DE19937206A1 - Position determination arrangement for detecting seat position in airbag activity system - Google Patents
Position determination arrangement for detecting seat position in airbag activity systemInfo
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Abstract
Positionsbestimmungseinrichtung, DOLLAR A enthaltend wenigstens einen Magnetsensor (10), dessen Ausgangsgröße von der Richtung eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes abhängt, und einen mit einem beweglichen Bauteil (16), dessen Position zu bestimmen ist, gekoppelten Magnetstab (20), der relativ zu dem Magnetsensor beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetstab (20) längs seiner Länge derart unterschiedlich magnetisiert ist, daß die längs seiner Länge aus seiner Oberfläche austretenden bzw. in seine Oberfläche eintretenden magnetischen Feldlinien unterschiedliche Winkel (alpha) mit seiner Längsrichtung bilden.Position determining device, DOLLAR A, comprising at least one magnetic sensor (10), the output variable of which depends on the direction of a magnetic field acting on it, and a magnetic rod (20) coupled to a movable component (16), the position of which is to be determined Magnetic sensor is movable, characterized in that the magnetic rod (20) is magnetized differently along its length such that the magnetic field lines emerging from its surface or entering its surface form different angles (alpha) with its longitudinal direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Positionsbestimmungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Airbageinrichtung in einem Kraftfahr zeug. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetstabes für solche Einrichtungen.The invention relates to a position determining device according to the preamble of claim 1. The invention relates further on an airbag device in a motor vehicle stuff. In addition, the invention relates to a method for Manufacture of a magnetic rod for such devices.
Die Bestimmung der Position eines Fahrzeugsitzes in einem Kraftfahrzeug ist beispielsweise erforderlich, wenn das Fahr zeug mit einer sogenannten Memoryfunktion ausgestattet ist. Bei dieser Komfortfunktion kann der Fahrzeugsitz, insbesonde re Fahrersitz, entsprechend auf einem Datenträger gespeicher ten Daten selbsttätig in vorbestimmte Positionen bewegt wer den. Diese vorbestimmten Positionen können von Fahrzeugbenut zern eingestellt werden und werden in der eingestellten Stel lung auf den Datenträger eingelesen. Die dabei üblicherweise verwendeten Sensoren sind Potentiometer oder digitale Hall sonden, die mit entsprechenden Stellmotoren zur Sitzverstel lung verbunden sind. In jüngerer Zeit werden Sicherheits systeme, insbesondere Airbagsysteme eingesetzt, die ihren Be trieb selbsttätig an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Dabei spielt für die Auslösung und/oder das Aufblasen eines Airbags die Position des Fahrzeuginsassen relativ zum Airbag eine Rolle. Eine Größe, die diese Position maßgeblich beein flußt, ist die Position des Fahrzeugsitzes. Es besteht daher ein zunehmender Bedarf an Positionsbestimmungssensoren, die den hohen Anforderungen genügen, die an die Sicherheitselek tronik eines Kraftfahrzeugs gestellt werden. Determining the position of a vehicle seat in one Motor vehicle is required, for example, when driving is equipped with a so-called memory function. With this comfort function, the vehicle seat, in particular right driver's seat, correspondingly stored on a data carrier data is automatically moved to predetermined positions the. These predetermined positions can be used by the vehicle be set and are in the set position read on the data carrier. The usual way sensors used are potentiometers or digital Hall probes with appropriate servomotors for the seat adjuster are connected. More recently security has become systems, in particular airbag systems used, their Be automatically adapt to different conditions. One plays for the release and / or the inflation Airbags the position of the vehicle occupant relative to the airbag a role. A size that significantly influences this position is the position of the vehicle seat. It therefore exists an increasing need for positioning sensors that meet the high demands placed on the security elec tronics of a motor vehicle be put.
Aus der Druckschrift "Magnetic Sensors Giant Magnetic Regi sters", Application Notes 10.98 der Siemens AG, ist ein Ma gnetsensor bekannt, dessen elektrischer Widerstand von der Richtung eines ihn durchsetzenden Magnetfeldes abhängt. Der Aufbau eines solchen auch als "Giant Magneto Resistor" (GMR) bezeichneten Magnetsensors ist in Fig. 9 dargestellt. Zwi schen zwei aus Eisen oder anderem weichmagnetischem Material bestehenden, verhältnismäßig dicken Schichten 4 befindet sich ein Stapel 6 von Schichten, die abwechselnd aus hartmagneti schem Material, wie Kobalt, und nichtmagnetischem Material, wie Kupfer, bestehen. Die nichtmagnetischen Schichten trennen die weichmagnetischen Schichten von den hartmagnetischen Schichten und die hartmagnetischen Schichten untereinander. Die Kupferschichten sind so dünn, daß eine Spin-Kopplung zwi schen den hartmagnetischen Schichten besteht, so daß diese einen künstlichen Antiferromagneten bilden.From the publication "Magnetic Sensors Giant Magnetic Regi sters", Application Notes 10.98 from Siemens AG, a magnetic sensor is known, the electrical resistance of which depends on the direction of a magnetic field passing through it. The structure of such a magnetic sensor, also known as a “giant magneto resistor” (GMR), is shown in FIG. 9. Between two's made of iron or other soft magnetic material, relatively thick layers 4 there is a stack 6 of layers which alternately consist of hard magnetic material, such as cobalt, and non-magnetic material, such as copper. The non-magnetic layers separate the soft magnetic layers from the hard magnetic layers and the hard magnetic layers from one another. The copper layers are so thin that there is a spin coupling between the hard magnetic layers, so that they form an artificial antiferromagnet.
Wenn ein entsprechend Fig. 9 aufgebauter Magnetsensor 10 ge mäß Fig. 10 in das Magnetfeld beispielsweise eines zweipoli gen Stabmagneten 12 gebracht wird, werden die weichmagneti schen Schichten 4 an dessen Ober- und Unterseite von dem Magnetfeld des Stabmagneten 12 magnetisiert, wobei die Magnet feldlinien ihre Richtung entsprechend einer Drehung des Stab magneten 12 ändern. Die hartmagnetischen, beispielsweise aus Kobalt bestehenden Schichten des Stabes 6 dagegen behalten ihre Magnetisierungsrichtung bei. Insgesamt führt dies dazu, daß der elektrische Widerstand des Magnetsensors 10 bei Be aufschlagung mit einem Strom I entsprechend Fig. 10 von der Richtung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schichten 4 und damit der Richtung der auf dem Magnetsensor 10 einwirken den Magnetfeldlinien abhängt. If a magnetic sensor 10 constructed according to FIG. 9 is brought into the magnetic field, for example of a dipole rod magnet 12 according to FIG. 10, the soft magnetic layers 4 are magnetized on the upper and lower sides thereof by the magnetic field of the rod magnet 12 , the magnetic field lines change their direction according to a rotation of the rod magnet 12 . The hard magnetic layers of the rod 6 , for example consisting of cobalt, on the other hand maintain their magnetization direction. Overall, this leads to the fact that the electrical resistance of the magnetic sensor 10 upon loading with a current I according to FIG. 10 depends on the direction of the magnetization of the soft magnetic layers 4 and thus the direction of the magnetic field lines acting on the magnetic sensor 10 .
Solche sogenannte GMR-Magnetsensoren werden bisher hauptsäch lich in Drehwinkelgebern verwendet, in denen eine Auflösung von wenigen Hundertstel Grad erreicht werden kann. Auch li neare Wegsensoren werden unter Verwendung von GMR- Magnetsensoren gebaut. Dazu wird ein Dipolmagnet ähnlich wie der Dipolmagnet 12 der Fig. 10 an einem Magnetsensor 10 vor beigeführt. Der gekrümmte Verlauf des Magnetfeldes sorgt da bei für eine sich stetig ändernde Richtung der den Magnetsen sor durchdringenden Feldlinien. Bei Verwendung eines Dipolma gneten läßt sich so ein Winkelbereich des Feldes von max. 180° erfassen. Die Kennlinie des Wegsensors wird dabei u. a. vom Abstand und Winkel des Magnetsensors zum Dipolmagneten be stimmt. Diese Art von Wegsensor wird meist für Wegstrecken von wenigen Millimetern eingesetzt. Für größere Wegstrecken, beispielsweise mehrere Dezimeter, ist sie ungeeignet, da bei einem Dipolmagneten von mehreren Dezimetern Länge die Feldli nien nahe dem Umfang über eine weite Strecke annähernd paral lel zur Oberfläche verlaufen. Lediglich nahe den Enden des Dipolmagneten ändert sich die Feldrichtung deutlich. Dies hat zur Folge, daß ein solcher Wegsensor, in einem weitem Bereich eine sehr niedrige Empfindlichkeit besitzt. Bewegt man den als Dipol ausgebildeten Stabmagneten in größerem Abstand vom Sensor in dessen Längsrichtung, so ist der Gradient des Fel des zwar linearer; die Feldstärke nimmt jedoch ab.Such so-called GMR magnetic sensors have so far been mainly used in rotary encoders in which a resolution of a few hundredths of a degree can be achieved. Linear displacement sensors are also built using GMR magnetic sensors. For this purpose, a dipole magnet similar to the dipole magnet 12 of FIG. 10 is inserted in front of a magnetic sensor 10 . The curved course of the magnetic field ensures a continuously changing direction of the field lines penetrating the magnet sensor. When using a dipole magnet, an angular range of the field of max. Capture 180 °. The characteristic curve of the displacement sensor is determined, inter alia, by the distance and angle of the magnetic sensor from the dipole magnet. This type of displacement sensor is mostly used for distances of a few millimeters. For longer distances, for example several decimeters, it is unsuitable, since with a dipole magnet of several decimeters in length, the field lines run almost parallel to the surface for a long distance near the circumference. The field direction only changes significantly near the ends of the dipole magnet. The result of this is that such a displacement sensor has a very low sensitivity over a wide range. If you move the bar magnet designed as a dipole at a greater distance from the sensor in its longitudinal direction, the gradient of the field is indeed more linear; however, the field strength decreases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsbe stimmungseinrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau, hoher Funktionssicherheit und guter Empfindlichkeit zur Posi tionsbestimmung von über größere Strecken, beispielsweise über mehrere Dezimeter, beweglichen Bauteilen, geeignet ist.The invention has for its object a Positionsbe to create a mood device with a simple structure, high functional reliability and good sensitivity to the posi tion determination of over longer distances, for example over several decimeters, moving components.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ge löst. This task is ge with the features of the main claim solves.
Dadurch, daß der Magnetstab längs seiner Länge derart magne tisiert ist, daß die Feldlinien des von ihm ausgehenden Ma gnetfelds längs seiner Länge unterschiedliche Winkel mit sei ner Längsrichtung bilden, läßt sich die Feldrichtung relativ zu der Magnetsensorbaugruppe bei einer Bewegung des Magnetstabes gezielt ändern, so daß auch größere Bewegungen si cher erfaßt werden können. Der auf die Richtung der Feldlini en ansprechende Magnetsensor kann unterschiedlichster Bauart sein, beispielsweise seine Induktivität, Kapazität oder eine sonstige meßbare Eigenschaft ändern.The fact that the magnetic rod so magne along its length It is tized that the field lines of the Ma gnetfelds along its length with different angles Form ner longitudinal direction, the field direction can be relative to the magnetic sensor assembly when the Change the magnetic rod in a targeted manner so that even larger movements are possible cher can be detected. The one on the direction of the Feldlini The appealing magnetic sensor can be of various designs be, for example, its inductance, capacitance or one change other measurable property.
Vorteilhafterweise ist gemäß dem Anspruch 2 der Magnetsensor wie anhand Fig. 9 und 10 beschrieben aufgebaut und ändert seinen elektrischen Widerstand.The magnetic sensor is advantageously constructed as described with reference to FIGS. 9 and 10 and changes its electrical resistance.
Die Unteransprüche 3 bis 6 sind auf vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen der Positionsbestimmungseinrichtung gerich tet.The sub-claims 3 to 6 are advantageous features and Further developments of the position determining device tet.
Die Positionsbestimmungseinrichtung eignet sich für vielerlei Einsatzzwecke, bei denen die Position eines beweglichen Bau teils mit verhältnismäßig großer Bewegungsamplitude bestimmt werden soll. Dabei kann das bewegliche Bauteil in zweckent sprechender Weise mit dem erfindungsgemäß magnetisierten Magnetstab gekoppelt sein, so daß der Magnetstab vorteilhafter weise eine Längsbewegung längs des Magnetsensors ausführt, auch wenn das bewegliche Bauteil verdreht, verkippt oder sonstwie bewegt wird.The position determining device is suitable for many things Purpose where the position of a movable structure partly determined with a relatively large movement amplitude shall be. The movable component can be useful speaking manner with the magnetized according to the invention Magnetic rod can be coupled, so that the magnetic rod more advantageous executes a longitudinal movement along the magnetic sensor, even if the movable component is twisted, tilted or otherwise moving.
Die Positionsbestimmungseinrichtung kann, da der Magnetstab dem Magnetsensor unmittelbar benachbart sein kann, kompakt und platzsparend ausgeführt sein. The position determining device can, since the magnetic rod can be directly adjacent to the magnetic sensor, compact and be designed to save space.
Besonders vorteilhaft ist gemäß dem Anspruch 7 die Verwendung der erfindungsgemäßen Positionsbestimmungseinrichtung in der Airbag-Einrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei der die Position eines Fahrzeugsitzes, an dem der Magnetstab angebracht ist, außerordentlich zuverlässig bestimmt werden kann.According to claim 7, the use is particularly advantageous the position determining device according to the invention in the Airbag device of a motor vehicle, in which the position a vehicle seat to which the magnetic rod is attached, can be determined extremely reliably.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird ein einfacher, kompak ter Aufbau erzielt.With the features of claim 8 is a simple, compact structure achieved.
Der Anspruch 9 kennzeichnet ein vorteilhaftes Herstellungs verfahren für einen Magnetstab, wie er in den vorgenannten Einrichtungen verwendet wird.The claim 9 characterizes an advantageous manufacturing method for a magnetic rod, as described in the aforementioned Facilities is used.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläu tert.The invention is based on the schematic drawing for example and with further details tert.
Es stellen dar:They represent:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf einen Fahrzeugsitz mit Positionsbestimmungseinrichtung, Fig. 1 is a schematic plan view of a vehicle seat with position-determining device,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 zur Erläute rung der Magnetisierung des Magnetstabes, Fig. 2 shows an enlarged detail of FIG. 1 for Erläute tion of magnetization of the magnetic rod,
Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Magnetstab mit schematisch dargestellten Magneten, Fig. 3 is a plan view of a magnetic bar with a schematically shown magnets,
Fig. 4 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Magnetstabes, Fig. 4 shows a device for producing a magnetic bar,
Fig. 5 und 6 Blockschaltbilder von Magnetsensorbaugruppen, FIGS. 5 and 6 are block diagrams of magnetic sensor modules,
Fig. 7 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer Ausführungsform der Positionsbestimmungseinrichtung mit zwei in gegenseitigem Abstand angebrachten Magnetsensoren, Fig. 7 is a Fig. 2 similar view of an embodiment of the positioning device with two mounted in spaced magnetic sensors,
Fig. 8 Kurven zu Erläuterung der Funktion der Anordnung gem. Fig. 8 curves to explain the function of the arrangement acc.
Fig. 7 und Fig. 9 und 10 zwei schematische Ansichten eines Magnetfeld sensors gemäß dem Stand der Technik. Fig. 7 and Fig. 9 and 10 show two schematic views of a magnetic sensor according to the prior art.
In Fig. 1 ist gestrichelt angedeutet ein Fahrersitz 16 eines Kraftfahrzeuges, an dem ein Magnetstab 20 befestigt ist, der bei einer Längsverschiebung des Fahrersitzes 16 sich längs eines Magnetsensors 10 bewegt, der gem. Fig. 9 aufgebaut und fahrzeugfest angebracht ist.In Fig. 1, a driver's seat 16 of a motor vehicle is indicated by dashed lines, to which a magnetic rod 20 is attached, which moves along a magnetic sensor 10 when the driver's seat 16 is displaced longitudinally. Fig. 9 is constructed and attached to the vehicle.
Der Magnetsensor 10 ist mit einem Steuergerät 24 verbunden, das den Betrieb einer im Lenkrad vor dem Fahrersitz unterge brachten Airbagbaugruppe 26 steuert.The magnetic sensor 10 is connected to a control unit 24 which controls the operation of an airbag assembly 26 housed in the steering wheel in front of the driver's seat.
Der Aufbau und die Funktionsweise solcher Airbageinrichtungen sind an sich bekannt und werden daher nicht erläutert.The construction and operation of such airbag devices are known per se and are therefore not explained.
In einem Speicher des Steuergerätes 29 sind Positionen des Fahrersitzes zusammen mit jeweiligen Ausgangssignalen des Magnetsensors 10 abgelegt, so daß entsprechend dem jeweiligen Ausgangssignal die Position des Fahrersitzes erkannt wird und der Betrieb der Airbagbaugruppe 26 daran angepaßt werden kann.Positions of the driver's seat are stored in a memory of the control device 29 together with respective output signals of the magnetic sensor 10 , so that the position of the driver's seat is recognized in accordance with the respective output signal and the operation of the airbag assembly 26 can be adapted to it.
Es versteht sich, daß die Anordnung nicht nur für den Fahrer sitz, sondern auch für den Beifahrersitz oder weitere ver schiebbare Sitze, die mit Airbageinrichtungen oder sonstigen passiven Sicherheitseinrichtungen, beispielsweise Gurtstram men, ausgerüstet sind, eingesetzt werden kann.It is understood that the arrangement is not only for the driver seat, but also for the front passenger seat or other ver sliding seats with airbag devices or other passive safety devices, for example belt tensioners men, are equipped, can be used.
Fig. 2 zeigt den Magnetstab 20 und den Magnetsensor 10 in vergrößertem Maßstab. Weiter sind in Fig. 2 gestrichelt die magnetischen Feldlinien dargestellt, die entsprechend der Magnetisierung der einzelnen Bereiche des Magnetstabes 20 von ihm ausgehen bzw. in ihn hineingehen. Wie ersichtlich, ist der Magnetstab 20 derart magnetisiert, daß die Änderung des Winkels α zwischen den magnetischen Feldlinien und der Längs achse des Magnetstabs 20 je Längeneinheit des Magnetstabs längs dessen Länge unterschiedlich ist und zwar im gemäß Fig. 2 rechten Bereich größer als im linken Bereich. Damit wird beispielsweise erreicht, daß in der Lenkrad-nahen Position des Fahrersitzes eine höhere Empfindlichkeit erzielt wird als in der Lenkrad-fernen Position. Fig. 2 shows the bar magnet 20 and the magnetic sensor 10 in an enlarged scale. Further, in Fig. 2 by dashed lines the magnetic field lines shown emanating according to the magnetization of the different areas of the solenoid rod 20 from it and enter into it. As can be seen, the magnetic rod 20 is magnetized in such a way that the change in the angle α between the magnetic field lines and the longitudinal axis of the magnetic rod 20 per unit length of the magnetic rod is different along its length, namely in the right-hand region according to FIG. 2 larger than in the left-hand region . This ensures, for example, that a higher sensitivity is achieved in the position of the driver's seat near the steering wheel than in the position far from the steering wheel.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht des Magnetstabs 20 in vergrößertem Maßstab, wobei mit N und S die Pole der einzel nen Magnete angedeutet sind, die längs der Länge des Magnetstabs unterschiedlich ausgerichtet sind. Fig. 3 shows a schematic view of the magnetic bar 20 on an enlarged scale, with N and S indicating the poles of the individual NEN magnets, which are oriented differently along the length of the magnetic bar.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Magnetsta bes. Aus einer Extrusionsöffnung 28 einer Extrudiervorrich tung 30 wird ein Strang 32 mit hartmagnetischem Material, beispielsweise ein Strang aus thermoplastischem Kunststoff, in den Ferritmaterial eingelagert ist, in Richtung des einge zeichneten Pfeils extrudiert. Der Querschnitt des Strangs 32 entspricht dem des herzustellenden Magnetstabes. Der Strang 32 wird an einem Magneten 34 entlangbewegt, dessen Polflächen 36 zu beiden Seiten des Strangs 32 unmittelbar über diesem angeordnet sind. Der Magnet, der ein Permanentmagnet oder Elektromagnet sein kann, ist mittels eines nicht dargestell ten Antriebs um eine etwa senkrecht zur Vorschubrichtung des Strangs 32 verlaufende Achse A drehbar, sodaß sich der Winkel zwischen den durch den Strang 32 hindurchtretenden Feldlinien und der Längsachse des Strangs ändert. Je nach Vorschubge schwindigkeit des Strangs, Drehrichtung und Drehgeschwindig keit des Magneten 34 sowie ggfs. der Stärke des Magnetfeldes läßt sich der Strang 32 in vorbestimmter Weise magnetisieren, sodaß nach Durchtrennung des Strangs in einzelne Magnetstäbe 20 (Fig. 3) an den jeweiligen Anwendungszweck angepaßte Magnetisierungen erzielbar sind. Fig. 4 shows a device for producing a Magnetsta bes. From an extrusion opening 28 of an Extrudiervorrich device 30 , a strand 32 with hard magnetic material, for example a strand of thermoplastic material, is embedded in the ferrite material in the direction of the arrow drawn in. The cross section of the strand 32 corresponds to that of the magnetic rod to be produced. The strand 32 is moved along a magnet 34 , the pole faces 36 of which are arranged directly above the strand 32 on both sides thereof. The magnet, which can be a permanent magnet or electromagnet, can be rotated by means of a drive (not shown) about an axis A extending approximately perpendicular to the direction of advance of the strand 32 , so that the angle between the field lines passing through the strand 32 and the longitudinal axis of the strand changes . Depending on the speed of the strand, the direction of rotation and the rotational speed of the magnet 34 and, if appropriate. The strength of the magnetic field, the strand 32 can be magnetized in a predetermined manner, so that after severing the strand into individual magnetic rods 20 ( FIG. 3) adapted to the particular application Magnetizations can be achieved.
Zur Auswertung der Signale der Magnetsensoren 10 sind unter schiedlichste Schaltungen denkbar. Vorteilhaft sind Brücken schaltungen 22, wie sie beispielsweise in Fig. 5 und 6 darge stellt sind und die mehrere Magnetsensoren zu einer Magnet sensorbaugruppe zusammenfassen. Die Brückenschaltung gem. Fig. 5 enthält vier Magnetsensoren 10, von denen je zwei ge gensinnig magnetisiert sind. Fig. 6 zeigt eine Brückenschal tung mit vier Magnetsensoren 10, die senkrecht zueinander und jeweils paarweise gegensinnig magnetisiert sind. In einer ab geänderten Ausführungsform könnte je einer der in Reihe ge schalteten Magnetsensoren durch einen Ohmschen Widerstand ersetzt sein.Various circuits are conceivable for evaluating the signals of the magnetic sensors 10 . Bridge circuits 22 , such as those shown in FIGS . 5 and 6, are advantageous and combine a plurality of magnetic sensors to form a magnetic sensor assembly. The bridge circuit acc. Fig. 5 contains four magnetic sensors 10 , two of which are magnetized in opposite directions. Fig. 6 shows a bridge scarf device with four magnetic sensors 10 which are perpendicular to each other and magnetized in pairs in opposite directions. In a modified embodiment, one of the magnetic sensors connected in series could be replaced by an ohmic resistor.
Insgesamt läßt sich, wenn der in vorbestimmter Weise magneti sierte Magnetstab 20 längs eines Magnetsensors 10 in der An ordnung der Fig. 1 vorbeibewegt wird, über die gesamte Bewe gungsamplitude des Magnetstabes 20, der sich über die gesamte Verstellbarkeit des Sitzes erstrecken kann, eine deutliche Abhängigkeit der Spannung U von dem Winkel β und damit von der Position des Magnetstabs 20 bzw. des Sitzes erzielen, aufgrund derer im Steuergerät 24 die genaue Position des Sit zes ermittelt werden kann. Es versteht sich, daß, wenn der Magnetstab nahe an dem Magnetsensor vorbeigeführt wird und seine Pole zu dem Magnetsensor hin oder von ihm weg zeigen, die Winkel α und β gleich sein können.Overall, if the magneti-based magnetic rod 20 is moved along a magnetic sensor 10 in the order shown in FIG. 1, over the entire movement amplitude of the magnetic rod 20 , which can extend over the entire adjustability of the seat, a clear Dependency of the voltage U on the angle β and thus on the position of the magnetic rod 20 or the seat, on the basis of which the exact position of the seat can be determined in the control unit 24 . It is understood that if the magnetic rod is passed close to the magnetic sensor and its poles point towards or away from the magnetic sensor, the angles α and β can be the same.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Magnetsensoren 10a und 10b neben dem in Richtung des Doppelpfeils zusammen mit dem Sitz 16 verschiebbaren Magnetstab 20 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Magnetsensoren 10a und 10b ist mit b, die Verschiebung des Magnetstabes 22 bzw. des Fahrzeugsitzes ist mit x bezeichnet. FIG. 7 shows an arrangement in which two magnetic sensors 10 a and 10 b are arranged next to the magnetic rod 20 which can be moved together with the seat 16 in the direction of the double arrow. The distance between the magnetic sensors 10 a and 10 b is denoted by b, the displacement of the magnetic rod 22 or the vehicle seat is denoted by x.
Für den Magnetsensor 10a gilt dann bei linearer Abhängigkeit
seines Ausgangssignals von der Verschiebungsrichtung x die
Beziehung:
The relationship then applies to the magnetic sensor 10 a when its output signal is linearly dependent on the direction of displacement x:
Rx = Ro (1+ax) (1)
R x = R o (1 + ax) (1)
wobei Ro den Widerstand des Magnetsensors 10a bedeutet, wenn sich der Magnetstab 20 mit seinem Anfang neben ihm befindet, a die Änderung des Widerstandes mit der Verschiebung ist, x die Verschiebung bedeutet und Rx der Widerstand nach einer Verschiebung des Magnetstabes 20 um die Strecke x ist.where R o is the resistance of the magnetic sensor 10 a when the magnetic rod 20 is next to it with its beginning, a is the change in resistance with the displacement, x is the displacement and R x is the resistance after a displacement of the magnetic rod 20 by Distance x is.
Für den Magnetsensor 10b, der dem Sensor 10a gleicht, gilt
die Formel (2)
Formula (2) applies to magnetic sensor 10 b, which is similar to sensor 10 a
Rx+d = Ro (1+a (x+d)) (2)R x + d = R o (1 + a (x + d)) (2)
Die Werte Rx und Rx+d werden jeweils gemessen. Wenn ihr Ver
hältnis mit Ax bezeichnet wird, gilt, wenn der Ausdruck (2)
durch den Ausdruck (1) dividiert wird:
The values R x and R x + d are measured in each case. If their ratio is denoted by A x , then if expression (2) is divided by expression (1):
Somit kann das jeweilige x, d. h. die Position des Magnetstabs 20, aus der Formel (3) errechnet werden, ohne daß eine Abso lutmessung des Widerstandes erforderlich ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Temperaturabhängigkeit der Magnetsenso ren weitgehend zu kompensieren, d. h. unabhängig von der Tem peratur eine genaue Positionsbestimmung vorzunehmen.The respective x, ie the position of the magnetic rod 20 , can thus be calculated from the formula (3) without an absolute measurement of the resistance being required. In this way, it is possible to largely compensate for a temperature dependency of the magnetic sensors, that is, to carry out an accurate position determination independently of the temperature.
Die Verwendung zweier Magnetsensoren 10 hat den weiteren Vor teil, daß bei einer großen Abweichung zwischen ihren Aus gangssignalen ein Fehler in der Meßanordnung erkannt wird. Mittels einer einfachen Schwellwertschaltung kann somit ein Fehler detektiert werden. Durch Plausibilitätsprüfung der Si gnale der einzelnen Magnetsensoren kann die intakte Baugruppe identifiziert werden und deren Ausgangssignal als noch aus reichend genaues Meßsignal verwendet werden.The use of two magnetic sensors 10 has the further part before that in the event of a large deviation between their output signals, an error is detected in the measuring arrangement. A fault can thus be detected using a simple threshold value circuit. By checking the plausibility of the signals of the individual magnetic sensors, the intact assembly can be identified and its output signal can be used as a sufficiently accurate measurement signal.
Im Folgenden werden weitere Beispiele von Meßanordnungen und
-ergebnissen angegeben:
In Fig. 8 sind für eine Anordnung gem. Fig. 7 auf der Senk
rechten der Winkel β (Fig. 10) angegeben und auf der Waagrechten
die Verschiebung bzw. Position des Magnetstabs bzw. des Sit
zes. In der Nullposition sei der linke Magnetsensor 10a einem
Magnetfeld ausgesetzt, das einen Winkel von -90° mit seinem
eigenen Feld bildet. Der Magnetstab 22 sei derart magnetisiert,
daß der Winkel zwischen seinem Magnetfeld und dem des
Magnetsensors 10b linear mit der Sitzposition zunimmt und am
Ende der Verschiebbarkeit von 250 mm 54° erreicht. Der Magnet
sensor 10b sei 50 mm vom Magnetsensor 10a entfernt auf einer
Leiterplatte montiert und in seinem Feld um 180° verdreht oder
werde bei einer Vollbrücke mit umgekehrter Polarität ausge
wertet. Zwischen den Signalen der beiden Magnetsensoren er
gibt sich dann eine Phasenverschiebung von
Further examples of measurement arrangements and results are given below:
In FIG. 8, according to an arrangement. Fig. 7 on the vertical of the angle β ( Fig. 10) indicated and on the horizontal the displacement or position of the magnetic rod or the Sit zes. In the zero position, the left magnetic sensor 10 a is exposed to a magnetic field that forms an angle of -90 ° with its own field. The magnetic rod 22 is magnetized in such a way that the angle between its magnetic field and that of the magnetic sensor 10 b increases linearly with the sitting position and reaches 54 ° at the end of the displaceability of 250 mm. The magnetic sensor 10 b is 50 mm from the magnetic sensor 10 a mounted on a printed circuit board and rotated by 180 ° in its field or is evaluated with a full bridge with reverse polarity. There is then a phase shift between the signals of the two magnetic sensors
Δϕ = 180°+ 180° × 50 mm/250 mm = 216°.Δϕ = 180 ° + 180 ° × 50 mm / 250 mm = 216 °.
Diese Phasenverschiebung bleibt während der gesamten Sitzver schiebung konstant. Die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal eines Magnetsensors bzw. der zugehörigen Brückenschaltung und dem Winkel β ist im allgemeinen nicht linear. Sie kann jedoch in an sich bekannter Weise durch entsprechende Korrekturta bellen linearisiert werden, sodaß der Wert des Winkels β der Fig. 8 als Meßwert genommen werden kann. Die Gerade I zeigt dann das Meßsignal des Magnetsensors 10a für unterschiedliche Sitzpositionen, die Kurve II das Meßsignal des Sensors 10b, die Kurve III das Summensignal und die Kurve IV das Diffe renzsignal. Die Sitzposition kann somit aus jeder der Kurven I, II oder III bestimmt werden. Ergeben sich keine überein stimmenden Sitzpositionen, so deutet dies auf eine Fehlfunk tion eines Magnetsensors, einer Brückenschaltung oder eine Abweichung des Magnetfeldgradienten hin, wie sie beispiels weise durch eine äußere Feldbeeinflussung gegeben sein kann. Dadurch, daß die Nullgänge der beiden Meßsignale im störungs freien Betrieb um 36° phasenverschoben sind, können auch Feh ler, die beide Magnetsensoren gleichzeitig betreffen, bei spielsweise eine fehlende Versorgungsspannung, erkannt wer den. Anstelle einer numerischen Korrektur der Kennlinien ist es auch möglich, den Magnetstab derart zu magnetisieren, daß der Zusammenhang zwischen der Sitzposition und dem zugehöri gen Ausgangssignal der Sensorauswerteschaltung ohne Umrech nung linear ist. Dies vereinfacht die Auswertung, erfordert jedoch bei der Magnetisierung erhöhten Aufwand. This phase shift remains constant during the entire seat shift. The relationship between the output signal of a magnetic sensor or the associated bridge circuit and the angle β is generally not linear. However, it can be linearized in a manner known per se by appropriate correction tables, so that the value of the angle β of FIG. 8 can be taken as the measured value. The straight line I then shows the measurement signal of the magnetic sensor 10 a for different sitting positions, the curve II the measurement signal of the sensor 10 b, the curve III the sum signal and the curve IV the diffe rence signal. The seating position can thus be determined from each of the curves I, II or III. If there are no matching seating positions, this indicates a malfunction of a magnetic sensor, a bridge circuit or a deviation in the magnetic field gradient, as may be the case, for example, due to an external field influence. Characterized in that the zero gears of the two measurement signals are phase-shifted by 36 ° in trouble-free operation, errors that affect both magnetic sensors at the same time, for example a missing supply voltage, can also be recognized who the. Instead of a numerical correction of the characteristic curves, it is also possible to magnetize the magnetic rod in such a way that the relationship between the sitting position and the associated output signal of the sensor evaluation circuit is linear without conversion. This simplifies the evaluation, but requires more effort in the magnetization.
Bei der Montage der Meßanordnung ist darauf zu achten, daß der Magnetstab nicht mit ferromagnetischen Werkstoffen in Wechselwirkung kommt. Da der Magnetstab ferromagnetische Werkstoffe seiner Umgebung magnetisiert, kann es dadurch zu Veränderungen der Feldgeometrie kommen. Bei Sitzen aus Stahl blech sollte eine Halterung aus Kunststoff oder Aluminium ei nen Abstand zwischen Magnet und Blech garantieren, der minde stens einer Querschnittsabmessung des Magnetstabs entspricht.When installing the measuring arrangement, make sure that the magnetic rod is not in with ferromagnetic materials Interaction comes. Because the magnetic rod is ferromagnetic Materials around it magnetized, it can Changes in the field geometry are coming. For steel seats sheet metal should be a plastic or aluminum bracket guarantee a distance between the magnet and the sheet metal least corresponds to a cross-sectional dimension of the magnetic rod.
Claims (9)
- - Extrudieren eines Strangs (32) aus magnetisch hartem Material,
- - Vorbeibewegen des extrudierten Strangs an einem Be reich zwischen Polflächen (36) eines Magneten (34),
- - Drehen des Magneten derart, daß sich der Winkel zwi schen den den Strang durchschneidenden Feldlinien und dessen Längsachse ändert, und
- - Abtrennen des Magnetstabs von dem magnetisierten Strang.
- Extruding a strand ( 32 ) of magnetically hard material,
- - Moving the extruded strand past a loading area between pole faces ( 36 ) of a magnet ( 34 ),
- - Rotating the magnet such that the angle between the field lines intersecting the strand and its longitudinal axis changes, and
- Separating the magnetic rod from the magnetized strand.
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|---|---|---|---|
| DE19937206A DE19937206C2 (en) | 1999-06-11 | 1999-08-06 | Position determination device and use of a position determination device and method for producing a scale for such a device |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN120043437A (en) * | 2025-04-24 | 2025-05-27 | 泰康电子有限公司 | Angle detection device and angle detection method using Hall sensor |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19937206C2 (en) | 2003-05-08 |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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| 8331 | Complete revocation |