei Zuständen je Zone auf, insbesondere wenn ein Zustand durch eine Lücke repräsentiert wird, sodass mehr als nur die Zustände 0/1 je Sensor erfasst werden können.
In einem Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise in 19 dargestellt, sind die Codierungsbereiche des Codeträgers nicht über einen Vollkreis (360°) verteilt, sondern über einen eingeschränkten Winkelbereich, insbesondere zur Anwendung in Hebeln und Lenkstockschaltern. Dies wird optional kombiniert mit einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Drehbewegung durch Anschläge auf 360° oder weniger eingeschränkt wird. Alternativ oder ergänzend zu den beschriebenen berührungslosen Sensorsystemen sind in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel auch berührende Kontakte, z. B. Schleifer, vorgesehen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind anpassbar und anwendbar auf einen Linearweggeber nach dem gleichen Prinzip oder einen Geber auf Schnecken für absolute Drehwinkel > 360°.
Um die Sicherheit, insbesondere die funktionale Sicherheit zu erhöhen, werden in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel zwei verschiedene Sensorsysteme (beispielsweise optisch und magnetisch) kombiniert, um die Ausfallwahrscheinlichkeit bei Gleichtaktstörungen (beispielsweise magnetische Störfelder) zu reduzieren.
15 zeigt ein Sensorsystem 100 mit 24 Rastungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4 oder 12, beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. Im Unterschied zu 12 ist die Codefolge 0000 0001 0001 0100 1111 für die Codierbereiche 108. Die Sensoren 104 sind an den Positionen „01“, „02“, „04“, „10“, „12“, „13“ sowie „15“ angeordnet. Somit ergibt sich in der Ausgangsstellung wie dargestellt ein Sensorwort 0000100, wenn die Sensorsignale der Sensoren 104 entsprechend ihrer Position mit aufsteigendem Index zu einem Sensorwort zusammengefasst werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur zu definieren, mit der Sensorsysteme 100 entsprechend ausgelegt werden können. Die folgende Beschreibung zeigt, wie man für einen Drehpositionssensor systematisch und vorteilhaft eine Anordnung finden kann, die die Anforderungen der Sicherheitstechnik erfüllen. 15 zeigt beispielhaft, wie ein System 100 zur Positionserfassung mit einem magnetischen Polrad 102 und digitalen Hallsensoren 104 aufgebaut werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel werden die beiden magnetischen Pole verwendet und es wird angenommen, dass die Hallsensoren 104 eine logische „1“ zeigen, wenn ein Nordpol und eine „0“, wenn ein Südpol über ihnen steht. Das Polrad 102 ist so aufgebaut, dass es gleichmäßig in verschiedene magnetische Zonen 108 aufgeteilt ist, die ihrerseits als nord- oder südmagnetisch sind. Um die Position des Polrades 102 zu erfassen, kann man in der Anordnung nach 15 bis zu 20 Sensoren 104 unterbringen, also so viele, wie das Polrad 102 Zonen 108 hat. Ziel ist es jedoch, mit so wenig Sensoren 104 wie möglich auszukommen und trotzdem über die Ausgaben der Sensoren beziehungsweise Sensorsignale die Stellung des Polrades 102 eindeutig zu erkennen. Es ist leicht einzusehen, dass es eine Untergrenze für die Anzahl der benötigten Sensoren 104 gibt. Für ein Polrad 102 mit p Zonen 108 sind mindestens s ≥ [ln(p) / ln(2)] Sensoren 104 einplanen, um überhaupt eine eindeutige Position auslesen zu können, wie 10 zeigt. Schneidet man das Polrad 102 nach 15 zwischen den Zonen 24 und 01 auf, wickelt es ab und notiert die Abfolge der Zonen, so erhält man die in 11 dargestellte Sensorsignale.
15 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Polrad 102 mit r = 20 Rastungen und s = 7 Sensoren 104, wobei jeweils eine Hamming-Distanz von zwei zwischen jeder Position besteht. Hier wurde kein spezielles Sensorprinzip gewählt, die Scheibe 102 könnte beispielsweise optisch abgetastet werden.
16 zeigt eine tabellarische Übersicht von Sensorworten eines Sensorsystems 100 mit vier ternären Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4 oder 12, beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. Bei dem Sensorsystem kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 17 dargestellten Sensorsystems 100 mit ternären Sensoren handeln. In der zweiten, vierten und sechsten Spalte sind Sensorworte dargestellt, die sich ergeben, wenn der Codeträger eines Sensorsystems um eine Raste im Uhrzeigersinn weitergedreht wird. In der ersten, dritten und fünften Spalte ist eine fortlaufende Position beziehungsweise Positionsnummer dargestellt.
So ergibt sich in der in 17 dargestellten Ausgangsposition „0“ ein Sensorwort „2022“. Für jede folgende Position wird der in 12 dargestellte Codeträger 102 des Sensorsystems 100 um eine Raste oder um einen Codierbereich im Uhrzeigersinn gedreht, dann ergibt sich in Position „1“ als Sensorwort „0220“, in Position „2“ als Sensorwort „2200“, in Position „3“ als Sensorwort „2001“, in Position „4“ als Sensorwort „0011“, in Position „5“ als Sensorwort „0110“, in Position „6“ als Sensorwort „1101“, in Position „7“ als Sensorwort „1012“, in Position „8“ als Sensorwort „0121“, in Position „9“ als Sensorwort „1210“, in Position „10“ als Sensorwort „2102“, in Position „11“ als Sensorwort „1021“, in Position „12“ als Sensorwort „0212“, in Position „13“ als Sensorwort „2120“ und in Position „14“ als Sensorwort „1202“. Die Hamming-Distanz aller Codewörter ist somit zumindest 2.
16 zeigt zu einem Codewort zusammengefasste Ausgabe der Sensoren A...D des in 17 gezeigten Ausführungsbeispiels mit ternären Sensoren und drei möglichen Codesymbolen je Codierungsbereich des Codeträgers. Die Werte in den Spalten »Ausgabe«, das heißt der zweiten, vierten und sechsten Spalte, entstehen, wenn das Polrad in einer rastierten Position steht und digitale Sensoren mit 0|1|2 ausgelesen werden. Die ausgelesenen Zahlen haben untereinander jeweils einen Hamming-Abstand von mindestens zwei, das heißt, egal welche zwei beliebig gewählten Positionen man miteinander vergleicht, sind mindestens zwei Stellen verschieden. Der Ausfall eines Sensors führt daher nicht dazu, dass die gewählte Position mit einer anderen gültigen Position verwechselt wird.
17 zeigt ein Sensorsystem mit einem Codeträger mit drei verschiedenen Codesymbolen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4 oder 12, beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. Die nicht schraffierten Codierbereiche 108 entsprechen keiner Polarität oder dem Codesymbol 0, die einfach schraffierten Codierbereiche 108 entsprechen einem Nordpol oder dem Codesymbol 1 und die gekreuzt schraffierten Bereiche entsprechen einem Südpol oder dem Codesymbol 2. Ausgehend von einem ersten Sensor 104 mit A gekennzeichnet und an der ersten Index-Position angeordnet, sind drei weitere Sensoren 104, die mit „B“, „C“, „D“ gekennzeichnet sind, an den benachbarten Index-Positionen angeordnet. Die sich aus diesem Ausführungsbeispiel ergebenden Sensorworte sind in einer Tabelle in 16 dargestellt.
In dem in 17 gezeigten Ausführungsbeispiel weist ein Codierbereich 108 eines von drei verschiedenen Codesymbolen auf und die Sensoren 104 sind ausgebildet, diese drei Codesymbole voneinander zu unterscheiden. So zeigt 17 eine Ausführungsform mit 15 rastierten Positionen, wenn die Sensoren drei Zustände erfassen können, beispielsweise analoge Hall-Sensoren. Die Zonen beziehungsweise Codierbereiche 108 können beliebig belegt werden. Wenn die Zonen wie im Bild beschrieben belegt beziehungsweise codiert sind, dann liefern die Sensoren 104 je nach Stellung des Polrades die in 16 gezeigten Ausgaben. Jede Ausgabe enthält mindestens zwei unterschiedliche Werte, sodass ein Sensorausfall (Ausgabe 0000) sowohl von einem defekten Sensor 104 als auch von einem einzelnen defekten Sensor 104 unterschieden werden kann.
18 zeigt einen zylindrischen Codeträger 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Codeträger 102 kann es sich um einen Codeträger eines in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4, beschriebenen Sensorsystems 100 handeln. Bei einem flach ausgebildeten Ring als Codeträger 102 oder einer Scheibe ist eine Anordnung der Sensoren parallel zur Rotationsachse als eine günstige Anordnung zu betrachten. Durch das in 18 gezeigte Ausführungsbeispiel des Codeträgers 102 in einer zylindrischen Form ist eine Anordnung der Sensoren in radiale Richtung als bevorzugte Anordnung für die Sensoren vorgesehen.
In dem Ausführungsbeispiel ist der Codierungsträger 102 als ein Ring oder als ein Zylinder statt einer Scheibe ausgebildet. Diese Form bietet sich insbesondere für die Verwendung mit optischen Sensoren nach dem Durchlichtprinzip an.
19 zeigt ein Sensorsystem 100 mit eingeschränktem Bewegungsbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem 100 kann es sich um ein in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4, beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. Dabei sind Codierbereiche 108 nur in einem Kreissegment oder einem Teilabschnitt eines Rings oder einer Scheibe angeordnet. Das Sensorsystem 100 ist Teil eines Lenkstockhebels 1930. Der Lenkstockhebel 1930 umfasst einen Träger 1932, der mit dem Codeträger 102 verbunden ist. Neben dem Codeträger 102 sind Sensoren 104 angeordnet. Über einen mit dem Träger 1932 und über den Träger 1932 mit dem Codeträger 102 verbundenen Griff 1934 ist der Codeträger 102 in einer Bahn entlang der Sensoren 104 bewegbar, wobei das Sensorsystem 100 ausgebildet ist, die absolute Position des Lenkstockhebels 1930 beziehungsweise des Griffs 1934 zu erfassen oder zu bestimmen.
19 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Lenkstockhebel mit Träger 1932, Zone 108 auf dem Codierungsträger 102, Sensor 104 und Griff 1934 für den Bediener. Die Aufteilung der Zonen 108 ist nicht als Beispiel zu verstehen.
20 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 2000 zur Positionsbestimmung eines Codeträgers eines Sensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sensorsystem kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in den vorangegangenen Figuren, insbesondere 1 bis 4, beschriebenes Sensorsystem 100 handeln. Das Sensorsystem umfasst einen Codeträger, der relativ zu einer Mehrzahl von Sensoren des Sensorsystems bewegbar ist, wobei der Codeträger eine Vielzahl in einer Spur gleichmäßig verteilter Codierbereiche gleicher Größe aufweist, wobei jeder Codierbereich ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen aufweist, wobei jeder Sensor der Mehrzahl von Sensoren derart angeordnet ist, dass je Sensor ein Codesymbol eines Codierbereiches auslesbar und als Sensorsignal bereitstellbar ist, wobei ein Sensorwort aus den Sensorsignalen der Mehrzahl von Sensoren bildbar ist, wobei die Vielzahl der Codierbereiche und die Mehrzahl der Sensoren derart angeordnet sind, dass ein eine erste Position des Codeträgers repräsentierendes erstes Sensorwort und ein eine zweite Position des Codeträgers repräsentierendes zweites Sensorwort in mehr als einem Codesymbol verschieden sind. Das Verfahren 2000 umfasst einen Schritt 2010 des Einlesens einer Mehrzahl von Sensorsignalen und/oder eines Sensorworts, wobei der Codeträger in einer Position ist sowie einen Schritt 2020 des Auswertens der Mehrzahl von Sensorsignalen und/oder des Sensorworts, um die Position des Codeträgers zu bestimmen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Sensorsystem
102: Codeträger
104: Sensor
106: Spur
108: Codierbereich
110: Codesymbol
112: Sensorsignal
114: Sensorwort
116: Sensorstatus
118: Index, Position
720: weitere Spur
1930: Lenkstockhebel
1932: Träger
1934: Griff
2000: Verfahren
2010: Schritt des Einlesens
2020: Schritt des Auswertens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10057662 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 26262 [0024]
IEC 61508 [0024]

Claims

Sensorsystem (100) mit einem Codeträger (102) und einer Mehrzahl von Sensoren (104), wobei der Codeträger (102) relativ zur Mehrzahl von Sensoren (104) bewegbar ist, wobei der Codeträger (102) eine Vielzahl in einer Spur (106) verteilter Codierbereiche (108) aufweist, wobei jeder Codierbereich (108) ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen (110) aufweist, wobei jeder Sensor (104) der Mehrzahl von Sensoren (104) derart angeordnet ist, dass je Sensor (104) ein Codesymbol (110) eines Codierbereiches (108) auslesbar und als Sensorsignal (112) bereitstellbar ist, wobei ein Sensorwort (114) aus den Sensorsignalen (112) der Mehrzahl von Sensoren (104) bildbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Codierbereiche (108) und die Mehrzahl der Sensoren (104) derart angeordnet sind, dass ein eine erste Position des Codeträgers (102) repräsentierendes erstes Sensorwort (114) und ein eine zweite Position des Codeträgers (102) repräsentierendes zweites Sensorwort (114) in mehr als einem Codesymbol (110) verschieden sind.
Sensorsystem (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (102) als eine Scheibe und/oder ein Zylinder und/oder ein Ring und/oder ein Rotationskörper ausgebildet ist.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (102) eine weitere Spur (720) mit Codierbereichen (108) neben der Spur (106) mit Codierbereichen (108) aufweist und/oder der Codeträger (102) eine weitere Spur (720) mit Codierbereichen (108) neben der Spur (106) mit Codierbereichen (108) aufweist, wobei die Codierbereiche (108) der weiteren Spur (720) versetzt zu den Codierbereichen (108) der Spur (106) angeordnet sind.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierbereiche (108) eine Magnetisierung aufweisen, wobei eine Polung der Magnetisierung ein Codesymbol (110) repräsentiert.
Sensorsystem (100) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Sensoren (104) ausgebildet ist, das Codesymbol (110) unter Ausnutzung des Hall-Effekts zu erfassen, um eine Magnetisierung eines Codierbereichs (108) und/oder einen feldfreien Codierbereich (108) zu bestimmen.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Sensoren (104) als induktive Sensoren ausgebildet sind und/oder die Mehrzahl der Sensoren (104) als kapazitive Sensoren ausgebildet sind und/oder die Mehrzahl der Sensoren (104) als optische Koppler ausgebildet sind, insbesondere wobei der optische Koppler als Opto-Reflex-Koppler und/oder als optischer Koppler nach dem Durchlichtprinzip ausgebildet ist.
Sensorsystem (100) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Sensoren (104) ausgebildet ist, zumindest drei Codesymbole (110) unterscheidbar zu erfassen.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierbereiche (108) in einem Vollkreis und/oder einem Teilabschnitt des Codeträgers (102) angeordnet sind.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (102) um eine Achse rotierbar ist, insbesondere wobei eine Drehbewegung des Codeträgers (102) durch einen Anschlag begrenzt ist.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Sensoren (104) je als ein elektrischer Kontakt ausgebildet sind, wobei das Codesymbol (110) je als ein elektrisch leitender Codierbereich (108) und/oder als ein elektrisch isolierender Codierbereich (108) ausgebildet ist.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (102) als ein Linearweggeber und/oder als eine Schnecke ausgebildet ist.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, welches ausgebildet ist, die Sensorsignale (112) und/oder das Sensorwort (114) zu empfangen und auszuwerten, um eine Position des Codeträgers (102) in Bezug zu den Sensoren (104) zu bestimmen.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine erste Position des Codeträgers (102) repräsentierende erste Sensorwort (114) und das eine zweite Position des Codeträgers (102) repräsentierende zweite Sensorwort (114) einen Hamming-Abstand von zumindest zwei, insbesondere einen Hamming-Abstand von zumindest drei aufweisen.
Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (102) zumindest einen zusätzlichen Codierbereich aufweist, um eine Zwischenposition zu erkennen und/oder der Codeträger (102) ausgebildet ist, in einer Mehrzahl von Positionen mechanisch einzurasten.
Verfahren (2000) zur Positionsbestimmung eines Codeträgers (102) eines Sensorsystems (100), wobei ein Codeträger (102) des Sensorsystems (100) relativ zu einer Mehrzahl von Sensoren (104) des Sensorsystems (100) bewegbar ist, wobei der Codeträger (102) eine Vielzahl in einer Spur (106) verteilter Codierbereiche (108) aufweist, wobei jeder Codierbereich (108) ein von zumindest zwei voneinander verschiedenen Codesymbolen (110) aufweist, wobei jeder Sensor (104) der Mehrzahl von Sensoren (104) derart angeordnet ist, dass je Sensor (104) ein Codesymbol (110) eines Codierbereiches (108) auslesbar und als Sensorsignal (112) bereitstellbar ist, wobei ein Sensorwort (114) aus den Sensorsignalen (112) der Mehrzahl von Sensoren (104) bildbar ist, wobei die Vielzahl der Codierbereiche (108) und die Mehrzahl der Sensoren (104) derart angeordnet sind, dass ein eine erste Position des Codeträgers (102) repräsentierendes erstes Sensorwort (114) und ein eine zweite Position des Codeträgers (102) repräsentierendes zweites Sensorwort (114) in mehr als einem Codesymbol (110) verschieden sind, wobei das Verfahren (2000) die folgenden Schritte umfasst: Einlesen (2010) einer Mehrzahl von Sensorsignalen (112) und/oder eines Sensorworts (114), wobei der Codeträger (102) in einer Position ist; und Auswerten (2020) der Mehrzahl von Sensorsignalen (112) und/oder des Sensorworts (114), um die Position des Codeträgers (102) in Bezug zu den Sensoren (104) zu bestimmen.