EP1920220A2 - Positionssensor und verfahren zum betreiben eines positionssensors - Google Patents

Positionssensor und verfahren zum betreiben eines positionssensors

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EP1920220A2
EP1920220A2 EP06778295A EP06778295A EP1920220A2 EP 1920220 A2 EP1920220 A2 EP 1920220A2 EP 06778295 A EP06778295 A EP 06778295A EP 06778295 A EP06778295 A EP 06778295A EP 1920220 A2 EP1920220 A2 EP 1920220A2
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EP
European Patent Office
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hall elements
voltage
bands
sensor
hall
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06778295A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Awizio
Jürgen BETHKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
VDO Automotive AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH, VDO Automotive AG filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP1920220A2 publication Critical patent/EP1920220A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2497—Absolute encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/02—Selector apparatus
    • F16H59/08—Range selector apparatus
    • F16H59/10—Range selector apparatus comprising levers
    • F16H59/105—Range selector apparatus comprising levers consisting of electrical switches or sensors

Definitions

  • the present invention relates to a position sensor and a method for operating a position sensor.
  • ⁇ electrically evaluable position sensors are used, for example, based on Hall elements.
  • a series of Hall elements in a linear arrangement is provided to form a position sensor over which a carriage is moved without contact.
  • the carriage is equipped in the direction of movement per Hall sensor with a strip of permanent magnets, these strips are bit-coded.
  • Each Hall element is thus in any possible position of the carriage with the magnetic field of a permanent magnet in contact, resulting in each case a more or less strong measurement signal. Based on this measurement signal of each of the Hall elements is concluded by an evaluation ⁇ electronics on a current position of the carriage.
  • these signals are discrete in the transmitter, ie processor-independent, decoded to chen ermögli ⁇ early enabling to start the engine.
  • the unique positions P and N serve as a releasing bit pattern. Any other position prevents the vehicle from starting.
  • Selector area switch such sensors are also designed for operation in the interior of a machine, ie for use within a transmission.
  • Output signals of the position sensors are evaluated by the electronic circuit with which the position sensors must be electrically connected. Such a connection is realized in various embodiments by a flexible film, a stamped grid, or a wiring harness. It is an object of the present invention to improve the connection between position sensors and a respective transmitter.
  • the voltage bands are restructured as follows: four bands represent the four possible binary switching states of the two semiconductor elements. These four voltage bands are separated by three intermediate bands or logically undefined regions. At the top and bottom of even this voltage ⁇ scale, the two bands for a respective short circuit case.
  • each fully diagnosable output signal of a Hall element has five contiguous voltage bands: Two voltage bands correspond to the permissible data signals. Between these two bands lies a logically undefined area. At the upper and at the lower end of the voltage scale are each the so-called short-circuit areas with egg ⁇ ner conductive connection to the supply voltage or to ground. The short circuit area and the undefined area represent all possible error cases according to the prior art.
  • the effort according to the invention compared to devices and methods according to the prior art significantly reduced.
  • the strips of permanent magnets on the slider are formed opposite to adjacent strips according to Gray coding. This will show every position change by exactly one bit change. Each position transition is thus clearly detectable and detectable.
  • the strips (7) of permanent magnets (8) on the slide (6) are arranged opposite adjacent strips (7) such that each change in position is indicated by two bit changes.
  • the Hall elements are then followed by a binary coding of the resulting secondary signal via a resistance network. This resistor network is designed in such a way that all diagnostic voltage bands are recorded in conjunction with subsequent evaluation electronics. The fact that instead of 4 only 2 signals are transmitted, the circuit complexity is reduced both on the sensor carrier, as well as on the transmitter.
  • each signal output of a clean primary signal requires two resistors to represent the voltage bands.
  • the pairwise combination of primary signals to one secondary signal eliminates one resistor per Hall cell pair.
  • On the receiving side or on the side of the transmitter only half as many input signals must be protected, filtered and he ⁇ sums. As a result, two capacitors and one resistor can be omitted in a circuit per Hall cell pair.
  • On the processor side an analogue measuring input is also released within the evaluation electronics per Hall cell pair.
  • a sensor arrangement is connected to a voltage supply of the actuators of the transmission via a voltage-limiting and / or voltage-regulating switching part.
  • RISTOR by a Zener diode, Va, a voltage regulator, a voltage divider or the like can thus already present in the gearbox and Ge ⁇ led into supply voltage for the same time Supply of the Hall elements can be used.
  • a separate line for the supply voltage of the Hall sensors is required according to the prior art.
  • a respective output for the transmission of measurement signals to a Auswer- te electronics is short-circuit proof and verpolungsgekart from ⁇ out .
  • Actuators are usually already located inside a sensor carrier according to the state of the art, wherein a positive, un ⁇ regulated supply voltage is already provided in the transmission for the actuators, which is generally well above the sensor supply voltage level. According to the present embodiment of the invention can be dispensed with due to the integration on a Kurz practitionerfes ⁇ activity and a reverse polarity protection of the sensor supply.
  • the additional buffering of the sensor supply required according to the prior art can be dispensed with. It is between the transmitter as an energy source and the sensor carrier with the Hall elements and circuit technology seen no great distance. This can save a capacitor.
  • Figure 1 a schematic representation of an electrical
  • Figure 2 is a diagram showing the structure of the voltage bands used in static, analog signal transmission.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electrical circuit 1 from a position sensor 2 with a transmitter 3, which is connected via an interface 4.
  • the interface 4 also provides an electrical connection of the position sensor 2 with an actuator
  • the position sensor 2 comprises Hall elements H 1 , H 2 , H n , H n + I.
  • the Hall elements H 1 , H 2 , H n , H n + i are connected via a voltage-limiting or voltage-regulating switching part 5 to the actuator power supply V DD , so that provided for this purpose in known devices additional contact in the Interface 4 can be omitted.
  • a movable carriage 6 is non-contact with the series of Hall elements Hi, H 2 , H n , H n + I in contact via magnetic fields, wherein the carriage 6 in the direction of movement S each Hall sensor with a strip 7 of bit-coded permanent magnet - th 8 is provided.
  • the strips 7 of permanent magnets 8 on the carriage or slide 6 are formed and arranged opposite respective adjacent strips 7 according to a Gray coding. This ensures that each change in position of the carriage 6 is displayed via the Hall elements Hi, H 2 , H n , H n + I by one bit change.
  • each strip 7 comprises a total of 16 permanent magnets 8 in order to image the states occurring in a modern automatic transmission.
  • a specific output signal is generated via the magnetic field in a respective Hall element.
  • the secondary signals Al, A2 are subsequently transmitted via the interface 4 to the evaluation electronics 3.
  • Evaluation electronics 3 consists of one with a reference voltage V re f for each of the incoming secondary signals Al, A2 signal processing SPl, SP2 connected via an RC network. At the output of the signal processing SP1, SP2 binary result values are available.
  • the table of Figure 2 shows the structure of the voltage bands used.

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  • Arrangement Or Mounting Of Control Devices For Change-Speed Gearing (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors. Um bei einem Positionssensor, insbesondere einem Wählbereichssensor in einem Automatik-Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein beweglicher Schlitten berührungslos mit einer Reihe von Hall-Elementen in magnetischem Kontakt steht, wobei der Schlitten in Bewegungsrichtung je Hall-Sensor mit einem Streifen aus bit-codierten Permanentmagneten versehen ist, eine Auswerteelektronik mit den Hall-Elementen zur Übermittlung von Messsignalen jedes der Hall-Elemente verbunden ist, wobei die Auswerteelektronik zur Bestimmung einer aktuellen Position des Schlittens auf Basis von Messsignalen jedes der Hall-Elemente ausgebildet ist, die Verbindung zwischen dem Positionssensor und einer jeweiligen Auswerteelektronik zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Signalausgänge von jeweils zwei Hall-Elementen zur Addition der Ausgangssignale zusammengefasst sind.

Description

Beschreibung
Positionssensor und Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors.
Ein wichtiges Einsatzgebiet für Positionssensoren betrifft das Feld der Automatik-Getriebe in Kraftfahrzeugen. Hier gilt es, einen jeweiligen Fahrmodus Park, Reverse, Neutral, Drive bzw. P, R, N, D sowie zusätzliche Fahrmodi 2, 3, 4 als Posi¬ tion mittels eines Positionssensors zu ermitteln, der hier auch als Wählbereichssensor bezeichnet wird.
Als weitgehend verschleißfreie Positionssensoren werden hier¬ zu elektrisch auswertbare Positionssensoren beispielsweise auf Basis von Hall-Elementen verwendet. In einer bekannten Vorrichtung ist zur Ausbildung eines Positionssensors eine Reihe von Hall-Elementen in linearer Anordnung vorgesehen, über der ein Schlitten berührungslos hinweg bewegt wird. Der Schlitten ist in Bewegungsrichtung je Hall-Sensor mit einem Streifen aus Permanentmagneten bestückt, wobei diese Streifen bit-codiert sind. Jedes Hall-Element steht somit in jeder möglichen Stellung des Schlittens mit dem magnetischen Feld eines Permanentmagneten in Kontakt, wodurch sich jeweils ein mehr oder weniger starkes Messsignal ergibt. Auf Basis dieses Messsignals jedes der Hall-Elemente wird durch eine Auswerte¬ elektronik auf eine aktuelle Position des Schlittens ge- schlössen. Weiterhin werden diese Signale in der Auswerteelektronik diskret, d.h. prozessor-unabhängig, dekodiert, um eine frühzeitige Anlassfreigabe zum Motorstart zu ermögli¬ chen. Die eindeutigen Positionen P und N dienen als freigebendes Bitmuster. Jede andere Position verhindert das Anlas- sen des Fahrzeugs. Als sog. Wählbereichsschalter werden derartige Sensoren auch für einen Betrieb im Innenraum einer Maschine ausgelegt, also für einen Einsatz innerhalb eines Getriebes. Ausgangssignale der Positionssensoren werden von der elektronischen Schaltung ausgewertet, mit der die Positionssensoren elektrisch verbunden werden müssen. Eine derartige Verbindung wird in verschiedenen Ausführungsformen durch eine flexible Folie, ein Stanzgitter, oder aber einen Kabelbaum realisiert. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbindung zwischen Positionssensoren und einer jeweiligen Auswerteelektronik zu verbessern .
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wird dabei in einem Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors mit mindestens zwei Hall-Elementen, die berührungslos von einem Schlitten überstrichen werden, wobei der Schlitten in Bewegungsrichtung je Hall-Sensor einen Streifen aus Permanentmagneten trägt und die Streifen bitcodiert sind, vorgesehen, dass die Ausgangssignale von je- weils zwei Hall-Elementen zusammengefasst werden. Aus zwei Primärsignalen wird also ein Sekundärsignal gebildet, das nachfolgend zur Positionsbestimmung ausgewertet wird. Dabei liegen diese beiden Hall-Elemente bzw. Zellen vorzugsweise direkt zueinander benachbart. Während also nach dem Stand der Technik das Zustandssignal einer jeden Hall-Zelle analog sta¬ tisch übertragen wurde, wird erfindungsgemäß nun ein neues Sekundärsignal aus zwei Ausgangssignalen benachbarter Hall- Elemente durch Zusammenfassung von zwei Primärsignalen gebildet. Diese Reduzierung von Signalleitungen stellt eine Ver- besserung dar, weil nun Verbindungen zwischen einem Positionssensor und einer zugehörigen Auswerteelektronik weniger umfangreich ausfallen. Flexible Folien, Stanzgitter, oder a- ber Kabelbäume, auf jeden Fall aber Steckverbindungen können damit bei höherer Zuverlässigkeit und geringerem Aufwand her- gestellt werden. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass eine Anordnung einer Auswerteelektronik in der hochtemperierten und aggressiven Umgebung eines Getriebes kostspielig und auf- wändig ist, werden vermehrt Auswerteelektroniken wieder außerhalb eines Getriebes angeordnet. In diesen Fällen ist die Breite eines Datenbusses oder einer Versorgungs- und Messlei¬ tung für den Preis und die Zuverlässigkeit eines Positions- sensors von hoher Bedeutung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Spannungsbänder wie folgt neu strukturiert: vier Bänder geben die vier möglichen binären Schaltzustände der beiden HaIl- Elemente wieder. Diese vier Spannungsbänder werden durch drei Zwischenbänder bzw. logisch Undefinierte Bereiche voneinander getrennt. Am oberen und unteren Ende auch dieser Spannungs¬ skala befinden sich die beiden Bänder für einen jeweiligen Kurzschluss-Fall . Nach dem Stand der Technik weist dagegen jedes voll diagnostizierbare Ausgangssignal eines Hall- Elements fünf aneinander liegende Spannungsbänder auf: Zwei Spannungsbänder entsprechen den zulässigen Datensignalen. Zwischen diesen beiden Bändern liegt ein logisch Undefinierter Bereich. Am oberen und am unteren Ende der Spannungsskala liegen jeweils die so genannten Kurzschluss-Bereiche mit ei¬ ner leitenden Verbindung zur Versorgungsspannung bzw. nach Masse. Der Kurzschluss-Bereich und der Undefinierte Bereich geben nach dem Stand der Technik alle möglichen Fehlerfälle wieder. Damit ist der Aufwand erfindungsgemäß gegenüber Vor- richtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik deutlich gemindert .
Vorzugsweise sind die Streifen von Permanentmagneten an dem Schieber gegenüber benachbarten Streifen gemäß einer Gray- Codierung ausgebildet. Damit wird jede Positionsänderung durch genau eine Bit-Änderungen angezeigt. Ein jeder Positionsübergang ist damit zweifelsfrei erkenn- und detektierbar . In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Streifen (7) von Permanentmagneten (8) an dem Schieber (6) gegenüber be- nachbarten Streifen (7) so angeordnet, dass jede Positionsänderung durch gleich zwei Bit-Änderungen angezeigt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt an die Hall-Elemente anschließend eine binäre Codierung des sich ergebenden Sekundärsignals über ein Widerstandsnetzwerk. Dieses Widerstandsnetzwerk ist so ausgelegt, dass in Verbindung mit einer nachfolgenden Auswerteelektronik auch alle Diagnose-Spannungsbänder erfasst werden. Dadurch, dass nun statt 4 nur 2 Signale übertragen werden, reduziert sich der Schaltungsaufwand sowohl auf dem Sensorträger, als auch an der Auswerteelektronik. Nach dem Stand der Technik benötigt jeder Signalausgang eines reinen Primärsignals zwei Widerstände, um die Spannungsbänder darstellen zu können. Durch die paarweise Zusammenlegung von Primärsignalen zu je einem Sekundärsignal entfällt ein Widerstand pro Hall-Zellen-Paar. Empfangsseitig bzw. auf der Seite der Auswerteelektronik müssen nur noch halb so viele Eingangssignale geschützt, gefiltert und er¬ fasst werden. Dadurch können in einer Schaltung pro Hall- Zellen-Paar zwei Kondensatoren und ein Widerstand entfallen. Auf der Prozessorseite wird innerhalb der Auswerteelektronik pro Hall-Zellen-Paar außerdem ein analoger Messeingang frei.
Ferner ist trotz der zu je einem Sekundärsignal zusammenge- fassten Primärsignale eine direkt diskrete Dekodierung mög¬ lich. Hierdurch wird eine einfache Anlassfreigabe realisiert. Voraussetzung hierzu ist eine geeignete Reihenfolge der HaIl- Zellen bzw. Hall-Elemente, d.h. eine Zusammenfassung der Primärsignale in der Form, dass die Spannungsbänder für P- und N-Position dicht nebeneinander liegen. Dadurch müssen statt bisher 4 nun nur noch 2 Signale mit dem P- und N-Muster verglichen werden.
Vorteilhafter Weise wird eine erfindungsgemäße Sensoranord¬ nung über ein spannungsbegrenzendes und/oder spannungsregeln- des Schaltteil an eine Spannungsversorgung der Aktuatoren des Getriebes angeschlossen. Durch eine Zener-Diode, einen Va- ristor, einen Spannungsregler, einen Spannungsteiler oder dergleichen kann somit eine ohnehin vorhandene und in das Ge¬ triebe hineingeleitete Versorgungsspannung gleichzeitig zur Versorgung der Hall-Elemente verwendet werden. Dagegen wird nach dem Stand der Technik je eine separate Leitung für die Versorgungsspannung der Hall-Sensoren benötigt. Ein jeweiliger Ausgang zur Übermittlung von Messsignalen an eine Auswer- teelektronik ist kurzschlussfest und verpolungsgeschützt aus¬ zuführen. Dabei befinden sich bereits nach dem Stand der Technik auch Aktuatoren in der Regel innerhalb eines Sensorträgers, wobei für die Aktuatoren bereits eine positive, un¬ geregelte Versorgungsspannung im Getriebe vorgesehen ist, die in der Regel deutlich über der Sensorversorgungsspannungsebe- ne liegt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann aufgrund der Integration auf eine Kurzschlussfes¬ tigkeit sowie einen Verpolschutz der Sensorversorgung verzichtet werden.
Weiterhin kann auf die nach dem Stand der Technik erforderliche zusätzliche Pufferung der Sensorversorgung verzichtet werden. Es liegt zwischen der Auswerteelektronik als Energiequelle und dem Sensorträger mit den Hall-Elementen auch schaltungstechnisch gesehen keine große Entfernung. Damit kann ein Kondensator eingespart werden.
Durch eine hier paarweise vorgenommene Zusammenfassung von mehreren Primärsignalen als Ausgangssignale der Hall-Elemente des Positionssensors über ein Widerstandsnetzwerk wird die
Zahl der Anschlüsse an dem Positionssensor verringert. Außerdem wird die Zuverlässigkeit der Schnittstellenverbindung erhöht, da insgesamt Schnittstellen entfallen. Bei einer Übermittlung von Sensor-Ausgangssignalen nach der vorstehend be- schriebenen Signalaufbereitung an eine außerhalb des Getriebes gelegene Auswerteelektronik können nun Steckverbinder mit einer geringeren Pol-Anzahl verwendet werden. Hierdurch lassen sich neben einer Steigerung der Zuverlässigkeit derartiger elektrischer Verbindungen auch Kostensenkungspotentiale erschließen. Bei Verwendung der sensorinternen Spannungsbegrenzung erhöht sich darüber hinaus der Eingangsspannungsbereich des Positionssensors. Dabei wird der Schaltungsaufwand für die Sensor¬ spannungsversorgung reduziert, wobei zusätzlich noch ein An- Schluss bzw. Pol im Bereich der Schnittstelle bzw. des Ste¬ ckers entfällt.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungs¬ gemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Ausfüh- rungsbeispiel anhand von Abbildungen der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer elektrischen
Schaltung eines Positionssensors mit Hall-Elementen und einer angeschlossenen Auswerteelektronik und
Figur 2: ein Diagramm zur Darstellung der Struktur der verwendeten Spannungsbänder bei statischer, analoger Signalübertragung.
Figur 1 zeigt als schematische Darstellung eine elektrische Schaltung 1 aus einem Positionssensor 2 mit einer Auswerteelektronik 3, die über eine Schnittstelle 4 angeschlossen ist. Die Schnittstelle 4 stellt zudem eine elektrische Ver- bindung des Positionssensors 2 mit einer Aktuator-
Spannungsversorgung VDD und einem gemeinsamen Bezugspotential für Masse GND her.
Der Positionssensor 2 umfasst im vorliegenden Ausführungsbei- spiel Hall-Elemente H1, H2, Hn, Hn+I . Die Hall-Elemente H1, H2, Hn, Hn+i sind über ein spannungsbegrenzendes oder spannungsre- gelndes Schaltteil 5 an die Aktuator-Spannungsversorgung VDD angeschlossen, so dass ein zu diesem Zweck in bekannten Vorrichtungen vorgesehener zusätzlicher Kontakt im Bereich der Schnittstelle 4 entfallen kann. Ein beweglicher Schlitten 6 steht berührungslos mit der Reihe von Hall-Elementen Hi, H2, Hn, Hn+I in Kontakt über magnetische Felder, wobei der Schlitten 6 in Bewegungsrichtung S je Hall- Sensor mit einem Streifen 7 aus bit-codierten Permanentmagne- ten 8 versehen ist. Die Streifen 7 von Permanentmagneten 8 an dem Schlitten bzw. Schieber 6 sind gegenüber jeweils benachbarten Streifen 7 gemäß einer Gray-Codierung ausgebildet und angeordnet. Damit wird erreicht, dass jede Positionsänderung des Schlittens 6 über den Hall-Elemente Hi, H2, Hn, Hn+I durch jeweils eine Bit-Änderung angezeigt wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst jeder Streifen 7 insgesamt 16 Permanentmagneten 8, um die in einem modernen Automatikgetriebe auftretenden Zustände abzubilden. Je nach Schaltstellung bzw. Position eines Streifens 7 an dem Schlitten 6 über dem zugehörigen Hall-Elemente Hi, H2, Hn, Hn+I wird über das magnetische Feld in einem jeweiligen Hall-Element ein bestimmtes Ausgangssignal erzeugt.
Signalausgänge von jeweils zwei Hall-Elementen sind zur Addi¬ tion der jeweiligen primären Ausgangssignale zur Bildung jeweils eines Sekundärsignals zusammengefasst , wobei die Hall- Elemente jeweils direkt zueinander benachbart angeordnet sind. Die Ausgangssignale des Paars von Hall-Elementen Hi, H2 wird dementsprechend zu einem Sekundärsignal Al zusammenge- fasst, die Ausgangssignale des Paars von Hall-Elementen Hn, Hn+i zu dem Sekundärsignal A2. An diese Paare von Hall- Elementen Hi, H2 und Hn, Hn+i anschließend ist hierzu jeweils ein Widerstandsnetzwerk 9, 10 aus jeweils zwei seriellen Wi- derständen RSi und einem parallel geschaltetem Widerstand
RPDi zur binären Codierung des sich ergebenden Sekundärsignals Al, A2 vorgesehen.
Die Sekundärsignale Al, A2 werden nachfolgend über die Schnittstelle 4 an die Auswerteelektronik 3 übertragen. Die
Auswerteelektronik 3 besteht für jedes der eingehenden Sekundärsignale Al, A2 aus einem mit einer Referenzspannung Vref über ein RC-Netzwerk verbundene Signalverarbeitung SPl, SP2. Am Ausgang der Signalverarbeitungen SPl, SP2 liegen dann binäre Ergebniswerte vor. Die Tabelle von Figur 2 zeigt die Struktur der verwendeten Spannungsbänder.
Zusätzlich werden die Sekundärsignale Al, A2 in der Auswerte¬ elektronik 3 zusätzlich parallel in einer Dekodiereinheit DEC verarbeitet, deren Ergebnis eine prozessorunabhängige Anlass¬ freigabe ist. Diese Freigabe zum Anlassen des Fahrzeug-Motors wird dann gegeben, wenn von der Auswerteelektronik 3 eine N- oder P-Position über den Wählbereichssensor erkannt wird.
Der Index n zeigt in der Abbildung von Figur 1 an, dass diese Anordnung jeweils um gradzahlige Vielfache erweitert werden kann. Die paarweise Zusammenfassung bringt binäre Ergebnisse hervor, während beispielsweise eine Zusammenfassung von drei Hall-Elementen nach einer Tristate-Logik bzw. Drei-Zustands- Logik verarbeitet werden könnte.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors, insbesondere eines Wählbereichssensors in einem Automatik- Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Schlitten be¬ rührungslos über eine Reihe von Hall-Elementen hinweg be¬ wegt wird, wobei der Schlitten in Bewegungsrichtung je Hall-Sensor einen Streifen aus bit-codierten Permanentmagneten trägt, und auf Basis eines Messsignals jedes der Hall-Elemente durch eine Auswerteelektronik auf eine ak¬ tuelle Position des Schlittens geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale von jeweils zwei Hall-Elementen (Hi, H2, Hn, Hn+i) als Primärsignale zu einem Sekundärsig- nal (Al, A2) zusammengefasst und nachfolgend ausgewertet werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Bänder die vier möglichen binären Schaltzustände der beiden schaltungstechnisch zusammengefassten Hall- Elemente (Hi, H2, Hn, Hn+i) wiedergeben, wobei diese vier Spannungsbänder durch drei Zwischenbänder bzw. logisch Undefinierte Bereiche voneinander getrennt werden.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (7) von Permanentmagneten (8) an dem Schieber (6) gegenüber benachbarten Streifen (7) gemäß einer Gray-Codierung angeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (7) von Permanentmagneten (8) an dem Schieber (6) gegenüber benachbarten Streifen (7) so angeordnet werden, dass jede Positionsänderung durch gleich zwei Bit-Änderungen angezeigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine binäre Codierung des sich erge¬ benden Sekundärsignals über ein Widerstandsnetzwerk (9, 10) vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung über ein span- nungsbegrenzendes und/oder spannungsregelndes Schaltteil (5) von einem Versorgungsspannungspfad der Aktuatoren des Getriebes her mit elektrischer Energie versorgt wird.
7. Positionssensor, insbesondere ein Wählbereichssensor in einem Automatik-Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein beweglicher Schlitten berührungslos mit einer Reihe von Hall-Elementen in magnetischem Kontakt steht, wobei der Schlitten in Bewegungsrichtung je Hall-Sensor mit einem Streifen aus bit-codierten Permanentmagneten versehen ist, eine Auswerteelektronik mit den Hall-Elementen zur Übermittlung von Messsignalen jedes der Hall-Elemente verbunden ist, wobei die Auswerteelektronik zur Bestimmung einer aktuellen Position des Schlittens auf Basis von Messsignalen jedes der Hall-Elemente ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dadurch zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist, dass die Signalausgänge von jeweils zwei Hall- Elementen (Hi, H2, Hn, Hn+i) zur Addition der Ausgangssig- nale zusammengefasst sind.
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diese beiden Hall-Elemente (Hi, H2, Hn, Hn+i) direkt zueinander benachbart angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbänder in dem Se¬ kundärsignal neu strukturiert sind, indem vier Bänder die vier möglichen binären Schaltzustände der beiden mitein- ander verbundenen Hall-Elemente (Hi, H2, Hn, Hn+i) wiedergeben, wobei diese vier Spannungsbänder durch drei Zwischenbänder bzw. logisch Undefinierte Bereiche voneinan- der getrennt sind und am oberen und unteren Ende dieser Spannungsskala sich die beiden Bänder für einen jeweili¬ gen Kurzschluss-Fall befinden.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (7) von Perma¬ nentmagneten (8) an dem Schieber (6) gegenüber benachbarten Streifen (7) gemäß einer Gray-Codierung ausgebildet und angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hall-Elemente (Hi, H2, Hn, Hn+i) anschließend ein Widerstandsnetzwerk (9, 10) zur binären Codierung des sich ergebenden Sekundärsignals (Al, A2) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung über ein spannungsbegrenzendes und/oder spannungsregelndes Schalt- teil (5) an eine Versorgungsspannung der Aktuatoren des Getriebes angeschlossen ist, insbesondere durch eine Ze- ner-Diode, einen Varistor, einen Spannungsregler oder einen Spannungsteiler.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (2) mit einer Auswerteelektronik (3) über eine Schnittstelle (4) elektrisch verbunden ist, die zur Übertragung von Sekundärsignalen (Al, A2) nur zwei Kontakte aufweist.
EP06778295A 2005-08-31 2006-08-21 Positionssensor und verfahren zum betreiben eines positionssensors Withdrawn EP1920220A2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005041324A DE102005041324A1 (de) 2005-08-31 2005-08-31 Positionssensor und Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors
PCT/EP2006/065507 WO2007025894A2 (de) 2005-08-31 2006-08-21 Positionssensor und verfahren zum betreiben eines positionssensors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1920220A2 true EP1920220A2 (de) 2008-05-14

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ID=37684917

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06778295A Withdrawn EP1920220A2 (de) 2005-08-31 2006-08-21 Positionssensor und verfahren zum betreiben eines positionssensors

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