DE19652988C2 - Winkelsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor zum Abfühlen der Relativpositionen zweier Kraftfahrzeugteile, zum Beispiel ei­ nes Fahrwerks einerseits und eines Chassis andererseits, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen elektrischen Steuersi­ gnals mit mindestens einem Magneten, dem wenigstens ein Hall­ sensor zugeordnet ist, wobei der Magnet und der Hallsensor relativ zueinander verdrehbar gehalten sind und der Hallsen­ sor ein vom jeweiligen Verdrehwinkel der beiden Teile abhän­ giges elektrisches Spannungssignal liefert.

Derartige Winkelsensoren sind aus der DE 44 13 496 C1 be­ kannt. Sie dienen beispielsweise der Steuerung hydraulischer, zwischen den Fahrzeugteilen angeordneter Systeme, um bei­ spielsweise bei Schräglage des Fahrgestells das Chassis in einer bestimmten Lage zu halten. Zu diesem Zweck wird an den Winkelsensor eine das elektrische Steuersignal des Winkelsen­ sors aufnehmende Steuereinheit für die Niveau-Regulierung an­ geschlossen. Der Winkelsensor liefert in Abhängigkeit von der Winkelstellung der beiden Kraftfahrzeugteile ein analoges Spannungssignal, das der jeweiligen Winkelstellung zugeordnet werden kann. Der Verlauf des vom Hallsensor bereitgestellten Spannungssignals in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel ist im we­ sentlichen durch die Ausgestaltung des Hallsensors und dessen relative Positionierung zum Magneten sowie durch die herr­ schende Magnetfeldstärke bestimmt. Durch entsprechende mecha­ nische Justierung kann der Signalverlauf beeinflußt werden. Eine derartige Beeinflussung ist insbesondere dann erforder­ lich, wenn die üblicherweise dem Winkelsensor nachgeordnete Steuereinheit einen definierten Signalverlauf, d. h. eine de­ finierte Abhängigkeit des Spannungssignals von der jeweils vorliegenden Winkelstellung erfordert. Durch die mechanische Justierung kann jedoch der Signalverlauf nur sehr beschränkt beeinflußt werden, da die bei einer bestimmten Relativstel­ lung von Hallsensor und Magnet vorgenommene mechanische Ju­ stierung für den gesamten Bereich der abzufühlenden Relativ­ positionen beibehalten werden muß.

Aus der DE 38 26 408 C2 ist es im Zusammenhang mit einem Drosselklappen-Winkelsensor bekannt, das Spannungssignal bei­ spielsweise eines Hallsensors einem Schaltkreis zuzuführen zur Einstellung der Eingangs-Ausgangscharakteristik des Hall­ sensors. Der Schaltkreis umfaßt hierbei einen Operationsver­ stärker, dessen Null-Niveau mittels eines ersten variablen Widerstandes und dessen Verstärkungsfaktor mittels eines zweiten variablen Widerstandes eingestellt werden kann. Das Ausgangssignal des Schaltkreises kann dann einer Temperatur­ ausgleichsschaltung zugeführt werden. Eine Anpassung des Spannungssignals des Hallsensors in Abhängigkeit vom Verdreh­ winkel zwischen Hallsensor und Magnet ist mittels einer der­ artigen Ausgestaltung nicht möglich.

In der DE 30 30 990 A1 wird eine Linearisierungsschaltung be­ schrieben, mit deren Hilfe ein nicht lineares Ausgangssignal insbesondere eines Thermoelementes linearisiert werden kann. Hierbei läßt sich dem Ausgangssignal des Thermoelementes ein mittels digitaler Signalverarbeitung gewonnenes Korrektursi­ gnal überlagern, so daß sich insgesamt ein lineares Ausgangs­ signal ergibt. Das erforderliche Korrektursignal ist hierbei in einem ROM-Speicher abgespeichert. Eine Veränderung des Korrektursignales durch den Anwender ist nicht möglich.

Die Erzeugung eines Korrektursignales mittels digitaler Sig­ nalverarbeitung wird außerdem in einem Artikel von J. Brignel und A. P. Dorey mit dem Titel "Sensors for microprocessor­ based applications" beschrieben (J. Phys. E: Sci. Instrum., Vol. 16, 1983, Seiten 952 bis 958). Hierbei wird zum Aus­ gleich von Nichtlinearitäten und Parameterabweichungen insbe­ sondere eine Nullpunkt-Korrektur vorgeschlagen. Eine gezielte Beeinflussung der digitalen Korrekturwerte zur Anpassung ei­ nes bestimmten Meßfühlers an eine vorgegebene Situation ist auch mittels dieser Vorgehensweise nicht möglich, d. h. eine individuelle Kalibrierung insbesondere von Drehwinkelsensoren kann nicht erzielt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Winkelsensor der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß er ein an die Anforderungen einer nachgeordneten Steuereinheit anpaßba­ res Spannungssignal bereitstellt, so daß eine individuelle Kalibrierung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Winkelsensor der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Winkel­ sensor eine an den Hallsensor angeschlossene elektronische Korrektureinheit umfaßt zur Anpassung des Spannungssignals an eine an den Winkelsensor anschließbare Steuereinheit, wobei die Korrektureinheit zum Abspeichern von verdrehwinkelabhän­ gigen Korrekturwerten während einer Kalabrierphase einen Schreib-/Lesespeicher aufweist, der mit einem als E²PROM aus­ gebildeten elektronischen Festwertspeicher in elektrischer Verbindung steht.

Mittels der erfindungsgemäßen elektronischen Korrektureinheit kann das vom Hallsensor bereitgestellte Ist-Signal derart korrigiert werden, daß am Ausgang der Korrektureinheit ein Signal abgegriffen werden kann, dessen Spannungswert bei den jeweiligen Relativpositionen von Hallsensor und Magnet den Anforderungen der an den Winkelsensor anschließbaren Steuer­ einheit entspricht. Dies hat den Vorteil, daß zum einen eine einwandfreie Funktion der Steuereinheit gewährleistet wird und daß zum anderen der erfindungsgemäße Winkelsensor für ei­ ne Vielzahl unterschiedlicher Steuereinheiten mit verschiede­ nem Anforderungsprofil an das aufzunehmende Spannungssignal zum Einsatz kommen kann. Ohne daß jeweils eine mechanische Justierung der Relativstellung von Hallsensor und Magnet er­ forderlich ist, kann mittels der erfindungsgemäßen Korrek­ tureinheit das vom Hallsensor bereitgestellte Spannungssignal an die Anforderungen der jeweils zum Einsatz kommenden Steu­ ereinheit angepaßt werden.

Vor dem Meßbetrieb des Winkelsensors in Kombination mit der nachgeordneten Steuereinheit kann zunächst eine Kalibrierung vorgenommen werden. Während dieser Kalibrierung kann das vom Hallsensor bereitgestellte Spannungssignal im Abhängigkeit vom jeweiligen Verdrehwinkel mit dem Soll-Signal verglichen werden, das für eine einwandfreie Funktion der nachgeordneten Steuereinheit erforderlich ist. Durch Vergleich des Ist- Signals mit dem Soll-Signal kann für die jeweils vorliegende Winkelstellung von Hallsensor und Magnet, d. h. für den jewei­ ligen Verdrehwinkel, ein Korrekturwert ermittelt werden, der in dem Schreib-/Lesespeicher abgespeichert wird. Mittels die­ ses Korrekturwerts kann dann während des Meßbetriebs des Win­ kelsensors eine Korrekturspannung erzeugt werden, die in den analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis der Korrektureinheit eingekoppelt wird, so daß am Ausgang der elektronischen Kor­ rektureinheit ein Spannungssignal anliegt, dessen Spannungs­ wert beim jeweiligen Verdrehwinkel dem Soll-Signal der Steu­ ereinheit entspricht.

Um sicherzustellen, daß die abgespeicherten Korrekturwerte im spannungslosen Zustand der Korrektureinheit nicht verloren gehen, ist der Schreib-/Lesespeicher mit einem elektronischen Festwertspeicher in Form eines E²PROM in elektrischer Verbin­ dung. Im E²PROM werden die während der Kalibrierphase ermit­ telten Korrekturwerte abgespeichert, und bei Aktivierung der Versorgungsspannung des Winkelsensors werden die dauerhaft abgespeicherten Korrekturwerte vom E²PROM an den Schreib-/­ Lesespeicher übergeben.

Von Vorteil ist es, wenn die Korrektureinheit einen das Span­ nungssignal des Hallsensors aufnehmenden analogen Signalver­ arbeitungs-Schaltkreis und einen digitalen Korrekturschalt­ kreis umfaßt, wobei der Korrekturschaltkreis in Abhängigkeit vom jeweiligen Verdrehwinkel zwischen Hallsensor und Magneten eine Korrekturspannung zur Einkopplung in den analogen Si­ gnalverarbeitungs-Schaltkreis bereitstellt. Mittels des ana­ logen Signalverarbeitungs-Schaltkreises kann das Ist-Signal des Hallsensors aufgenommen werden, welches sich dann mittels des digitalen Korrekturschaltkreises derart korrigieren läßt, daß am Ausgang der Korrektureinheit ein Spannungssignal an­ liegt, dessen jeweiliger Spannungswert bei einer bestimmten Winkelstellung von Hallsensor und Magnet dem Soll-Signal ent­ spricht, welches die an den Winkelsensor anschließbare Steu­ ereinheit beispielsweise für eine einwandfreie Niveau- Regulierung fordert.

Vorzugsweise umfaßt die Korrektureinheit ein Abfrage- und ein Einkopplungselement zur verdrehwinkelabhängigen Abfrage der im Schreib-/Lesespeicher abgespeicherten Korrekturwerte und zur Einkopplung der den Korrekturwerten entsprechenden Kor­ rekturspannung in den analogen Signalverarbeitungs- Schaltkreis. Mittels des Abfrageelements lassen sich die im Schreib-/Lesespeicher abgespeicherten Korrekturwerte in Ab­ hängigkeit vom jeweils vorliegenden Verdrehwinkel zwischen Hallsensor und Magnet abfragen. Die abgefragten Korrekturwer­ te können dann in das Einkopplungselement eingegeben werden, das in Abhängigkeit von den jeweiligen Korrekturwerten eine Korrekturspannung bereitstellt, die in den analogen Signal­ verarbeitungs-Schaltkreis eingekoppelt wird.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Abfrageein­ heit einen Analog-Digital-Wandler umfaßt zur Digitalisierung des vom Hallsensor bereitgestellten Spannungssignals und zur Ansteuerung des Schreib-/Lesespeichers. Eine derartige Ausge­ staltung ermöglicht es zum einen, während einer Kalibrierpha­ se des Winkelsensors in Abhängigkeit vom jeweiligen Wert des Spannungssignals des Hallsensors für den Schreib-/ Lesespei­ cher Adressen zu generieren. Diese Adressen entsprechen somit dem jeweils vom Hallsensor bereitgestellten Spannungswert, der wiederum von der jeweiligen Winkelstellung von Hallsensor und Magnet abhängig ist. Auf diese Weise können während der Kalibrierphase für den Schreib-/Lesespeicher Adressen gene­ riert werden, die dem jeweils vorliegenden Verdrehwinkel ent­ sprechen. Unter den jeweiligen Adressen können dann während der Kalibrierphase die Korrekturwerte abgespeichert werden, wie voranstehend beschrieben. Während des Meßbetriebs des Winkelsensors wird das vom Hallsensor bereitgestellte Span­ nungssignal mittels des Analog-Digital-Wandlers ebenfalls di­ gitalisiert. Die erzeugten digitalen Spannungswerte ermögli­ chen eine Ansteuerung des Schreib-/Lesespeichers, indem die dem jeweiligen Verdrehwinkel entsprechende Adresse innerhalb des Speichers abgerufen wird, so daß insgesamt der Korrek­ tureinheit verdrehwinkelabhängig der jeweils maßgebliche Kor­ rekturwert zur Verfügung gestellt wird.

Günstig ist es, wenn das Einkopplungselement einen Digital- Analog-Wandler umfaßt zur Analogisierung der von der Abfrage­ einheit abgefragten Korrekturwerte. Eine derartige Ausgestal­ tung ermöglicht eine sehr starke Verminderung des Quantisie­ rungsrauschens der Korrektureinheit, da jeweils nur die Kor­ rekturwerte analogisiert werden, d. h. die Differenzwerte zwi­ schen dem Ist-Signal des Hallsensors und dem Soll-Signal für die nachgeordnete Steuereinheit, nicht aber das gesamte Span­ nungssignal des Hallsensors. Dies ermöglicht es, auf kosten­ günstige Weise ein rauscharmes Spannungssignal für die Steu­ ereinheit zur Verfügung zu stellen.

Es kann vorgesehen sein, den während des Meßbetriebs des Win­ kelsensors abgefragten Korrekturwert mit Hilfe der Einkopp­ lungseinheit unmittelbar in den analogen Signalverarbeitungs- Schaltkreis einzukoppeln. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist allerdings vorgesehen, daß die Einkopp­ lungseinheit ein Vorwahlelement umfaßt zur Einstellung des maximalen Spannungshubs der dem jeweiligen Korrekturwert ent­ sprechenden Korrekturspannung. Dies ermöglicht es, den Wert der in den analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis einzukop­ pelnden Korrekturspannung unabhängig vom jeweiligen Korrek­ turwert zu beeinflussen. Dadurch wird die Möglichkeit gege­ ben, beispielsweise für unterschiedliche Verdrehwinkelberei­ che verschiedene Spannungshube für die Korrekturspannung vor­ zusehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Vorwahlelement elek­ tronisch ansteuerbar ist, so daß eine automatische Umschal­ tung des Vorwahlelements bei einzelnen Verdrehwinkelbereichen möglich ist, bei denen jeweils ein anderer maximaler Span­ nungshub der Korrekturspannung vorgesehen ist.

Als Vorwahlelement kann beispielsweise ein mit dem Schreib-/­ Lesespeicher elektrisch verbundener Decoder zum Einsatz kom­ men.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß der Schreib-/Lesespeicher über eine Schnittstelle mit einem Datenverarbeitungsgerät elektronisch verbindbar ist. Die Schnittstelle kann beispielsweise als I²C-Bus ausge­ staltet sein. Über die Schnittstelle läßt sich der Schreib-/­ Lesespeicher beispielsweise mit einem Personalcomputer ver­ binden, der während der Kalibrierphase zum Einsatz kommt. Über den Personalcomputer können während der Kalibrierphase die Korrekturwerte in den Schreib-/Lesespeicher eingegeben werden. Zu diesem Zweck wird während der Kalibrierphase durch Einsatz des Personalcomputers das vom Hallsensor bereitge­ stellte Spannungssignal mit dem erforderlichen Spannungswert der zum Einsatz kommenden Steuereinheit verglichen, und die Differenz der beiden Werte wird in Abhängigkeit vom jeweils vorliegenden Verdrehwinkel zwischen Hallsensor und Magnet über den Personalcomputer und die Schnittstelle in den Schreib-/Lesespeicher eingegeben.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgese­ hen, daß die Korrektureinheit in ein Gehäuse des Winkelsen­ sors integriert ist. Dies ermöglicht eine kompakte und ko­ stengünstig herstellbare Ausgestaltung des Winkelsensors, der aufgrund der Korrektureinheit für eine Vielzahl unterschied­ licher Steuereinheiten Verwendung finden kann. Das Gehäuse bildet vorteilhafterweise eine elektromagnetische Isolation aus, so daß die elektronische Korrektureinheit vor elektroma­ gnetischer Störstrahlung geschützt ist und eine große elek­ tromagnetische Verträglichkeit aufweist.

Bei einer hohen mechanischen Belastungen standhaltenden Aus­ führungsform ist vorgesehen, daß das Gehäuse einen Lagerbock umgibt, an dem eine Welle verdrehbar gehalten ist, die über einen Stellhebel verdrehbar ist und die den Magneten trägt, und daß die Korrektureinheit eine Leiterplatine umfaßt, die mit dem Lagerbock lösbar verbindbar ist und an der der (die) Hallsensor(en) gehalten ist (sind). Bei der Montage des Win­ kelsensors kann zunächst der Magnet unverdrehbar an der Welle festgelegt werden. Anschließend kann die Korrektureinheit mittels der Leiterplatine mit dem Lagerbock beispielsweise verschraubt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Winkelsensors ist vorgesehen, daß der Hallsensor dem Magneten gegenüberliegend in eine am Lagerbock angeordnete Führung eintaucht. Dies ermöglicht es, den Hallsensor bei der Montage und beim Betrieb des Winkelsensors in definerter Po­ sition am Lagerbock zu halten. Da die Positionierung des Hallsensors durch die Führung vorgegeben ist, kann vor der Montage des Hallsensors der an der Welle verdrehbar festge­ legte Magnet innerhalb des Gehäuses magnetisiert werden, ohne daß eine zusätzliche Justierung der Relativposition zwischen Magnet und Hallsensor erforderlich ist. Kommen mehrere Hall­ sensoren zum Einsatz, so kann für jeden Sensor eine separate Führung vorgesehen sein.

Bei einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Führungen jeweils als einen Hallsensor aufnehmender Durchbruch des Lagerbocks ausgebildet sind.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Lagerbock ei­ nen im wesentlichen U-förmigen Bügel mit zwei Schenkeln um­ faßt, sowie zwei im Abstand zueinander angeordnete, den Bügel seitlich überdeckende Tragplatten, die jeweils eine Lager­ stelle für die Welle ausbilden, und daß jeweils ein Durch­ bruch in die Schenkel des Bügels eingeformt ist. Der Lager­ bock dient somit zum einen der drehbaren Lagerung der Welle, die an den beiden Tragplatten gehalten ist, und zum anderen nimmt der Lagerbock die Hallsensoren auf, die in entsprechende Durch­ brüche der Schenkel des U-förmigen Lagerbocks eintauchen.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Winkelsensor bei abgenommenem Deckel;

Fig. 2: eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3: ein Blockschaltbild einer Korrektureinheit des Winkelsensors.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehener Winkelsensor dargestellt. Dieser umfaßt ein Gehäuse 12 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, in dem eine Welle 14 drehbar gehalten ist, die auf einer Seite (in Fig. 2 rechts gelegen) aus dem Gehäuse 12 herausragt und dort an ihrem freien Ende drehfest mit ei­ nem Stellhebel 16 verbunden ist. Das Gehäuse 12 wird an einem von zwei Fahrzeugteilen, beispielsweise an einem Fahrwerk, fixiert, während der einen Teil eines Gestänges bildende Stellhebel 16 mit seinem freien, in Fig. 2 nicht dargestell­ ten Ende gelenkig mit dem anderen der beiden Fahrzeugteile, beispielsweise dem Chassis, verbunden wird. Wenn sich die beiden Fahrzeugteile relativ zueinander bewegen, wird die Welle 14 um einen bestimmten Winkel verdreht.

Dem Stellhebel 16 benachbart ist am Gehäuse 12 eine die Welle 14 in Umfangsrichtung umgebende Dichtung 18 gehalten, welche zwischen zwei gleitend an der Welle 14 anliegenden Dichtlip­ pen 19 und 20 eine bestimmte Menge eines Schmiermittels 21 einschließt. Ein äußerer Federring 22 preßt die Dichtlippe 19 gegen die Welle 14. Eine in der Dichtung 18 angeordnete Me­ talleinlage 23 drückt die Dichtung 18 radial nach außen gegen das Gehäuse 12 und hält sie dort fest.

Die Welle 14 durchgreift in Längsrichtung ungefähr mittig ei­ ne Zwischenwand 25 des Gehäuses 12 und ist an dieser mittels eines Lagerbockes 27 drehbar gehalten. Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Lagerbock von einem in der Draufsicht U-förmigen Bügel 29 gebildet in Kombination mit einer vorderen und einer hinteren Tragplatte 31 bzw. 32, die den Bügel 29 seitlich abdecken und in Höhe des dem Stellhebel 16 gegenüberliegenden, freien Endes der Welle 14 bzw. in Höhe der Zwischenwand 25 eine vordere und eine hintere Lagerstelle 33 bzw. 34 für die Welle 16 ausbilden. Die hintere Tragplatte 32 liegt an der Zwischenwand 25 des Gehäuses 12 an und ist an dieser mittels pilzförmiger Rastnoppen 35, die entsprechende Rastaufnahmen 36 der hinteren Tragplatte 32 durchgreifen, thermisch verstemmt.

Der U-förmige Bügel 29 und die vordere und die hintere Trag­ platte 31 bzw. 32 sind einstückig ausgestaltet und bilden in ihrer Gesamtheit den Lagerbock 27, der aus Kunststoff gefer­ tigt ist und ein einseitig offenes Innengehäuse ausbildet, an dem die Welle 14 drehbar gehalten ist.

Im Bereich zwischen der vorderen und der hinteren Tragplatte 31 bzw. 32 sitzt auf der Welle 14 drehfest ein ringförmiger Kunststoffmantel 38, der in einer periphären Nut einen Ring­ magneten 40 aufnimmt. Über den Kunststoffmantel 38 ist der Ringmagnet 40 drehfest mit der Welle 14 verbunden und wird von dieser bei ihrer Verdrehung entsprechend mitgenommen. An ihrem die vordere Tragplatte 31 durchgreifenden freien Ende ist an der Welle 14 eine Klemmscheibe 43 vorgesehen, welche die Welle 14 axial sichert.

Auf der dem Stellhebel 16 abgewandten Seite trägt das Gehäuse 12 einen parallel zur Zwischenwand 25 ausgerichteten Deckel 42, der mittels einer Rastverbindung in Form einer auf der Innenseite des Gehäuses 12 umfangsseitig eingeformten Innen­ nut 44 und eines korrespondierenden Rastvorsprungs 45 des Deckels 42 am Gehäuse 12 festgelegt ist. Auf der der Zwi­ schenwand 25 abgewandten Außenseite des Deckels 42 verläuft zwischen diesem und dem Gehäuse 12 eine V-förmige Trennfuge 47, die eine Vergußmasse 48 aufnimmt.

Die dem Deckel 42 zugewandte Außenseite der vorderen Trag­ platte 31 nimmt eine Leiterplatine 50 auf, auf der die elek­ tronischen Bauelemente 52 der nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläuterten Korrektureinheit gehalten sind. Außer den elektronischen Bauelementen 52 sind auf der Leiterplatine 50 einander diagonal gegenüberliegend zwei Hallsensoren 54 und 55 gehalten, die jeweils derart in einen axial verlaufen­ den Durchbruch 57 bzw. 58 der beiden Schenkel des U-förmigen Bügels 29 eintauchen, daß sie an den Innenseiten des Lager­ bocks 27 dem Ringmagneten 40 gegenüberliegen. Die Durchbrüche 57 und 58 bilden somit eine Führung für die Hallsensoren 54 und 55.

Die Hallsensoren 54 und 55 sind sowohl mechanisch als auch elektrisch mit der Leiterplatine 50 verbunden. Diese ist in an sich bekannter und deshalb in der Zeichnung nicht darge­ stellter Weise mit Anschlußsteckern 61 verbunden, an die über entsprechende Buchsen ein elektrisches Verbindungskabel ange­ schlossen werden kann, über das ein mittels der Hallsensoren 54 und 55 und der elektronischen Bauelemente 52 der nachfol­ gend beschriebenen Korrektureinheit erzeugtes Spannungssignal an ein Steuergerät oder dgl. übertragen werden kann.

Die elektronische Korrektureinheit ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Sie ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 64 ver­ sehen. Sie umfaßt im wesentlichen einen analogen Signalverar­ beitungs-Schaltkreis 65 und einen digitalen Korrekturschalt­ kreis 66. Der analoge Signalverarbeitungs-Schaltkreis weist eine Eingangsentkopplung 68 auf, an die das Spannungssignal der Hallsensoren 54 und 55 angeschlossen werden kann. In Fig. 3 ist zur Erzielung einer besseren Übersichtlichkeit le­ diglich der Hallsensor 55 schematisch dargestellt. An die Eingangsentkopplung 68 schließen sich eine Kopplungseinheit 69, ein Filter 70 sowie eine Auskopplungseinheit 71 an, an der ein Ausgangssignal der Korrektureinheit 64 abgegriffen werden kann.

Der digitale Korrekturschaltkreis 66 umfaßt einen Analog- Digital-Wandler 73, der das analoge Spannungssignal des Hall­ sensors 55 am Ausgang der Eingangsentkopplung 68 abgreift und digitalisiert. Die digitalen Spannungswerte werden einem Schreib-/Lesespeicher 74 übergeben, an dessen Ausgang zum ei­ nen ein Digital-Analog-Wandler 75 und zum anderen ein Decoder 76 angeschlossen ist, die ihrerseits mit der Kopplungseinheit 69 des analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis 65 in elek­ trischer Verbindung stehen.

Über eine Schnittstelle 77 kann an den Schreib-/Lesespeicher 74 zum einen ein elektronischer Festwertspeicher 79, zum an­ deren ein Personalcomputer 80 angeschlossen werden. Während des Meßbetriebs des erfindungsgemäßen Winkelsensors ist der Personalcomputer 80 nicht erforderlich, er findet lediglich während einer Kalibrierphase der Korrektureinheit 64 Verwen­ dung. Hierzu wird in den Personalcomputer 80 über einen Ana­ log-Digital-Wandler 81 mit hoher Auflösung (16 Bit) das Aus­ gangssignal des analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreises 65 eingegeben. Zusätzlich steht der Personalcomputer 80 über ei­ ne mechanische Kalibriervorrichtung 82 mit einem Winkelgeber 83 in elektrischer Verbindung.

Der Betrieb der Korrektureinheit 64 erfolgt dergestalt, daß das analoge Spannungssignal des Hallsensors 55 mittels des digitalen Korrekturschaltkreises 66 derart korrigiert wird, daß am Ausgang der Auskopplungseinheit 71 ein Signal abge­ griffen werden kann, das bei jeweils vorliegendem Verdrehwin­ kel einen Spannungswert aufweist, wie er von der an die Kor­ rektureinheit 64 anschließbaren Steuereinheit gefordert wird. Zu diesem Zweck werden während einer Kalibrierphase die am Ausgang der Korrektureinheit 64 anliegenden Spannungswerte über den Analog-Digital-Wandler 81 mit hoher Auflösung digi­ talisiert und in den Personalcomputer 80 eingegeben. Zusätz­ lich erhält der Personalcomputer 80 die den jeweiligen Span­ nungswerten entsprechenden Verdrehwinkel, die vom Winkelgeber 83 über die Kalibriervorrichtung 82 zur Verfügung gestellt werden. Im Personalcomputer 80 werden während der Kalibrier­ phase die Istwerte des analogen Spannungssignals mit Sollwer­ ten verglichen, die bei dem jeweiligen Verdrehwinkel von dem an die Korrektureinheit 64 anschließbaren Steuergerät gefor­ dert werden. Die Differenz der beiden Werte werden über die Schnittstelle 77 in den Schreib-/Lesespeicher 74 des digita­ len Korrekturschaltkreises 66 eingelesen. Die jeweiligen Speicher-Adressen werden von dem Analog-Digital-Wandler 73 zur Verfügung gestellt, der das anloge Spannungssignal des Hallsensors 55 digitalisiert und in Speicher-Adressen für den Schreib-/Lesespeicher 74 umwandelt. Auf diese Weise wird si­ chergestellt, daß während der Kalibrierphase in den Schreib-/­ Lesespeicher 74 den jeweiligen Verdrehwinkeln zugeordnete Korrekturwerte eingelesen werden. Um zu gewährleisten, daß die Korrekturwerte während eines Spannungsausfalls der Kor­ rektureinheit 64 nicht verloren gehen, werden diese zusätz­ lich im elektronischen Festwertspeicher 79, der über die Schnittstelle 77 mit dem Schreib-/Lesespeicher 74 in Verbin­ dung steht, abgespeichert. Der elektronische Festwertspeicher 79 kann beispielsweise als E²PROM ausgebildet sein, der Schreib-/Lesespeicher ist vorteilhafterweise als RAM (Random Access Memory) ausgebildet.

Während des Meßbetriebs des erfindungsgemäßen Winkelsensors wird das analoge Spannungssignal des Hallsensors 55 vom Analog-Digital-Wandler 73 digitalisiert, und die den digita­ len Spannungswerten entsprechenden Speicher-Adressen des Schreib-/Lesespeichers 74 werden abgerufen. Die jeweiligen Speicherinhalte in Form der während der Kalibrierphase abge­ speicherten Korrekturwerte werden dem Digital-Analog-Wandler 75 übergeben, der die Korrekturwerte analogisiert und der Kopplungseinheit 69 übergibt. Diese stellt eine den jeweili­ gen Korrekturwerten entsprechende Korrekturspannung zur Ver­ fügung, die in den analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis eingekoppelt wird, so daß das analoge Spannungssignal des Hallsensors 55 entsprechend den Anforderungen des an die Kor­ rektureinheit 64 anschließbaren Steuergeräts korrigiert wer­ den kann.

Der maximale Spannungshub, der mittels der Korrekturwerte in den analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis eingekoppelt werden soll, kann mittels des Decoders 76 eingestellt werden. Von Vorteil ist es, mehrere Bereiche mit unterschiedlichem Spannungshub vorzusehen, so daß innerhalb des abgetasteten Verdrehwinkelbereiches unterschiedliche Genauigkeitsklassen für die Korrektur erzielt werden können.

Das korrigierte Spannungssignal wird von der Kopplungseinheit 69 an das an sich bekannte Filter 70 übergeben, das die li­ neare Eigenschaft und das Potentiometerverhalten des Winkel­ sensors sicherstellt. Das Filter 70 wird derart dimensio­ niert, daß seine Ansprechzeit etwas länger ist als die Zeit der Fehlerkorrektur des digitalen Korrekturschaltkreises 66, so daß die Korrektureinheit 64 insgesamt als "real time sy­ stem" mit der Zeitkonstanten des Filters 70 wirkt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Ansprechzeit des Fil­ ters 2 µs beträgt, während die Korrekturzeit 1,5 µs beträgt.

Das gefilterte und korrigierte Signal wird anschließend an die Auskopplungseinheit 71 übergeben, an dem das Ausgangs­ signal der Korrektureinheit 64 abgegriffen werden kann.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein berüh­ rungsloser Winkelsensor zur Verfügung gestellt, der bei iden­ tischem Eingangssignal unterschiedliche Ausgangssignale zur Verfügung stellen kann. Hierbei wird das Quantisierungsrau­ schen der Korrektureinheit dadurch minimiert, daß lediglich die Differenz zwischen dem Ist-Signal des Hallsensors 55 und dem Sollwert mittels des Digital-Analog-Wandlers 75 wieder in den analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis 65 eingekoppelt wird, nicht jedoch die gesamte Eingangsspannung.

Claims (13)

1. Winkelsensor zum Abfühlen der Relativpositionen zweier Kraftfahrzeugteile, zum Beispiel eines Fahrwerks einer­ seits und eines Chassis andererseits, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen elektrischen Steuersignals mit mindestens einem Magneten, dem wenigstens ein Hall­ sensor zugeordnet ist, wobei der Magnet und der Hall­ sensor relativ zueinander verdrehbar gehalten sind und der Hallsensor ein vom relativen Verdrehwinkel der bei­ den Teile abhängiges elektrisches Spannungssignal lie­ fert, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelsensor (10) eine an den Hallsensor angeschlossene elektronische Korrektureinheit (64) umfaßt zur Anpassung des Span­ nungssignals an eine an den Winkelsensor (10) an­ schließbare Steuereinheit, wobei die Korrektureinheit (64) zum Abspeichern von verdrehwinkelabhängigen Kor­ rekturwerten während einer Kalibrierphase einen Schreib-/Lesespeicher (74) aufweist, der mit einem als E²PROM ausgebildeten elektronischen Festwertspeicher (79) in elektrischer Verbindung steht.

2. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit (64) einen das Spannungssignal des Hallsensors (54, 55) aufnehmenden analogen Signal­ verarbeitungs-Schaltkreis (65) und einen digitalen Kor­ rekturschaltkreises (66) umfaßt, wobei der Korrektur­ schaltkreis (66) in Abhängigkeit vom jeweiligen Ver­ drehwinkel eine Korrekturspannung zur Einkopplung in den analogen Signalverarbeitungs-Schaltkreis (65) be­ reitstellt.

3. Winkelsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korrektureinheit (64) eine Abfrage- und eine Einkopplungseinheit (75 bzw. 69) umfaßt zur verdrehwinkelabhängigen Abfrage der im Schreib- /Lesespeicher (74) abgespeicherten Korrekturwerte und zur Einkopplung der den Korrekturwerten entsprechenden Korrekturspannung in den analogen Signalverarbeitungs- Schaltkreis (65).

4. Winkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageeinheit einen Analog-Digital-Wandler (73) umfaßt zur Digitalisierung des vom Hallsensor (55) bereitgestellten Spannungssignals und zur Ansteuerung des Schreib-/Lesespeichers (74).

5. Winkelsensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einkopplungseinheit einen Digital- Analog-Wandler (75) umfaßt zur Analogisierung der von der Abfrageeinheit (73) abgefragten Korrekturwerte.

6. Winkelsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplungseinheit ein Vorwahlelement (76) um­ faßt zur Einstellung des maximalen Spannungshubs der Korrekturspannung.

7. Winkelsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwahlelement (76) elektronisch ansteuerbar ist.

8. Winkelsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreib-/Lesespeicher (74) über eine Schnittstelle (77) mit einem Datenverar­ beitungsgerät (80) elektronisch verbindbar ist.

9. Winkelsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelsensor (10) ein Gehäuse (12) umfaßt, in das die Korrektureinheit (64) integriert ist.

10. Winkelsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen Lagerbock (27) umgibt, an dem eine über einen Stellhebel (16) verdrehbare Welle (14) verdrehbar gehalten ist, die den Magneten (40) trägt, und daß die Korrektureinheit (64) eine Leiter­ platine (50) umfaßt, die mit dem Lagerbock (27) lösbar verbindbar ist und an der der Hallsensor (54, 55) ge­ halten ist.

11. Winkelsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallsensor (54, 55) dem Magneten (40) gegen­ überliegend in eine am Lagerbock (27) angeordnete Füh­ rung (57, 58) eintaucht.

12. Winkelsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung als den Hallsensor (54, 55) aufnehmen­ der Durchbruch (57 bzw. 58) des Lagerbocks (27) ausge­ bildet ist.

13. Winkelsensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (27) einen im wesentlichen U-förmigen Bügel (29) mit zwei Schenkeln umfaßt sowie zwei im Ab­ stand zueinander angeordnete, den Bügel (29) seitlich abdeckende Tragplatten (31, 32), die jeweils eine La­ gerstelle für die Welle (14) ausbilden, und daß jeweils ein Durchbruch (57 bzw. 58) in die Schenkel des Hügels (29) eingeformt ist.