DE19639801A1

DE19639801A1 - Sensor arrangement for position detection of moving parts

Info

Publication number: DE19639801A1
Application number: DE1996139801
Authority: DE
Inventors: Ansgar Grass
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-02
Also published as: WO1998013668A1

Abstract

The present invention relates to a sensor system (24) intended for locating moveable elements (20), preferably for retrieving a parking place by means of a windscreen wiper (12, 14). The sensor is used for making the edge of the voltage test signal (UM) steeper, thereby reducing the lack of accuracy when determining the location of the moveable element (20). The inventive system (24) includes a Hall sensor (30) and a control magnet (32) mobile relative to said captor and preferably so mounted on a rotating part (30) that, in case of relative motion by the mobile element (20) in the direction of movement, the control magnet (32) gets closer to the Hall sensor, aided by the attractive force first from the magnetic north pole (N) and then from the magnetic south pole.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung zur Positionserfassung von bewegbaren Teilen mit einem Hallsensor und einem relativ dazu bewegbaren Steuermagneten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention is based on a sensor arrangement Position detection of moving parts with one Hall sensor and a control magnet movable relative thereto according to the preamble of the main claim.

Es ist bereits ein Hallsensorsystem bekannt (EP-OS-505 372) mit dem Positionen, Winkelstellungen und Abstände erfaßt werden können. Wird ein Steuermagnet in die Nähe des Hallsensors gebracht, so wird in diesem, infolge des sich vergrößernden Magnetfelds, eine ansteigende Meßspannung erzeugt. Mit Hilfe einer nachgeschalteten Schwellwertstufe kann die Annäherung des Steuermagneten digital erfaßt werden. So werden Hallsensoren als Hallschalter zur Positionserfassung bewegbarer Teile eingesetzt.It is already a Hall sensor system known (EP-OS-505 372) with the Positions, angular positions and distances can be recorded can. If a control magnet is close to the Hall sensor is brought in, as a result of the increasing Magnetic field, an increasing measuring voltage generated. With help a downstream threshold level can approximate of the control magnet are recorded digitally. So be Hall sensors as Hall switches for position detection moving parts used.

Nachteilig wirkt sich die relativ flach ansteigende Flanke der Meßspannung auf die Positionsbestimmung des bewegbaren Teiles aus. Da die Schwellwertstufe im Bereich der Flanke zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert der Meßspannung schaltet ist die Position des zu bewegenden Teils nur in einem relativ weiten Positionsbereich des Steuermagneten erfaßbar.The relatively flat rising edge has a disadvantageous effect the measuring voltage to determine the position of the movable Part. Since the threshold level in the area of the edge between a minimum and a maximum value of Measuring voltage switches is the position of the to be moved Partly only in a relatively wide position range of the Control magnet detectable.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Flanke des Meßspannungssignals schneller ansteigen zu lassen und damit die Genauigkeit bei der Positionserfassung des zu bewegenden Teils zu erhöhen.The aim of the present solution is to flank the Let the measuring voltage signal rise faster and thus the accuracy in the position detection of the to be moved Partially increase.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil durch die veränderte Anordnung des Steuermagneten gegenüber dem Hallsensor bei Vorbeibewegen des Steuermagneten am Hallsensor ein verändertes Meßspannungssignal mit steiler Flanke zu erzeugen, so daß die nachgeschaltete Schwellwertstufe genauer eine bestimmte Position des Steuermagneten und damit des zu bewegenden Teils zur Auslösung eines Schaltvorganges erfaßt.The sensor arrangement according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage of changed arrangement of the control magnet compared to the Hall sensor when the control magnet moves past Hall sensor a changed measuring voltage signal with steeper Generate edge so that the downstream Threshold value more precisely a certain position of the Control magnets and thus the part to be moved Triggering of a switching process is detected.

Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Besonders vorteilhaft ist, daß bei der Relativbewegung des Steuermagneten zum Hallsensor die induzierte Meßspannung von negativen zu positiven Vorzeichen wechselt, wenn der Steuermagnet zuerst mit seinem Nordpol, nachfolgend mit seinem Südpol dem Hallsensor angenähert wird. Durch den Vorzeichenwechsel der Meßspannung wird die Flanke an dieser Position sehr steil, so daß diese Position des Steuermagneten zum Hallsensor genau erfaßbar ist. Through the measures listed in the subclaims there are advantageous further developments and improvements of the features specified in the main claim. Especially it is advantageous that in the relative movement of the Control magnet to the Hall sensor the induced measuring voltage of negative to positive sign changes when the Control magnet first with its north pole, then with its south pole is approached to the Hall sensor. By the The edge at this change in the sign of the measuring voltage Position very steep, so this position of the Control magnet for the Hall sensor is precisely detectable.

Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung eines SMD-Hallsensors für eine kostengüstige Fertigung.Another advantage is the use of an SMD Hall sensor for cost-effective production.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen,An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description explained. Show it,

Fig. 1 eine Skizze eines Kraftfahrzeugscheibenwischers mit einem Antriebsmotor, einem Stirnrad, einem Getriebe, mindestens einem Wischarm und einen als Parklagensensor ausgebildeten Hallsensor, Fig. 1 is a sketch of an automobile windshield with a drive motor, a spur gear, a transmission, at least one wiper arm and a position sensor designed as a Hall sensor Park,

Fig. 2 eine Sensoranordnung mit einem Hallsensor und einem Steuermagneten für eine Scheibenwischanlage nach Fig. 1, Fig. 2 shows a sensor arrangement with a Hall sensor and a control magnet for a windshield wiper system according to Fig. 1,

Fig. 3 ein Meßspaunungssignal des Hallsensors bei Vorbeibewegen des Steuermagneten am Hallsensor. Fig. 3 shows a measurement voltage signal of the Hall sensor when the control magnet moves past the Hall sensor.

Description of the embodiment

Fig. 1 zeigt eine Scheibenwischanlage für ein Kraftfahrzeug mit teilweise dargestellter Windschutzscheibe 10, wobei die Scheibenwischanlage aus zwei Wischhebeln 12, 14 besteht, die mittels eines normalen Wischgestänges 16 und eines 4-Gelenk-Wischgestänges 18 mit dem Stirnrad 20 eines Schneckengetriebes 21 mit Antriebsmotor 22 kraftübertragend verbunden sind. Den Wischhebeln 12, 14 sind Wischerblätter 13, 15 zugeordnet. Am Umfang des Stirnrads 20 ist die Position des Parklagensensors 24 angedeutet, der die Parklage 26 der Wischerblätter 13, 15 erfaßt. Mit Strichpunkt skizziert ist die Begrenzung der Wischfläche 28 beider Wischerblätter 13, 15 auf der Windschutzscheibe 10. Nicht dargestellt ist eine an sich bekannte signalverarbeitende Anordnung, die entweder im Hallsensor integriert (digitaler Hallsensor), als separates Bauteil ausgeführt oder in eine an sich bekannte Wischersteuerung integriert ist. Fig. 1 shows a windshield wiper system for a motor vehicle with a partially shown the windshield 10, the windshield wiper system of two wiper levers 12, 14 is, by means of a normal wiping linkage 16 and a 4-bar wiper rod 18 with spur gear 20 a worm gear 21 with drive motor 22 are connected to transmit power. Wiper blades 13 , 15 are assigned to wiper levers 12 , 14 . The position of the parking position sensor 24 , which detects the parking position 26 of the wiper blades 13 , 15, is indicated on the circumference of the spur gear 20 . The delimitation of the wiper surface 28 of both wiper blades 13 , 15 on the windshield 10 is sketched with a semicolon. Not shown is a signal processing arrangement known per se, which is either integrated in the Hall sensor (digital Hall sensor), designed as a separate component or integrated in a wiper control known per se.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen, als Parklagensensor 24 ausgebildeten, Sensoranordnung. Sie enthält einen unipolaren Hallsensor 30 und einen Steuermagneten 32. Der Steuermagnet 32 ist auf dem drehbaren Stirnrad 20 des Antriebsmotors 22 am äußeren Rand befestigt, so daß bei Drehung des Stirnrades 20 in Pfeilrichtung zuerst der Nordpol N und nachfolgend der Südpol S des Steuermagneten 32 an den räumlich am Getriebegehäuse fixierten Hallsensor 30 vorbeigeführt wird. Die eingezeichneten Magnetfeldlinien 34 treten am Nordpol N aus und treten am Südpol S ein. Ihre Richtung ist durch Pfeilspitzen gekennzeichnet. Fig. 2 shows the construction according to the invention, designed as a parking position sensor 24, sensor array. It contains a unipolar Hall sensor 30 and a control magnet 32 . The control magnet 32 is attached to the rotatable spur gear 20 of the drive motor 22 on the outer edge, so that when the spur gear 20 rotates in the direction of the arrow, first the north pole N and then the south pole S of the control magnet 32 are guided past the Hall sensor 30 which is spatially fixed to the gear housing. The drawn magnetic field lines 34 emerge at the north pole N and enter at the south pole S. Their direction is indicated by arrowheads.

Fig. 3 zeigt ein durch die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 2 erzeugtes Meßspannungssignal U_M aufgetragen über den Weg x des auf dem Stirnrad 20 angebrachten Steuermagneten 32. Der Kurvenverlauf spiegelt eine Situation wider, in der die Wischerblätter 13, 15 sich nach dem Wischen ihrer Parklage 26 nähern, die Parklage 26 überwischen und sich in Wischrichtung weiterbewegen. Zeitgleich bewegt sich der Steuermagnet 32 auf den Hallsensor 30 zu und an ihm vorbei. Das Meßspannungssignal U_M des Hallsensors 30 schlägt dabei erst in negative Richtung aus und anschließend in positive Richtung. Die Amplitude des Ausschlags ist unter anderem abhängig von der Magnetfeldstärke 34, die im Hallsensor 30 wirkt. Die Position des Steuermagneten 32 zu dem Hallsensor 30 bei maximalem negativen Ausschlag entspricht ungefähr der in Fig. 2 dargestellten Position. Bei größer werdenden Abstand von Steuermagneten 32 zu Hallsensor 30 geht der Ausschlag gegen null. Auf der positiven, ansteigenden Flanke sind für den Schaltvorgang zwei Grenzwerte U_M,min, U_M,max vorgegeben. Diesen Grenzwerten sind Positionen x1, x2 des Steuermagneten 32 zugeordnet. Fig. 3 shows a signal generated by the inventive arrangement of FIG. 2 measured voltage U _M plotted against the distance x of the spur gear 20 mounted on the control magnet 32. The course of the curve reflects a situation in which the wiper blades 13 , 15 approach their parking position 26 after wiping, wipe over the parking position 26 and continue to move in the wiping direction. At the same time, the control magnet 32 moves towards and past the Hall sensor 30 . The measuring voltage signal U _{M of} the Hall sensor 30 first deflects in the negative direction and then in the positive direction. The amplitude of the deflection depends, among other things, on the magnetic field strength 34 that acts in the Hall sensor 30 . The position of the control magnet 32 with respect to the Hall sensor 30 at the maximum negative deflection corresponds approximately to the position shown in FIG. 2. As the distance between control magnet 32 and Hall sensor 30 increases , the deflection approaches zero. On the positive, rising edge, two limit values U _{M, min} , U _{M, max are} specified for the switching process. Positions x1, x2 of the control magnet 32 are assigned to these limit values.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Sensoranordnung wird nun anhand Fig. 3 beschrieben.The mode of operation of the sensor arrangement according to the invention will now be described with reference to FIG. 3.

Im Wischbetrieb wird die Windschutzscheibe 10 innerhalb der Wischfläche 28 gewischt und/oder gereinigt. Nach dem letzten Wischzyklus sollen die Wischerblätter 13, 15 in der Parklage 26 abgelegt werden. Die Parklage 26 der Wischerblätter 13, 15 wird durch den erfindungsgemäßen Parklagensensor 24 erfaßt, indem das Meßspannungssignal U_M des Parklagensensors 24 an eine an sich bekannte signalauswertende Anordnung weitergeleitet wird, die das Meßspannungssignal U_M auswertet und den Antriebsmotor 22 in der Parklage 26 abschaltet oder stillsetzt.In the wiping operation, the windshield 10 is wiped and / or cleaned within the wiping surface 28 . After the last wiping cycle, the wiper blades 13 , 15 are to be deposited in the parking position 26 . The parking position 26 of the wiper blades 13 , 15 is detected by the parking position sensor 24 according to the invention, in that the measuring voltage signal U _{M of} the parking position sensor 24 is forwarded to a signal-evaluating arrangement known per se, which evaluates the measuring voltage signal U _M and switches off the drive motor 22 in the parking position 26 or stops.

Sobald sich die Wischerblätter 13, 15 ihrer Parklage 26 nähern, nähert sich ebenfalls der auf dem Stirnrad 20 des Motors 22 befestigte Steuermagnet 32 dem Hallsensor 30. Das Magnetfeld 34 des Steuermagneten 32 durchdringt dabei den Hallsensor 30. Da der Steuermagnet 32 sich zuerst mit seinem Nordpol N dem Hallsensor 30 nähert, induziert die zu der Hallsensorfläche senkrechte Komponente des Magnetfelds 34a eine negative Meßspannung U_M im Hallsensor 30, die zu der signalverarbeitenden Anordnung geführt wird. Gelangt der Südpol S des Steuermagneten 32 in den Wirkungsbereich des Hallsensors 30, so wird die Hallsensorfläche mit einem entgegengesetzt gerichteten Magnetfeld 34b durchflutet, das eine positive Meßspannung U_M induziert. Der Richtungswechsel des Magnetfelds 34 bedingt im Übergangsbereich ein Vorzeichenwechsel der Meßspannung U_M und bewirkt einen steilen und schnellen Spannungsanstieg vor und nach dem Nulldurchgang (U_M = 0). Diese steile Flanke wird genutzt, um die Parklage 26 festzulegen. Innerhalb des Intervalls von U_M,min und U_M,max detektiert die signalauswertende Anordnung den Spannungsanstieg und schaltet daraufhin den Motor 22 aus. Durch den steilen Spannungsanstieg sind die zugeordneten Positionen x1, x2 des Steuermagneten 32 eng begrenzt, so daß die Parklagetoleranzen klein sind.As soon as the wiper blades 13 , 15 approach their parking position 26 , the control magnet 32 fastened on the spur gear 20 of the motor 22 also approaches the Hall sensor 30 . The magnetic field 34 of the control magnet 32 penetrates the Hall sensor 30 . Since the control magnet 32 first approaches the Hall sensor 30 with its north pole N, the component of the magnetic field 34 a perpendicular to the Hall sensor surface induces a negative measurement voltage U _M in the Hall sensor 30 , which leads to the signal processing arrangement. If the south pole S of the control magnet 32 reaches the effective range of the Hall sensor 30 , the Hall sensor surface is flooded with an oppositely directed magnetic field 34 b, which induces a positive measuring voltage U _M. The change in direction of the magnetic field 34 causes a change in the sign of the measuring voltage U _M in the transition region and causes a steep and rapid voltage rise before and after the zero crossing (U _M = 0). This steep flank is used to fix the parking position 26 . Within the interval of U _{M, min} and U _{M, max,} the signal-evaluating arrangement detects the voltage rise and then switches off the motor 22 . Due to the steep rise in voltage, the assigned positions x1, x2 of the control magnet 32 are narrowly limited, so that the parking position tolerances are small.

In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Sensoranordnung zur Positionserkennung von Wischblättern verwendet werden. So kann z. B. bei Anordnung der Sensoranordnung an hin- und hergehenden Teilen der Wischanlage die obere und untere Umkehrlage der Wischer beim Wischbetrieb erfaßt werden und über eine Steuerung der Antriebsmotor ausgeschaltet, stillgesetzt oder reversiert werden.In alternative embodiments, the Sensor arrangement for position detection of wiper blades be used. So z. B. with arrangement of Sensor arrangement on back and forth parts of the Wiper system the upper and lower reverse position of the wiper at Wiping operation can be detected and controlled by the Drive motor switched off, stopped or reversed will.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung findet überall dort Verwendung, wo Positionen, Winkelstellungen, Abstände und daraus abgeleitete Größen, wie z. B. Drehzahl, zu bestimmen sind. Mit einer Steuerung sind ebenfalls genaue Zählvorrichtungen zu erhalten.The sensor arrangement according to the invention can be found everywhere there Use where positions, angular positions, distances and derived quantities, such as. B. speed to determine are. With a controller are also accurate Get counting devices.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist durch analoge oder digitale Hallsensor-Bauelemente realisierbar, die in SMD-Technik auf eine Leiterplatte angebracht werden können. The sensor arrangement according to the invention is by analog or digital Hall sensor components can be implemented using SMD technology can be attached to a circuit board.

Dabei können je nach Verwendungszweck unipolare oder bipolare Hallsensoren verwendet werden.Depending on the intended use, unipolar or bipolar Hall sensors can be used.

Claims

1. Sensor arrangement ( 24 ) for detecting the position of movable parts ( 20 ), preferably for detecting the parking position of a windshield wiper ( 12 , 14 ), with a Hall sensor ( 30 ) and a control magnet ( 32 ) movable relative thereto, the latter arranged on the preferably rotatable part ( wherein the active at the Hall sensor (30) portion of the magnetic field (34) of the control magnet (32) is 20) as a measurement voltage (U _M) via a signal output of the Hall sensor (30) can be detected and evaluated characterized in that the control magnet (32) is arranged in such a way that when the movable part ( 20 ) moves relative to one another in the direction of movement, the control magnet ( 32 ) first with its one pole, preferably the north pole (N), and subsequently with its opposite pole, preferably the south pole (S), the Hall sensor ( 30 ) is approximated.

2. Sensor arrangement ( 24 ) according to claim 1, characterized in that the relative movement of the control magnet ( 32 ) to the Hall sensor ( 30 ) first induces a negative measuring voltage (U _M ) and then a positive measuring voltage (U _M ).

3. Sensor arrangement ( 24 ) according to claim 1 or 2, characterized in that it contains a unipolar, digital SMD Hall sensor ( 30 ).

4. Sensor arrangement ( 24 ) according to one of the preceding claims, characterized in that when the control magnet ( 32 ) moves past the Hall sensor ( 30 ) by reversing the direction of the magnetic field component ( 34 ) effective on the Hall sensor ( 30 ), the transition from negative to positive measuring voltage (U _M ) runs so steep that the position (x1, x2) of the part ( 20 ) to be moved can be detected in a narrow position range of the control magnet ( 32 ).