DE10222634A1

DE10222634A1 - Überwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10222634A1
Application number: DE10222634A
Authority: DE
Inventors: Peter Apel; Klaus Wilczek
Original assignee: AB Elektronik GmbH
Current assignee: AB Elektronik GmbH
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: DE20304626U1; WO2003098155A1; DE10222634B4; AU2003232787A1

Abstract

Pin-justierter Drehwinkelsensor (21, 22) mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen (3.1, 3.2) zur Detektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors (21, 22). Die Drehwinkelsensoren (21, 22) weisen jeweils ein Hall-Element (18.1, 18.2) auf, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle (23) zwei Abgabespannungen (U3.1, U3.2) zur Erzeugung von zwei Ausgangsspannungen (U1, U2) abgeben, derart, DOLLAR A È dass die Hall-Elemente (18.1, 18.2) beider ASIC-Schaltkreis-Elemente (3.1, 3.2) so von einem magnetischen Fluss durchflossen sind, dass durch sie um 180 DEG versetzt wirkende Hall-Ströme fließen, DOLLAR A È dass beide Abgabespannungen (U3.1, U3.2) durch Grob- und Feinjustierpegel (GSC, FGC) so begradigt und geneigt werden, dass gegenläufige Ausgangsspannungen (U1, U2) abgegeben werden. DOLLAR A Der Drehwinkelsensor wird in einer Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsparameters eines Funktionselements eines Fahrzeugs eingesetzt, insbesondere eines Gaspedals und/oder einer Drosselklappe mit einer Überwachungseinheit, die gegenläufige Ausgangsspannungen abgeben.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines pin-justierten Drehwinkelsensors mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen, die jeweils ein Hall-Element aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle zwei Abgabespannungen abgeben zur Erzeugung von zwei Ausgangsspannungen zur Dedektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Betriebsparameters eines Funktionselements eines Fahrzeugs, insbesondere eines Gaspedals und/oder einer Drosselklappe mit wenigstens einer Überwachungseinheit, die gegenläufige Ausgangsspannungen abgeben.
Aus der WO 95 14 911 A1 ist ein Drehwinkelsensor bekannt. Er besteht aus einer stationären und einer rotierenden Formation. Die stationäre Formation enthält zwei halbmondförmige Statorelemente, zwischen denen sich eine Abstandsausnehmung befindet, in der ein Hallelement angeordnet ist. Die rotierende Formation weist ein ringförmig ausgebildetes Magnetelement auf, das von einer Halteeinheit gehalten wird und unter Belassung eines Luftspalts um die Statorelemente bewegbar ist.
Derartige Drehwinkelsensoren sind darüber hinaus aus der WO 98 25 102 A1, DE 197 16 985 A1, DE 199 03 940 A1 bzw. der EP 1 024 267 A2 der Anmelderin bekannt.
Mit Hilfe des Hall-Elements werden bei den bekannten Drehwinkelsensoren Abgabespannungen erzeugt, die der Stellung der rotierenden Formation entsprechen.
Aus der WO 98 22 781 A1 ist es bekannt, die erzeugten Abgabespannungen zu justieren. Die Justierung wird wie folgt vorgenommen:

a) Über einen Ausgangsstift werden über eine Veränderungseinheit Justierdaten in einen Temporärspeicher zwischengespeichert, mit denen eine Arbeitseinheit über eine Ausgabeeinrichtung veränderte Ausgangswerte oder -kurven am Ausgangsstift abgibt.
b) Haben die Ausgangswerte oder -kurven ihre Justierstellung erreicht, werden die Justierdaten in einem Permanentspeicher durch die Veränderungseinheit eingeschrieben.

Allerdings wird bei der Justierung lediglich die Abgabespannung begradigt und die vorhandene Steigung etwas angehoben.
Aus der DE 40 04 085 A1 ist eine Überwachungsvorrichtung bekannt, dessen eine Bahn mit dem positiven und dessen andere Bahn mit dem negativen Pol der Versorgungsspannung verbunden wird. Der rotierende Teil des Doppelpotentiometers wird mit der Welle einer Drosselklappe verbunden. Dreht sich die Drosselklappenwelle, werden zwei Stellungssignale erzeugt, die sich gegensinnig verändern. Beide Stellungssignale werden einer Auswerteeinheit zugeführt, mit deren Hilfe Kurz- bzw. Nebenschlüsse und dergleichen erkannt werden.
Nachteilig ist, dass als Erfassungsaggregate Potentiometer eingesetzt werden, die ungenau und störanfällig sind. Darüber hinaus können sich die Widerstandswerte aufgrund der im Motorraum herrschenden Bedingungen ändern, was zu Fehlern und Ungenauigkeiten der Überwachungsvorrichtung selbst führt.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, die bekannte Überwachungseinrichtung so weiter zu entwickeln, dass sie genauer und sicherer ihre Überwachungsfunktion übernimmt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendungsschritte des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass ein Überwachungsorgan zur Verfügung gestellt wird, das genau und wenig störanfällig ist. Darüber hinaus können die Kennlinien so gekreuzt werden, dass die Auswertungen auch im Kreuzungsbereich aufgrund höherer Spannungsdifferenzen genau und präzise möglich sind. Die Aufgabe wird darüber hinaus durch die Verwendungsschritte des Anspruchs 3 oder 4 gelöst.
Die hiermit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kreuzung der beiden Kennlinien durch die Pinjustierung vorgenommen wird. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, dass herkömmliche Drehwinkelsensoren eingesetzt werden können.
Die Möglichkeit des Einsatzes der Pinjustierung zur Erzeugung der gekreuzten Kennlinien kann noch dadurch ergänzt werden, dass die ASICs so im Luftspalt verdreht werden, dass der Magnetfluss sie jeweils um 180° versetzt durchfließt und so entsprechend versetzt wirkende Hall-Ströme erzeugt, die letztendlich die gekreuzten Kennlinien sofort produziert, so dass die bereits gekreuzten Kennlinien durch die Pinjustierung jeweils nur in ihrer Neigung und in ihrer Linearität begradigt oder sonst weiter justiert werden müssen.
Die Abgabespannungen der Drehwinkelsensoren können durch Grob- und Feinjustierpegel so geneigt und begradigt werden, dass zwei Systeme gegenläufiger Ausgangsspannungen abgegeben werden. Durch das Vorhandensein zweier voneinander unabhängig arbeitender Systeme wird die Sicherheit der Überwachungseinrichtung um das Doppelte erhöht. Fällt ein ASIC- Schaltkreis vollkommen aus, ist damit nicht der komplette Ausfall der Überwachungsvorrichtung verbunden. Vielmehr kann jetzt komplett vom zweiten System Gebrauch gemacht werden. Um die Sicherheit des Überwachungssystems zu erhöhen, können beide Systeme nebeneinander laufen und beide parallel die Überwachung übernehmen. Hierdurch wird die Genauigkeit und die Sicherheit des Überwachungssystems vervollständigt.
Die Ausgänge der ASIC-Schaltkreis-Elemente können mit einer Überwachungseinheit verbunden werden, die die erzeugten gekreuzten gegenläufigen Ausgangsspannungen zur Funktionsprüfung auswertet. Die Überwachungseinheit kann hierbei als Mikroprozessoreinheit ausgebildet sein.
Es ist aber auch möglich, dass die Überwachungsaufgaben der Mikroprozessoreinheit von wenigstens einer der in die ASIC- Schaltkreis-Elemente integrierten Mikroprozessoreinheiten mit übernommen wird. Hierdurch reduziert sich der Aufwand.
Die Überwachung selbst kann wie folgt erfolgen:

a) Überprüfung der Größe der Ausgangsspannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzelfehlern,
b) Überprüfen des Differenzbetrages der Größe der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors, und
c) Ergreifen von Notlaufmaßnahmen im Fehlerfall.

Es ist auch möglich, von der vorgegebenen Reihenfolge abzuweichen bzw. entsprechend den jeweiligen Einsatzbedingungen zu ergänzen und abzuändern.
Die Notlaufmaßnahmen selbst können dann in Abhängigkeit der nicht fehlerbehafteten Ausgangsspannung bzw. der betragsmäßig Kleineren erfolgen.
Die Aufgabe wird darüber hinaus bei einer Vorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Betriebsparameters durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst.
Die hiermit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die herkömmlichen Drehwinkelsensoren verwendet werden können, wobei die bereits in der Abstandsausnehmung positionierten Hall-Elemente, die Teil der ASIC-Schaltkreis- Elemente sind, nur entsprechend verdreht zu werden brauchen. Anschließend kann mit Hilfe der Pin-Justiereinrichtung die entsprechende Neigung bzw. die Linearität der Ausgangsspannungen gekreuzt weiter begradigt bzw. vervollkommnet werden.
Dadurch, dass die ASIC-Schaltkreis-Elemente an einer Spannungsquelle anliegen, sind Plausibilitätsüberwachungskriterien möglich; so können Spannungsabfälle der Versorgungsspannung sehr schnell detektiert werden und die entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Dadurch, dass die beiden Linien im Kreuzungspunkt sehr steil sind und die Steilheit selbst bei einem Spannungsabfall erhalten bleibt, ist auch eine Erzeugung von Plausibilitätssignalen im Kreuzungsbereich beider Kennlinien gegeben.
Weitere Vervollkommnungen der Überwachungseinrichtungen sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a einen Drehwinkelsensor in einer auseinandergezogenen, perspektivischen, schematischen Darstellung,
Fig. 1b, 1c verschiedene Einbauvarianten von ASICs in einer Abstandsausnehmung einer Statoreinheit eines Drehwinkelsensors gemäß Fig. 1a,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Pin- Justiereinrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Signalwandlungseinheit einer Pin- Justiereinrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Abgabeeinrichtung einer Pin-Justiereinrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine Arbeitseinheit einer Pin- Justiereinrichtung gemäß Fig. 2 in einer schematischen Blockbilddarstellung,
Fig. 6 eine erste Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung in einer schematischen Blockdarstellung,
Fig. 7a, 7b die vom Drehwinkelsensor gemäß Fig. 6 abgegebenen Abgabespannungen,
Fig. 8a, 8b die von der Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 6 erzeugten gekreuzten Kennlinien,
Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung in einer schematischen Blockdarstellung,
Fig. 10 die von den beiden Drehwinkelsensoren abgegebenen Abgabespannungen und
Fig. 11 die von der Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 9 erzeugten gekreuzten Kennlinien.
In Fig. 1a ist ein Drehwinkelsensor mit einem Magnetsegment 4 dargestellt.
Der Drehwinkelsensor besteht aus

- einer Rotoreinheit,
- einer Statoreinheit und
- einer Gehäuseeinheit 1, 7, die die Rotoreinheit und die Statoreinheit wenigstens teilweise umschließt.

Die Rotoreinheit umfasst das Magnetsegment 4, das von einer Magnetaufnahmeeinheit 5 gehalten ist. Die Magnetaufnahmeeinheit 5 ist als Rotations-Zylinderelement mit einer Ausnehmung ausgebildet. Auf der Peripherie der Magnetaufnahmeeinheit 5 ist das Magnetsegment 4 angeordnet. Die Magnetaufnahmeeinheit 5 mit dem Magnetsegment 4 werden von einem Rotations-Zylinderelement eines Rotationselements 17 gehalten. Die Aufnahmeeinheit 5 und das Magnetsegment 4 sind in einem Zylindermantel des aus Kunststoff geformten Rotations- Zylinderelements wenigstens teilweise eingeformt oder aufgesteckt.
Die Statoreinheit weist, wie Fig. 1b und 1c zeigen, ein Statorelement 6 auf, das aus zwei Statorteilelementen besteht, die zwischen sich eine Ausnehmung 14 freilassen. In die Ausnehmung des im wesentlichen hufeisenförmig ausgebildeten Statorelements 6 sind zwei ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 mit jeweils einem Hall-Element 18.1, 18.2 angeordnet. Die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 sind mit einem Leiterplattenelement 2 (vgl. Fig. 1a) verbunden.
Die beschriebene Rotor- und Statoreinheiten sind in einem Sensorgehäuse 7 der Gehäuseeinheit angeordnet. Das Sensorgehäuse 7 nimmt darüber hinaus die Steckereinheit 16 auf, die mit dem Leiterplattenelement 2 verbunden ist. Zum Befestigen des Sensorgehäuses 2 weist dieses zwei Befestigungsbuchsen 8 auf.
Sind die beschriebenen aktiven Einheiten im Inneren des Sensorgehäuses 7 montiert, wird dieses mit Hilfe eines Deckelelements 1 verschlossen.
Zur Lagerung eines Wellenelements 13, das mit einem Hebel verbunden ist, in dem eine Buchse angeordnet ist, wird eine herkömmliche Lagerung vorgesehen.
Die Hauptelemente dieser Lagerung sind:

- eine Lagerbuchse 9, die im wesentlichen wie eine Garnspule aussieht, und
- ein Radial-Wellendichtring 12, der hohlzylinderförmig ausgebildet ist.

Diese Teile der Lagerung werden in das Sensorgehäuse 7 wie folgt eingesetzt:
In eine Ausnehmung des Wellenelements 13 wird ein Sicherungsring 11 platziert und davor eine Passscheibe geschoben. Danach wird die Lagerbuchse 9 über das Wellenelement 13 und diese Einheit mit der Lagerbuchse 9 voran in die Lageröffnung des Sensorgehäuses 7 so weit geschoben, dass das Wellenelement 13 von dem Rotationselement 17 aufgenommen wird. Danach wird das Deckelelement 1 auf das Sensorgehäuse 7 aufgesetzt und das Gehäuse verschlossen.
In Fig. 2 ist ein Blockschaubild einer Pin-Justiereinrichtung 51 dargestellt. Sie besteht aus einer Reihenschaltung:

- einer Veränderungseinheit 52
- eines Permanentspeichers 53,
- einer Arbeitseinheit 54 und
- einer Abgabeeinrichtung 56.

Parallel zum Permanentspeicher 53 ist ein Temporärspeicher 55 angeordnet, der mit der Veränderungseinheit 52 und der Arbeitseinheit 54 verbunden ist. Die Veränderungseinheit 52 ist darüber hinaus direkt mit der Arbeitseinheit 52 verbunden. Die Arbeitseinheit 54 liegt an dem Hall-Element 18.1, 18.2 an.
Die Ausgabeeinrichtung 56 besteht aus einer Reihenschaltung

- einer Signalwandlungseinheit 57 und
- einer Ausgabeeinheit 58.

An der Veränderungseinheit 52 ist eine Steckerleiste 51 angeordnet, die wenigstens einen Ausgangsstift VCC, einen Massestift E und einen Ausgangsstift OUT aufweist. Der Ausgangsstift OUT ist mit der Ausgabeeinheit 58 verbunden. Die Veränderungseinheit 52 ist ein digitales Rechenwerk oder ein Einschub-Rechner mit einer Zentral-Prozessor-Einheit, in den ein Justier- und Arbeitsprogramm eingeschrieben ist.
Die Signalwandlungseinheit 57 besteht gemäß Fig. 3 aus einer Reihenschaltung eines Digital-Analog-Wandlers 571 und eines Verstärkers 572.
Eine weitere Ausführungsform der Signalwandlungseinheit 57 ist in Fig. 4 gezeigt. Sie besteht aus einer Reihenschaltung eines Optokopplers 573, eines Referenzspannungsgliedes 574 und eines Komparators 575.
In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild abgebildet, das insbesondere die Arbeitseinheit 54 zeigt. Ihr gegenüber liegen die Veränderungseinheit 52, der Permanentspeicher 53 und der Temporärspeicher 55. Die Weiterverbindung zur Ausgabeeinrichtung 56 ist mit einen Pfeil gekennzeichnet.
Vor dem Hall-Element 18.1 bzw. 18.2 ist eine Spannungsquelle 547 mit einer Temperaturkompensation angeordnet. Die Temperaturkompensation stellt sicher, dass bei unterschiedlichen Außentemperaturen von der Spannungsquelle eine den Temperaturkoeffizienten des Hall-Elements kompensierende Ausgangsspannung abgegeben wird. Das ist von besonderer Bedeutung, da der Drehwinkelsensor beim Einsatz in einem Fahrzeug großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.
Der Spannungsquelle mit Temperaturkompensation 547 gegenüberliegend sind in Reihe folgende Teile angeordnet:

- ein Vorverstärker 541.1
- ein Offset-Verstärker 541.2, der mit einem Offset- Digital/Analog-Konverter verbunden ist,
- eine Schaltkondensator-Stufe 542,
- eine Sample- & Hold-Einheit 543,
- einen Verstärker 544.1, der mit einem Gain-Bit-Digital- Analog-Konverter 544.3 verbunden ist,
- einen Kennlinienbegrenzer 544.2 und
- eine Endstufe 545.

Die Schaltkondensatorstufe 542 dient der automatischen Kompensation des Offsets des Hall-Elements 18.
Die Sample & Hold-Einheit 543 übernimmt die Aufgabe, die Spannungswerte während der Erzeugung des Folgewertes zwischenzuspeichern.
Zur Arbeitseinheit 54 gehört ein Taktgenerator (Clock-Unit) 546, der mit dem Hall-Element 18.1 bzw. 18.2, dem Vorverstärker, der Schaltkondensatorstufe 542 und der Sample- und Hold-Einheit 543 verbunden ist.
Die Veränderungseinheit der Permanentspeicher 53 und der Temporärspeicher 55 sind mit einem Bus-System BUS verbunden. Das Bus-System BUS kann, wie an sich bekannt, einen Daten-, einen Adress- und einen Steuerbus aufweisen. Vorliegend handelt es sich um einen reinen Datenbus.
Vom Bus-System BUS zweigt ein Grobjustierpegel GSC ab, der zum Vorverstärker 541.1 führt. Daneben liegt eine Abzweig Grob-Bits Offset-Bits, der zum Offset-Digital/Analog- Konverter 541.3 führt. Vom Bussystem BUS führt darüber hinaus ein Abzweig Feinjustierpegel FGD zum Gainbit-Digital- Analog-Konverter 544.3. Daneben liegt ein Abzweig Fein-Bit 5 Fin-Bits, der zum Kennlinienbegrenzer 544.2 führt.
Der Grobjustierpegel GSC mit den Grob-Bits Offset-Bits ist eine Grobjustiereinstellung. Der danebenliegende Feinjustierpegel FGB mit den Kennlinien-Begrenzungs Fein-Bits Fin- Bits hingegen stellt eine Feinjustiereinstellung dar.
Das Bussystem BUS kann darüber hinaus eine Abzweigung Temperatur-Koeffizient-Bits TCB aufweisen, mit der der Temperaturgradient der Spannungsquelle 547 von der Veränderungseinheit 52 gesteuert werden kann.
Die beschriebenen Teile sind in den ASIC-Schaltkreis- Elementen 3.1 und 3.2 des jeweiligen Drehwinkelsensors 21 zusammengefasst.
In Fig. 6 ist eine erste Ausführungsform einer Überwachungsvorrichtung gezeigt. Hierbei ist ein Drehwinkelsensor 21 mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen 3.1, 3.2 mit einer Welle 23 verbunden. Die Welle 23 gehört entweder zu einem Gaspedal 24 oder zu einer Drosselklappe 25.
Wie Fig. 6 zeigt, sind die Ausgänge der beiden ASIC- Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 mit einer Überwachungseinheit 30 verbunden. Die Überwachungseinheit 30 weist hierbei zwei nebeneinander angeordnete Anolog/Digital-Wandler 31, 32 auf. Vorgesehen ist darüber hinaus ein Digital/Analog- Wandler 35. Die Überwachungseinheit 30 weist eine Mikroprozessoreinheit auf.
Beim Drehen der Welle 23 dreht sich die Rotoreinheit und am Ausgang der beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1 und 3.2, die in üblicher Anordnung in der Abstandsausnehmung 14 gemäß Fig. 1b positioniert sind, stehen die in Fig. 7a dargestellten Abgabespannungen U3.1-21 und U3.2-21 an. Die beiden Abgabespannungen liegen in etwa parallel zueinander und sind gleichläufig gerichtet.
Zur Einjustierung der beiden Abgabespannungen werden über den Ausgangsstift OUT und die Veränderungseinheit 52 Justierdaten in den Temporärspeicher 55 eingegeben. Hierbei wird zuerst die Grobeinstellung mit dem Justierpegel GSC zwischen 2 und 4 Bits und die Grob-Bits Offset-Bits zwischen 8 und 15 Bits und danach sukzessive die Feineinstellung mit dem Feinjustier-Pegel FGP zwischen 7 und 14 Bits vorgenommen. Hierbei wird zuerst die Steigung der Abgabespannung U3.1-21 und deren Linearität eingestellt, so dass die Ausgangsspannung U1 abgegeben wird.
Danach wird in analoger Art und Weise die Abgabespannung U3.2-21 hinsichtlich Steigung und Linearität verändert, so dass die Abgabespannung U2 regeneriert wird. Insgesamt entstehen so die beiden gekreuzten Kennlinien U1 und U2, wie in Fig. 8a gezeigt. Sind die entsprechenden Werte ermittelt worden, werden sie mit Hilfe der Veränderungseinheit 52 in den Temporärspeicher 55 eingeschrieben. Ergibt die protokollarische Auswertung der Justierung, dass die beiden gekreuzten Ausgangsspannungen U1, U2 den gewünschten Normkennlinien entsprechen, werden deren Justierdaten von dem Temporärspeicher 55 in den Permanentspeicher 53 durch die Veränderungseinheit 52 eingeschrieben. Der Permanentspeicher 53 ist als ROM-Speicher, als PROM-Speicher oder als E²PROM-Speicher ausgebildet. Der Temporärspeicher 55 hingegen ist ein herkömmlicher RAM-Speicher oder ein ähnlich ausgebildeter Schreib/Lese-Speicher.
Um die gekreuzten Ausgangsspannungen zu erzeugen, besteht eine weitere einfache Variante:
Wie Fig. 1c zeigt, werden hierzu die beiden Hall-Elemente 18.1, 18.2 der beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 um 180° zueinander versetzt angeordnet. Beide ASIC- Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 sind an einer gemeinsamen Spannungsquelle angeordnet.
Die beiden Hall-Elemente 18.1, 18.2 sind magneto-elektrische Halbleiterbauelemente, deren Funktionsweise auf dem Hall- Effekt beruht. Beim Hall-Effekt ändert sich infolge der Lorentz-Kraft an einer stromdurchflossenen Scheibe aus dem Halbleiter die Stromstärke, wenn quer zur Richtung des Stromes ein magnetisches Feld wirkt. Infolge der senkrecht zur Stromrichtung wirkenden magnetischen Flussdichte führt die Lorentz-Kraft zur Bewegung der den Strom führenden Ladungsträger, so dass diese getrennt werden. Damit entsteht eine Hall-Spannung senkrecht zum Strom.
Beim Drehen der Welle 23 dreht sich die Rotoreinheit in der Statoreinheit und beide Hall-Elemente werden von einem erzeugten magnetischen Feld durchflossen. Im Hall-Element 18.1 und im Hall-Element 18.2 fließen um 180° versetzte Ströme. Infolge der in die gleiche Richtung wirkenden Flussdichte werden zwei Abgabespannungen U'3.1, U'3.2 abgegeben, die bereits gegenläufig zueinander sind (vgl. Fig. 7b). Beide Abgabespannungen können dann, wie bereits beschrieben, hinsichtlich Linearität und Steigung so nachjustiert werden, dass die gekreuzten Kennlinien U1, U2, wie in Fig. 8b dargestellt, erzeugt werden. Ein Vergleich der gekreuzten Kennlinien gemäß Fig. 8a und 8b verdeutlicht, dass sich Kennlinien gleichen Steigungsverhaltens regenerieren lassen.
Die gegenläufigen Ausgangsspannungen U1, U2 gemäß Fig. 7b bzw. 8b, die durch die um 180° fließenden Hall-Ströme und/oder die Justierung den gegenläufigen Verlauf haben, werden einer Überwachungseinheit 30 zugeführt. Hierbei werden sie durch die A/D-Wandler 31, 32 entsprechend umgewandelt, und nach folgendem Rhythmus abgearbeitet:

a) Überprüfen der Größen der Ausgangsspannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzelfehlern;
b) Überprüfen des Differenzbetrages der Größen der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors; und
c) Ergreifen von Notlaufmaßnahmen im Fehlerfall.

Die Notlaufmaßnahmen werden in Abhängigkeit der fehlerbehafteten Ausgangsspannung bzw. der betragsmäßig kleineren vorgenommen.
Mit den beiden gekreuzten Kennlinien U1, U2 werden Steuerfunktionen einer Zündung, einer Drosselklappe oder eines Aggregates vorgenommen. Die gekreuzten Kennlinien werden durch die Betätigung der jeweiligen Teile, d. h. durch Betätigung der Welle 23 erzeugt.
In Fig. 9 ist eine weitere Überwachungseinrichtung gezeigt. Sie besteht aus zwei pin-justierten Drehwinkelsensoren 21, 22, die durch die Welle 23 betätigt werden, die zu einem Gaspedal 24 oder zu einer Drosselklappe 25 gehört.
Üblicherweise geben beide pin-justierte Drehwinkelsensoren die Abgabespannungen U3.1-21, U3.2-21 bzw. U3.1-22, U3.2-22 ab. Die vier Kennlinien verlaufen (vgl. Fig. 10) üblicherweise im wesentlichen parallel, wenn die ASIC-Schaltkreis- Elemente 3.1, 3.2 mit ihren Hall-Elementen 18.1, 18.2, wie in Fig. 1b dargestellt, in der Abstandsausnehmung 14 angeordnet sind.
Durch die Justierung werden die gekreuzten Abgabespannungen U1 und U2 bzw. U1' und U2' erzeugt. Sie kreuzen sich beide im gleichen Kreuzungspunkt. Aus zeichnerischen Gründen sind sie in Fig. 11 nebeneinander verlaufend gezeichnet.
Werden die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 jeweils im Drehwinkelsensor 21 bzw. 22 wie in Fig. 1c dargestellt eingebaut, ergibt jeder Sensor bereits, wie zuvor beschrieben, gekreuzte Abgabespannungen U3.1-21, U3.2-21, bzw. U3.1- 22, U3.2-22 ab, die dann entsprechend nachjustiert werden.
Es ist aber auch möglich, im Drehwinkelsensor 21 die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 so einzubauen, dass sie gleichgerichtet sind und im Drehwinkelsensor 22 hingegen die beiden ASIC-Schaltkreis-Elemente 3.1, 3.2 um 180° gedreht eingesetzt sind, so dass sich die beiden Abgabespannungen beider Sensoren 21, 22 kreuzen. Danach können aus den entsprechenden Abgabespannungen die gewünschten gekreuzten Kennlinien U1, U2 generiert werden.
Auch hier erfolgt durch die angeschlossene Überwachungseinheit 30 die Überwachung nach folgendem Algorithmus:

a) Überprüfung der Größen der Ausgangsspannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzelfehlern;
b) Überprüfung des Differenzbetrages der Größen der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors; und
c) Ergreifen von Notlaufmaßnahmen im Fehlerfall.

Die Abgabespannungen werden hierbei ebenfalls A/D-Wandlern 31, 32 bzw. 33, 34 zugeführt. Das Meldesignal S wird von dem D/A-Wandler 35 abgegeben.
Der besondere Vorteil der Überwachungseinrichtung 30 gemäß Fig. 9 besteht darin, dass zwei Systeme gekreuzter Spannungen unabhängig voneinander abgegeben werden. Hierdurch wird die Überwachungsqualität ganz wesentlich erhöht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, ein System für die Überwachung eines Fehlerfalls und das andere System gekreuzter Spannungen für die Überwachung eines anderen Fehlerfalls einzusetzen. Da die Ausgangsspannungen von den gleichen pin- justierten Drehwinkelsensoren 21, 22 abgegeben werden, ist die vorgenommene Überwachung jederzeit reproduzierbar.

Claims

1. Verwendung eines pin-justierten Drehwinkelsensors (21, 22) mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen (3.1, 3.2), die jeweils ein Hall-Element (18.1, 18.2) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle (23) zwei Abgabespannungen (U3.1, U3.2) abgeben zur Erzeugung von zwei Ausgangsspannungen (U1, U2) zur Dedektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors (21, 22), derart,

- dass die Hall-Elemente (18.1, 18.2) beider ASIC- Schaltkreis-Elemente (3.1, 3.2) so von einem magnetischen Fluss durchflossen sind, dass durch sie um 180° versetzt wirkende Hall-Ströme fließen,

- dass beide Abgabespannungen (U3.1, U3.2) durch Grob- und Feinjustierpegel (GSC, FGC) so begradigt und geneigt werden, dass gegenläufige Ausgangsspannungen (U1, U2) abgegeben werden.

2. Verwendung eines pin-justierten Drehwinkelsensors (21, 22) mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen (3.1, 3.2), die jeweils ein Hall-Element (18.1, 18.2) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle (23) zwei Abgabespannungen (U3.1, U3.2) abgeben zur Erzeugung von zwei Ausgangsspannungen (U1, U2) zur Dedektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors (21, 22), derart,

- dass ein Drehwinkelsensor (21) mit wenigstens einem Hall-Element (18.1, 18.2) eines ASIC-Schaltkreis- Elements (3.1, 3.2) von einem ersten Hall-Strom und ein weiterer Drehwinkelsensor (22) mit wenigstens einem Hall-Element (18.1, 18.2) eines ASIC- Schaltkreiselements (3.1, 3.2) von einem zweiten um 180° zum ersten wirkenden zweiten Hall-Strom durchflossen wird,

- dass wenigstens eine Abgabespannung (U3.1-21, . . .) eines Drehwinkelsensors (21, 22) verwendet wird und durch Grob- und Feinjustierpegel (GSC, FGC) so begradigt und geneigt werden, dass die beiden gegenläufigen Ausgangsspannungen (U1, U2) abgegeben werden.

3. Verwendung wenigstens eines pin-justierten Drehwinkelsensors (21, 22) mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen (3.1, 3.2), die jeweils ein Hall-Element (18.1, 18.2) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle (23) zwei Abgabespannungen (U3.1, U3.2) abgeben zur Erzeugung von zwei Ausgangsspannungen (U1, U2) zur Dedektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors (21, 22), derart, dass beide Abgabespannungen (U3.1, U3.2) durch Grob- und Feinjustierpegel (GSC, FGC) so begradigt und geneigt werden, dass die beiden gegenläufigen Ausgangsspannungen (U1, U2) abgegeben werden.

4. Verwendung eines pin-justierten Drehwinkelsensors (21, 22) mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen (3.1, 3.2), die jeweils ein Hall-Element (18.1, 18.2) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Welle (23) zwei Abgabespannungen (U3.1, U3.2) abgeben zur Erzeugung von zwei Ausgangsspannungen (U1, U2) zur Dedektierung von Fehlerzuständen im Bereich des Drehwinkelsensors (21, 22), derart,

- dass wenigstens eine Abgabespannung (U3.1-21, . . .) eines Drehwinkelsensors (21, 22) verwendet wird und durch Grob- und Feinjustierpegel (GSC, FGC) so begradigt und geneigt werden, dass die beiden gegenläufigen Ausgangsspannungen abgegeben werden.

5. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hall-Elemente (18.1, 18.2) beider ASIC-Schaltkreis- Elemente (3.1, 3.2) so von einem magnetischen Fluß durchflossen sind, dass durch sie um 180° versetzt wirkende Hall-Ströme fließen.

6. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkelsensor (21) mit wenigstens einem Hall- Element (18.1, 18.2) eines ASIC-Schaltkreiselement (3.1, 3.2) von einem ersten Hall-Strom und ein weiterer Drehwinkelsensor mit wenigstens einem Hall-Element eines ASIC-Schaltkreis-Elements (3.1, 3.2) von einem zweiten um 180° versetzt von 180° zum ersten wirkenden zweiten Hall-Strom durchflossen wird,

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ASIC-Schaltkreis-Elemente (3.1, 3.2) durch um 180° versetztes Einsetzen in eine Abstandsausnehmung (14) von zwei um 180° versetzten Hall- Strömen durchflossen werden.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der ASIC-Schaltkreis- Elemente (3.1, 3.2) mit einer Überwachungseinheit (30) verbunden sind, die die erzeugten gekreuzten gegenläufigen Ausgangsspannungen (U1, U2 . . .) zur Funktionsprüfung auswerten.

9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (30) eine Mikroprozessoreinheit ist.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsaufgabe der Mikroprozessoreinheit von wenigstens einer der in einem der A- SIC-Schaltkreis-Elemente (3.1, 3.2) integrierten Mikroprozessoreinheiten mit übernommen wird.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung in folgenden Schritten erfolgt:

a) Überprüfung der Größe der Ausgangsspannungen einzeln auf einen zulässigen Wertebereich zur Erkennung von Einzelfehlern,

b) Überprüfung des Differenzbetrages der Größe der Ausgangsspannungen mit einem vorgegebenen Grenzwert zur Erkennung von Fehlerzuständen im Bereich wenigstens eines Drehwinkelsensors, und

c) Ergreifen von Notlaufmaßnahmen im Fehlerfall.

12. Verwendung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Notlaufmaßnahmen in Abhängigkeit der nicht fehlerbehafteten Ausgangsspannung bzw. der betragsmäßig kleineren erfolgt.

13. Vorrichtung zur Überwachung wenigstens eines Betriebsparameters eines Funktionselements eines Fahrzeugs, insbesondere eines Gaspedals und/oder einer Drosselklappe mit wenigstens einer Überwachungseinheit, die gegenläufige Ausgangsspannungen (U1, U2) abgeben, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Überwachungseinheit ein pin-justierter Drehwinkelsensor (21, 22) mit wenigstens einem ASIC- Schaltkreis-Element (3.1, 3.2) ist, das jeweils ein Hall-Element (18.1, 18.2) aufweist, und

- dass die Hall-Elemente (18.1, 18.2) in einer Abstandsausnehmung (14) um 180° versetzt angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

- dass in einer ersten Abstandsausnehmung (14) ein erster pin-justierter Drehwinkelsensor (21, 22) mit zwei ASIC-Schaltkreis-Elementen (3.1, 3.2) mit jeweils einem Hall-Element (18.1, 18.2) angeordnet ist, und

- dass das erste Hall-Element (18.1) gegenüber dem zweiten Hall-Element (18.2) um 180° versetzt angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

- dass in einer zweiten Abstandsausnehmung (14) eines zweiten pin-justierten Drehwinkelsensors (21) wenigstens ein drittes ASIC-Schaltkreiselement (3.1, 3.2) mit einem Hall-Element (18.1, 18.2) angeordnet ist, und

- dass in einer dritten Abstandsausnehmung (14) eines dritten pin-justierten Drehwinkelsensors (22) wenigstens ein viertes ASIC-Schaltkreis-Element (3.1, 3.2) mit einem Hall-Element (18.1, 18.2) angeordnet ist, das gegenüber dem dritten ASIC-Schaltkreis-Element (3.1, 3.2) um 180° versetzt angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ASIC-Schaltkreis-Elemente (3.1, 3.2) mit einer Spannungsquelle verbunden sind.