DE19520299A1 - Einrichtung zur Lageerkennung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Lageerken­ nung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß zur Lageerkennung bzw. zur Winkelerken­ nung, beispielsweise zur Erkennung der Winkelstellung einer Welle in einem Kraftfahrzeug, Sensorsysteme eingesetzt wer­ den, die einen Aufnehmer umfassen, der eine mit der Welle in Verbindung stehende Codescheibe abtastet und ein Ausgangssi­ gnal liefert, das Informationen enthält, die es erlauben, die Stellung der Welle zu erkennen.

Solche Sensorsysteme arbeiten nach verschiedenen physikali­ schen Verfahren, als Beispiele für gängige Sensorprinzipien seien genannt: Hallsensoren, induktive Sensoren auf Wirbel­ strombasis, Potentiometer, kapazitive Sensoren sowie magne­ toresistive Sensoren. Diese Sensoren arbeiten im allgemeinen zuverlässig und verschleißfrei. In Kraftfahrzeugen werden mit Hilfe solcher Sensoren beispielsweise die Pedalwertposi­ tion bei einem elektronischen Gaspedal, die Drosselklappen­ position bei einem E-Gas-Steller, die Bremspedalposition bei elektronischen Bremspedalen oder auch die Stellung der Kur­ bel- oder Nockenwelle ermittelt.

Ein Beispiel für Vorrichtungen oder Verfahren zur Lageerken­ nung wird in der DE-OS 42 43 778 gegeben. Dabei wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Codeträger eine erste Spur mit einer Vielzahl gleichartiger Markierungen aufweist und eine zweite Spur mit unterscheidbaren Markierungen oder gleichen Markierungen mit unterschiedlichem Abstand. Diese Markierungen werden von wenigstens zwei Aufnehmern abgeta­ stet. Der Codeträger sowie die beiden Aufnehmer bilden ein Sensorsystem, dessen Ausgangssignale in einer nachfolgenden Auswerteeinrichtung ausgewertet werden zur Erkennung der Lage des Codeträgers, beispielsweise zur Erkennung einer Winkelstellung. Als Beispiele für die Verwendung einer sol­ chen Vorrichtung wird die Bestimmung des Lenkradwinkels oder der Drosselklappenstellung bei einer Brennkraftmaschine angegeben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der aus der DE-OS 42 43 778 bekannten Vorrichtung zur Lage­ erkennung. Gelöst wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Einrichtung zur Lageerkennung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Lageerkennung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß besonders zuverlässige und genaue Messungen durchgeführt werden kön­ nen, wobei besonders vorteilhaft ist, daß ein redundantes System vorliegt, das im Falle des Ausfalls eines Systemes immer noch ausreichende Informationen liefert. Es ist wei­ terhin vorteilhaft, daß das beanspruchte System berührungs- und verschleißfrei arbeitet und ohne aufwendige Prüf- und Abgleichvorgänge eingesetzt werden kann, wobei es sich weit­ gehend selbstständig kalibriert. Weiterhin ist vorteilhaft, daß das angegebene System keinen Temperaturgang und keine Drifterscheinungen aufweist.

Erzielt werden diese Vorteile, indem eine Kombination von zwei voneinander unabhängigen Meßsystemen zu einem einzigen System durchgeführt wird, wobei die Kombination so erfolgt, daß die Nachteile der Einzelsysteme verschwinden und die Vorzüge der Einzelsysteme zur Nutzung gelangen. Es werden dazu zwei Sensorsysteme verwendet, die nach unterschiedli­ chen physikalischen Prinzipien arbeiten. Verknüpft werden die beiden Sensorsysteme mit Hilfe eines Mikrocontrollers, der an anwendungsspezifische Modifikationen anpaßbar ist.

Weitere Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß das erste Sensorsystem ein opti­ sches Sensorsystem ist, das mit lichtemittierenden Elementen arbeitet, die über eine Geberscheibe mit lichtdurchlässigen Stellen mit den Aufnehmern zusammenwirken und das zweite Sensorsystem ein Magnet-Hallsystem ist, bei dem ein Hallele­ ment als Aufnehmer mit einem Magneten zusammenwirkt.

In vorteilhafter Weise läßt sich die beanspruchte Einrich­ tung zur Lageerkennung zur Bestimmung der Pedalwertposition, der Drosselplattenposition, der Bremspedalposition, der Lenkwinkelbestimmung oder in Verbindung mit einer Leuchtwei­ tenregulierung in Kraftfahrzeugen einsetzen, da die dort verlangte zuverlässige Arbeitsweise sichergestellt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt im einzelnen Fig. 1 das Gesamtsystem in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 eine Ausgestaltung des ersten Sensorsystems, Fig. 3 eine ergänzende Darstellung des optischen Systems nach Fig. 2 und Fig. 4 einen Signal­ verlauf für das Beispiel nach Fig. 3, in Fig. 5 ist ein Signalverlauf für das optische System nach Fig. 2 darge­ stellt.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Magnet-Hallsystems, das das zweite Sensorsystem bildet, in Fig. 7 ist ein Verlauf der Hallspannung über einem Drehwinkel aufgetragen. In Fig. 8 ist die konstruktive Ausführung des Gesamtsystemes darge­ stellt und Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild für ein redun­ dantes Ausführungsbeispiel mit zwei Mikrocontrollern. In Fig. 10 ist eine weitere Ausgestaltung der Sensorsysteme dargestellt.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Lageerkennung schematisch dargestellt. Die­ ses Beispiel läßt das Grundprinzip erkennen, das darin be­ steht, daß zwei in sich vollkommen unterschiedliche Sensor­ systeme 10, 11 zu einer gemeinsamen Einrichtung zur Lageer­ kennung kombiniert werden, wobei die Eigenschaften beider Sensorsysteme derart miteinander verknüpft sind, daß sich die Nachteile der Einzelsensorsysteme nicht bemerkbar machen und die Vorteile der Einzelsensorsysteme zu einem günstigen Gesamtsystem verbunden werden.

Die Sensorsysteme 10, 11 sind so angeordnet, daß sie den Drehwinkel α einer Welle 12 ermitteln können. Die Sensorsy­ steme 10, 11 sind über Verbindungen V1, V2, V3, V4 mit dem Mikrocontroller 13 verbunden, der die Ausgangssignale der beiden Sensorsysteme verwertet und ein Ausgangssignal OUT liefert, das den zu ermittelnden Winkel α wiedergibt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist selbstverständlich nicht auf die Auswertung eines Drehwinkels α einer Welle 12 beschränkt, sondern kann genauso in Verbindung mit einer Linearbewegung eingesetzt werden. Dabei können entweder die Aufnehmer der Sensoren fest und die Codescheibe bzw. die Magnete etc. mit den bewegbaren Körper verbunden sein oder umgekehrt.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für das erste Sensorsystem ange­ geben, es handelt sich um ein optisches Sensorsystem, das bereits aus der DE-OS 42 43 778 bekannt ist. Bei diesem System ist eine Codescheibe 14 mit der Welle 12, deren Dreh­ winkel α bestimmt werden soll, verbunden. Die Codescheibe weist dabei eine erste Spur 15 auf, mit einer Vielzahl gleichartiger Marken 16, die alle voneinander den identi­ schen Abstand d aufweisen. Eine zweite Spur 17, die die Referenzspur darstellt, weist gleichartige Marken 18a bis 18i auf, deren Abstand ein ganzzahliges Vielfaches der Strecke d1 beträgt, wobei dieses ganzzahlige Vielfache von 1 (zwischen den Marken 18a und 18b) bis 8 (zwischen den Marken 18i und 18a) läuft. Dabei ist der Abstand zwischen der Marke 18b und 18c mit d2 bezeichnet, der Abstand zwischen 18c und 18d ist mit d3 bezeichnet usw.

Die Codescheibe 14 bildet zusammen mit dem Sensor 19 das Sensorsystem 10. Das Sensorsystem 10 umfaßt dabei ein lichtemittierendes Element, das auf einer Seite der lichtun­ durchlässigen Codescheibe angeordnet ist, während sich der Sensor 19 auf der anderen Seite befindet und die Marken 16 und 18a bis 18i als lichtdurchlässige Stellen oder Durchbrü­ che ausgebildet sind.

Der Sensor 19 gibt in Abhängigkeit von der von ihm regi­ strierten Helligkeit, also je nachdem ob zwischen dem lichtemittierenden Element und dem betreffenden Aufnehmer ein Durchbruch oder die lichtundurchlässige Geberscheibe liegt, ein charakteristisches Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangs­ signal wird dem Mikrocontroller 13 zugeführt, der üblicher­ weise geeignete Zähl- sowie Speichermittel umfaßt und die gemessene Winkelstellung ermittelt.

Der Sensor 19 kann beispielsweise drei lichtempfindliche Elemente aufweisen, beispielsweise Photodioden, wobei die erste und die zweite Photodiode der Spur 15 zugeordnet sind und die Signale A bzw. B liefern. Die dritte Photodiode ist an der Spur 17 zugeordnet und liefert das Signal I. Der sich ergebende Signalverlauf ist in Fig. 4 dargestellt.

Ein solcher Sensor 19, bei dem jedoch sechs Photodioden vor­ handen sind, ist bekannt aus einem Firmenprospekt der Firma HP mit der Bezeichnung "Three Channel Optical Incremental Encoder Modules". Dabei handelt es sich um einen Sensor, der intern insgesamt sechs Signale erzeugt, wobei jeweils zwei Signale für A, B und I erhalten werden, die miteinander ver­ glichen werden, so daß letztendlich zur Hell/Dunkelerkennung immer die Differenz zweier Signale A oder zweier Signale B oder zweier Signale I verwendet werden kann, womit eine altersbedingte Empfindlichkeitsveränderung der Photodioden kompensiert wird.

Als Sensor 19 kann auch ein nach einem anderen physikali­ schen Prinzip arbeitender Sensor eingesetzt werden, der wenigstens zwei Signale A und I abgibt, also für jede Spur 15, 17 ein Signal. Es ist dann erforderlich, die Geber­ scheibe 14 in geeigneter Weise anzupassen. Bei einem Sensor, der lediglich zwei Signale abgibt, ist eine Auswertung nur dann möglich, wenn keine Änderung im Drehrichtungssinn auf­ tritt. Eine definierte Nullage wird bei dem beschriebenen System mit Hilfe der Referenzmarken 18a bis 18i festgelegt.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Spur 19 lediglich eine einzige Referenzmarke auf, die zur Festlegung der Nullage dient.

Weiterhin kann als Sensor 19 eine Anordnung eingesetzt werden, wie sie in Fig. 10 skizziert ist. Dabei werden wie­ derum Signale A, B, I generiert, wobei Magnet-Hall-Schranken 48, 49, 50 in Verbindung mit einem magnetisch leitenden Blendenrad 51 mit einer Anzahl Winkelmarken eingesetzt wer­ den können. Je nach Winkelstellung des Blendenrades ergibt sich die Verteilung des magnetischen Flusses. Die Anordnung entspricht im Prinzip der Anordnung des optischen Systemes nach Fig. 2, wobei die optischen Aufnehmer durch Hall-Schranken 48, 49, 50 zu ersetzen sind.

Die Drehrichtungserkennung erfolgt beim System nach Fig. 10 ebenfalls mit den um einen halben Winkelmarkenabstand ver­ setzten Hall-Schranken bzw. Hall-Sensoren.

Das Sensorsystem 10, also das optische Abtastsystem befindet sich in einem gemeinsamen gabelförmigen Gehäuse, die genaue Anordnung ist beispielsweise Fig. 8 zu entnehmen. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, befindet sich eine lichtemittierende Diode 20, die über die Eingänge 1, 4 und den Widerstand 33 mit Spannung versorgt wird, auf der einen Seite und das Empfängerarray auf der anderen Seite der Gabel. Damit nur eine lichte mittierende Diode 20 als Lichtquelle erforderlich ist, wird deren Licht mit einer entsprechend gestalteten Linse 27 parallelisiert. Die drei Empfängersysteme mit den Fotodioden 21 bis 26 sind mit den dazugehörenden Verstärker­ schaltungen 28, 29, 30 in einem gemeinsamen Chip 31, der auch den Auswerte-µC 32 umfaßt, integriert. An den Ausgängen 2, 3, 5 dieses Chips stehen also drei Impulsfolgen zur Ver­ fügung: Kanal A und B repräsentieren die Impulse, die der Winkeländerung entsprechen, Kanal I liefert den Referenz­ punkt bzw. die Nullstellung der Codescheibe 14. Aus den Signalen A und B, die um 90° phasenverschoben sind, kann die Information über die Drehrichtung der Scheibe gewonnen wer­ den.

In Fig. 4 sind die Signale A, B und I als Spannungssignale über einen Winkel α aufgetragen. Dabei sind einige für die Signalverarbeitung benötigte Strecken mit entsprechenden Bezeichnungen näher gekennzeichnet. Die Fig. 4 ist im übri­ gen ebenso wie Fig. 2, 3, 4, 5 Bestandteil der DE-OS 42 43 778, die ausführlichere Informationen zum opti­ schen Sensorsystem nach Fig. 2 liefert.

Zusammen mit der Indexmarkierung und der Drehrichtungserken­ nung bietet die Anordnung nach Fig. 2 alle Voraussetzungen, um einen Drehwinkel α mit einer bestimmten, durch die Tei­ lung der Codescheibe 14 vorgegebenen Auflösung zu messen. Bei 360 Löchern pro Scheibe und Ausnutzung der Möglichkeit der Impulsvervierfachung läßt sich eine Winkelauflösung im gesamten Drehwinkelbereich der Scheibe von 0,25° erreichen. Diese Auflösung entspricht wegen des Funktionsprinzips auch der Messungsgenauigkeit des Sensorsystems 10, sie ist be­ reichsunabhängig und gilt über den gesamten Temperaturbe­ reich.

Diese Eigenschaft stellt den wesentlichen Vorteil des Sen­ sorsystems 10 dar. Ein Nachteil dieses Prinzips ist der Um­ stand, daß es sich um einen Inkrementalgeber handelt, dessen Information nicht sofort bei Einschalten des Sensors gültig ist. Es muß erst die Indexmarke des Sensors durch eine Aktion erreicht werden, bevor das Sensorsignal gültig ist. Mit anderen Worten erst nachdem sich die Scheibe um einen bestimmten Winkel gedreht hat, kann eine Bestimmung der Winkellage dann fortlaufend erfolgen.

Zusammen mit dem zweiten Sensorsystem 11, das beispielsweise als Magnet-Hallsystem aufgebaut ist, ergibt sich die bean­ spruchte Einrichtung zur Lageerkennung.

Das als Sensorsystem 11 verwendete Magnet-Hallsystem, das in Fig. 6 dargestellt ist, ist so gestaltet, daß der Hallsen­ sor 34 auf den Drehwinkel α des Magnetfeldes bzw. der Welle reagiert. Das Magnetfeld wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 durch einen Doppelmagneten 35, 36 gebildet, der sei­ nerseits fest mit der Drehachse der Welle 12 verbunden ist.

Der ortsfeste Hallsensor befindet sich mit seiner aktiven Fläche, also dem aktiven Hallelement 37, senkrecht in diesem Magnetfeld. Das sich mit der Drehachse drehende Magnetfeld bewirkt im Hallsensor über den Winkelbereich von 360° eine sinusförmige Spannungsänderung. Beim Ausführungsbeispiel ist ein Einsatzbereich des Winkelsensors von maximal 120° erfor­ derlich, es läßt sich daher innerhalb der Sinusfunktion ein Bereich finden, der hinreichend genau durch übliche Lineari­ sierungsverfahren für die Winkelmessung benutzt werden kann.

Ein typischer Spannungsverlauf der Ausgangsspannung des Hallelements UH über dem Winkel α ist in Fig. 7 darge­ stellt. Durch Nutzung von Hallelementen mit integrierter Vorverstärkung läßt sich ein Ausgangspegel realisieren, der direkt von einem Mikrocontroller verarbeitet werden kann.

Bei einem alleinigen Einsatz eines solchen Magnet-Hall-Sensors würden folgende Nachteile auftreten: Es wäre eine Abhängigkeit des Ausgangssignales von der Magnet­ feldstärke vorhanden, verursacht durch den Abstand zwischen Magnet und Hallsensor sowie durch gewisse Magneteigenschaf­ ten, durch Abhängigkeit der Ausgangsspannung von den Hall­ elementeigenschaften, beispielsweise Offset, Temperaturgang, Verstärkungsfaktor, eine Nichtlinearität des Meßverfahrens infolge des sinusförmigen Verlaufes der Signalspannung über dem Drehwinkel α.

Durch Kombination der Sensorsysteme 10 und 11 lassen sich jedoch die Nachteile der beiden Einzelsysteme 10 und 11 vollständig vermeiden. Es entsteht daher ein Sensorsystem, das den Anforderungen an ein Winkelmeßsystem in nahezu idealer Weise entspricht.

Die Verknüpfung beider Sensorsysteme erfolgt mit Hilfe eines Mikrocontrollers 13 nach Fig. 2. Falls eine echte Redundanz erforderlich sein sollte, läßt sich mit einer später noch genauer beschriebenen Anordnung gemäß Fig. 9 eine Auswer­ tung mittels zweier Mikrocontroller 41, 42 realisieren. Der oder die Mikrocontroller hat oder haben die Aufgabe, die digitalen Ausgangssignale des optischen inkrementalen Sen­ sors 10 zu erfassen und in einen dem Drehwinkel α entspre­ chenden Ausgangswert umzuwandeln. Das Spannungssignal des Hall-Magnet-Sensors 11 wird von einem Analog-Digital-Wandler des Mikrocontrollers erfaßt und über einen Algorithmus in einen dem Drehwinkel entsprechenden Ausgangswert umgewan­ delt.

Das Programm des oder der Mikrocontroller(s) sorgt dafür, daß die Meßwerte der Sensorsysteme 10 und 11 so verknüpft werden, daß in der Gesamtheit der Lösung ein Ausgangssignal entsteht, das insgesamt den Anforderungen an ein präzises Winkelmeßsystem genügt. Der dazu erforderliche Algorithmus besteht aus zwei Teilen, die wie folgt beschrieben werden:

Im Teil 1 des Algorithmus werden die Belange der Fertigung des Sensors mit den dazugehörenden Abgleichschritten be­ schrieben. In diesem Teil des Algorithmus wird die Kennlinie des Magnet-Hall-Systems mit Hilfe des optischen Inkremental­ sensors linearisiert. Das optische System dient hierbei als Basis mit ausreichender Genauigkeit, auf der Basis dieser Vergleichswerte wird in einem externen Rechner eine Lineari­ sierungsfunktion oder eine Tabelle erzeugt, die dann dem Mikrocontroller übergeben wird. Mit Hilfe dieser Linearisie­ rungsfunktion oder Tabelle kann für den Magnet-Hall-Sensor eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden. Die Korrektur des Temperaturganges des Magnet-Hall-Systems ist möglich, aber für die vorgesehenen Anwendungsfälle nicht erforder­ lich. Durch die Selbstkalibrierung des Sensorssystems kann erreicht werden, daß das zuvor stark nichtlineare Magnet-Hall-System annähernd die Meßgenauigkeit des opti­ schen Encoders aufweist.

Der Teil 2 des Algorithmus des Mikrocontrollers ist für das eigentliche Messen des Sensors verantwortlich. Es wird dabei davon ausgegangen, daß beim Einschalten des Sensors der optische Encoder seinen Referenzpunkt noch nicht erkannt hat. In diesem Fall ist es nicht möglich, das optische inkrementale System für die Winkelmessung zu benutzen. Der Algorithmus bewirkt, daß in diesem Fall das vom Analog-Digital-Wandler eingelesene Analogsignal des Magnet-Hall-Systems als Meßwert für den Drehwinkel α ausge­ geben wird. Dies ist so lange der Fall, bis sich die Code­ scheibe in eine solche Position bewegt hat, bei der die Referenzmarke des optisch inkrementalen Systems erkannt wird. Von diesem Augenblick an sorgt der Algorithmus dafür, daß der vom optischen System generierte Winkel, der eine höhere Genauigkeit aufweist, als gemessener Drehwinkel aus­ gegeben wird.

Aus Sicherheitsgründen werden zusätzlich die Signale des Magnet-Hall-Systems und des optischen inkrementalen Systems laufend miteinander verglichen, so daß Fehlerfälle eindeutig detektiert werden können. Auf diese Weise erhält die Sen­ soranordnung ein hohes Maß an Eigensicherheit und es ergibt sich die Möglichkeit der Erkennung falsch plausibler Werte.

Fällt eines der Sensorsysteme 10, 11 während des Betriebes aus, kann das intakte Sensorsystem allein die Meßfunktion mit eingeschränkten Parametern übernehmen. Es ist somit eine Redundanz in sicherheitskritischen Systemen möglich.

Durch den Einsatz eines oder zwei Mikrocontrollers im Sensor besteht die Möglichkeit, eine digitale Schnittstelle zwi­ schen dem Sensor und einem nachfolgenden Auswertegerät, z. B. einem Mikrocontroller zu realisieren, beispielsweise eine CAN-, UART-, PWM-Schnittstelle. Es ist dann eine pro­ blemlose Anpassung an verschiedenartigste Auswertesysteme möglich.

Eine konstruktive Ausführung der gesamten Einrichtung zur Lageerkennung ist in Fig. 8 skizziert. Sie besteht aus einem Gehäuseunterteil 38, in dem sich eine in einer Buchse 39 drehbar gelagerte Welle 12 befindet, die ihrerseits mit dem Aggregat, also z. B. der Welle verbunden ist, deren Drehwinkel α gemessen werden soll. Fest mit dieser Welle 12 verbunden ist die Codescheibe 14, die Bestandteil des optisch-inkrementalen Encoders, also des Sensorsystems 10 ist. Die Anzahl der Markierungen der Codescheibe wird durch die geforderte Auflösung des Winkelmeßsystems bestimmt.

Als Beispiel kann eine Scheibe mit 360 Markierungen (Löchern) eingefügt werden, wodurch eine Winkelauflösung von 0,25° erreichbar ist. Die Anzahl der Markierungen kann deut­ lich höher gewählt werden, wenn dies erforderlich sein soll­ te. Bei mehr als 1000 Markierungen ist eine Winkelauflösung von 0,1° möglich. Die in der zweiten Spur angeordneten Indexmarken dienen als Bezugspunkt für das Inkremental­ system. Bei der Verwendung mehrerer Indexmarken kann das Inkrementalsystem schneller initialisiert werden, außerdem besteht die Möglichkeit, beim Erkennen von Indexmarken, den jeweils ermittelten Meßwert zu überprüfen und zu verifizie­ ren.

Auf dem Gehäuseunterteil 38 befindet sich der zur Codeschei­ be gehörende Sensor, der die Scheibe gabelförmig umfaßt, wobei sich auf der Oberseite der Gabel die Leuchtdiode mit Linse zur Parallelisierung des Lichtes und auf der Untersei­ te der Gabel ein Photodiodenarray zur Generierung der zwei um 90° gegeneinander verschobenen Impulsfolgen A und B und zur Erkennung der Indexmarken I befinden.

Fest mit der Welle 12 verbunden ist die Magnetanordnung, die ihrerseits aus zwei Einzelmagneten 35, 36 besteht. Die Ein­ zelmagnete sind gegenpolig gepaart, so daß sich ein typi­ scher Feldverlauf, wie in Fig. 7 dargestellt, ergibt. Die Mittelachse der Magnetanordnung fluchtet mit der Mittelachse der Welle 12.

In einem Abstand a von der Magnetanordnung befindet sich der Hallsensor 34, der mit seiner aktiven Fläche 37 im durch die Magnetanordnung erzeugten Magnetfeld steht. Der Hallsensor selbst besteht aus dem Hallelement und einem integrierten Vorverstärker, der die Hallspannung so verstärkt, daß die durch die Drehung des Magneten verursachte Hallspannungsän­ derung in einem Bereich von etwa 1-4 Volt liegt. Diese Spannung kann dann direkt an den Eingang des zum Mikrocon­ troller 13 gehörenden Analog-Digital-Wandler gelegt werden.

Der Hallsensor selbst befindet sich auf einem Verdrahtungs­ träger 40, der im Gehäuseunterteil eingesetzt ist. Auf die­ sem Verdrahtungsträger 40 befindet sich auch der zum System gehörende Mikrocontroller 13 mit allen zu seiner Funktion erforderlichen Komponenten. Diese Komponenten, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, umfassen wenigstens einen Festspannungsregler, einen Quarz zur Erzeugung der Schwin­ gungen, verschiedene Kondensatoren und Widerstände, die nicht abgebildet sind. Ein Deckel 47 verschließt das gesamte System.

Ein Blockschaltbild einer möglichen Schaltung ist in Fig. 9 dargestellt, für eine redundante Lösung mit zwei Mikrocon­ trollern 41, 42 sowie zwei Analog-Digital-Wandler 43, 44 und zwei CAN-Schnittstellen 45, 46. Die Sensorsysteme 10, 11 sowie die beiden Mikrocontroller 41, 42 sind dabei in geeig­ neter Weise miteinander verbunden.

Anstelle eines Sensors, der aus einem optischen und einem Magnet-Hall-System besteht, können Einzelsensorsysteme, die nach anderen physikalischen Prinzipien arbeiten, eingesetzt werden. Voraussetzung ist, daß die beiden verwendeten Sen­ sorsysteme nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. An­ stelle des optischen Systems kann beispielsweise ein Magnet­ system eingesetzt werden, bei dem als Scheibe eine ferro­ magnetische Scheibe verwendet wird, die mit induktiven Auf­ nehmern abgetastet wird. Als Markierungen können dabei ent­ weder Schlitze oder Zähne oder Bereiche aus anderem Material verwendet werden.

Claims (14)

1. Einrichtung zur Erkennung der Lage eines bewegbaren Kör­ pers, mit einem ersten Sensorsystem, das nach einem ersten physikalischen Prinzip arbeitet und ein von der zu ermit­ telnden Lage abhängiges Signal abgibt, dadurch gekennzeich­ net, daß ein zweites Sensorsystem vorhanden ist, das nach einem zweiten physikalischen Prinzip arbeitet und ein von der zu bestimmenden Lage abhängiges Signal abgibt und eine Auswerteeinrichtung vorhanden ist, die die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Sensorsystems gemeinsam auswer­ tet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste System einen Codeträger umfaßt, der eine erste Spur mit einer Vielzahl von gleichartigen Markierungen, die im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, umfaßt und eine zweite Spur mit wenigstens einer Referenzmarke aufweist und ein Sensorelement mit wenigstens zwei Aufnehmern, die den einzelnen Spuren zugeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das zweite Sensorsystem wenigstens ein Markierungs­ element aufweist, das mit dem Körper, dessen Lage ermittelt werden soll, in Verbindung steht, mit einem Aufnehmer, der dem Markierungselement zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Codeträger sowie das Markierungselement bewegbar sind und die beiden Sensor­ systeme fest sind oder der Codeträger fest ist und die bei­ den Sensorsysteme bewegbar sind, wobei das bewegbare Teil sich auf dem Körper, dessen Lage ermittelt werden soll, an­ geordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sensorsystem ein opti­ sches Sensorsystem ist und das zweite Sensorsystem nach dem Magnet-Hall-Prinzip arbeitet.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger lichtundurchlässig ist und die Markierungen als Schlitze oder Löcher ausgebildet sind, daß das lichtemit­ tierende Element auf einer Seite des Codeträgers angeordnet ist und die Aufnehmer auf der anderen Seite sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element eine Leuchtdiode ist und die Aufnehmer Photozellen, wobei jeweils zwei Photozellen zu einem Aufnehmer kombiniert sind.

8. Einrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sensorsystem einen Hallsensor mit einem aktiven Hallelement umfaßt, der wenigstens zwei Magnetelemente abtastet, die mit dem Codeträger in Verbin­ dung stehen.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger eine Codescheibe ist, die mit einer Welle in Verbindung steht, deren Winkel­ stellung (α) zu ermitteln ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusammenwirkende Mikrocon­ troller vorgesehen sind, die mit jedem der beiden Sensor­ systeme in Verbindung stehen und ein gemeinsames Ausgangs­ signal liefern, das der zu messenden Größe entspricht.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sensorsystem nach einem magnetischen Prinzip arbeitet und die Codescheibe aus einem Material mit vorgebbaren magnetischen Eigenschaften gefertigt ist und die Marken als Bereiche mit anderen magne­ tischen Eigenschaften ausgebildet sind und als Sensorelemen­ te Induktivsensoren eingesetzt werden.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung entweder einen Mikrocontroller umfaßt, der beide Sensorsysteme aus­ wertet oder wenigstens zwei Mikrocontroller, die beide Sensorsysteme auswerten und untereinander in Verbindung stehen.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrocontroller Schnitt stellen umfassen, die an die zu erwartenden Erfordernisse anpaßbar sind.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Ermittlung einer Pedal­ wertposition oder einer Drosselklappenposition oder einer Bremspedalposition oder eines Lenkwinkels bzw. Lenkradwin­ kels in einem Fahrzeug verwendet wird.