Verfahren zur Bestimmung zumindest eines ersten internen Parameters eines Sensors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung zumindest eines ersten internen Parameters eines Sensors gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, einen Sensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 11 sowie die Verwendung des Sensors in Kraftfahrzeugen .

In Druckschrift DE 44 34 978 Al wird ein aktiver Sensor mit einer Zwei-Draht-Schnittstelle beschrieben, der einen Testmodus zur Erfassung einer kritischen Luftspaltlänge zwischen Sensor und Encoder aufweist, wobei zwischen dem normalen Betriebsmodus und diesem Testmodus durch Veränderung der Betriebsspannung umgeschaltet werden kann, indem der Sensor mit einem seriellen Spannungs-Bit-Muster angesteuert wird.

Druckschrift DE 102 03 483 Al schlägt einen Raddrehzahlsensor vor, der in unterschiedlichen Modi betrieben werden kann bzw. unterschiedliche Modi der Datenübertragung aufweist, wobei zwischen diesen Betriebsmodi durch eine externe Ansteuerung mittels eines zusätzlichen Eingangs umgeschaltet werden kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Bestimmung eines internen Parameters eines aktiven Sensors sowie einen aktiven Sensor vorzuschlagen, mit welchem in relativ zuverlässiger und einfacher Weise zumindest ein

erster interner Parameter des Sensors in einem Sonderbetriebsmodus ermittelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie den Sensor gemäß Anspruch 11.

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, einen Sensor und ein Verfahren zur Bestimmung zumindest eines ersten internen Parameters eines Sensors vorzuschlagen, wobei der Sensor eine elektrische Offsetquelle aufweist. Mit dieser elektrischen Offsetquelle wird insbesondere in einem Sonderbetriebsmodus eine Auswerteschaltung direkt oder indirekt so angesteuert, dass der erste interne Parameter des Sensors bestimmt werden kann.

Der erfindungsgemäße Sensor sowie das erfindungsgemäße Verfahren haben insbesondere die Vorteile, dass der zumindest erste interne Parameter des Sensors in relativ einfacher Weise in einem eingebauten Zustand des Sensors, beispielsweise als Raddrehzahlsensor in einem Kraftfahrzeug, wobei der Sensor zusätzlich mit einem Kunststoffgehäuse umspritzt ist, in einem Sonderbetriebsmodus bzw. Testmodus ermittelt bzw. berechnet werden kann. Es kann dabei beispielsweise die Signalamplitude eines Sensorelementdifferenzsignals bzw. das Sensorelementdifferenzsignal bestimmt werden, wobei dieser interne Parameter zur Berechnung der Einbaulage des Sensors, insbesondere hinsichtlich der Luftspaltlänge zwischen Sensor und einem zugeordneten Encoder, herangezogen wird bzw. werden kann. Alternativ kann ein Signal-Offset des Sensorelements bzw. ein Offset einer Messbrücke des Sensorelements in

relativ einfacher Weise bestimmt werden.

Unter einem Sensorelement wird vorzugsweise ein Magnetfeldsensorelement verstanden, welches auf Basis des Hall- Effektes oder eines der verschiedenen magnetoresistiven Effekte, insbesondere des anisotropen magnetoresistiven Effektes, funktioniert.

Das Sensorelement umfasst zweckmäßigerweise eine Vollbrücke aus magnetoresistiven, sensitiven Strukturen bzw. Segmenten und erzeugt im Zuge eines erfassten Magnetfeldes, insbesondere eines sich ändernden, durch einen magnetischen Encoder erzeugtes und/oder moduliertes Magnetfeld, wenigstens zwei Sensorelementausgangssignale, welche den beiden Teilbrücken des Sensorelements zugeordnet sind.

Der Sensor kann zumindest in einem Normalbetriebsmodus und in einem Sonderbetriebsmodus betrieben werden. Diese Betriebsmodi weisen bevorzugt weitere Unterbetriebsmodi auf. Insbesondere umfasst der Sensor Umschaltmittel mit denen durch Umschaltung zwischen Unterbetriebsmodi eine änderung der Zuordnung von Zusatzinformationen zu definierten übertragungskanälen des Sensorausgangssignals vorgenommen werden kann, besonders bevorzugt wie eine Sensoranordnung bzw. ein entsprechendes Ausführungsbeispiel gemäß Druckschrift DE 102 03 483 Al. Ganz besonders bevorzugt wird eine Umschaltung zwischen Unterbetriebsmodi in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Sensors und/oder in Abhängigkeit definierter, besonders bevorzugt durch den Sensor erfasster, Parameter durchgeführt .

Unter einem Normalbetriebsmodus des Sensors wird zweckmäßigerweise der Betrieb verstanden, in welchem die wenigstens eine bestimmungsgemäße Messgröße durch den Sensor erfasst und verarbeitet wird und insbesondere im Wesentlichen störungsfrei, als direkter oder indirekter Messwert, enthalten in einem Sensorausgangsignal, bereitgestellt wird.

Es ist bevorzugt, dass der Sensor im Sonderbetriebsmodus weiter misst und ein entsprechendes Sensorausgangssignal bereitstellt .

Vorzugsweise wird das Ausgangssignal des Sensors an eine e- lektronische Kontrolleinheit, insbesondere eine elektronische Kontrolleinheit eines Kraftfahrzeugregelungssystems, übertragen .

Es ist zweckmäßig, dass der Sensor so ausgelegt ist, dass die Umschaltung des Betriebsmodus, insbesondere aufgrund einer Ansteuerung an den Anschlussleitungen, automatisch durchgeführt wird.

Das Verfahren wird vorzugsweise weiterentwickelt, indem die Auswerteschaltung wenigstens ein erstes Komparatorelement umfasst, an dessen Eingängen mindestens ein erstes internes Signal und ein zweites internes Signal angelegt werden, welche die Information des ersten internen Parameters aufweisen, wobei zumindest einem dieser beiden internen Signale ein von der elektrischen Offsetquelle erzeugtes Offsetsignal überlagert wird, wonach zumindest aus dem Ausgangssignal des

ersten Komparatorelements der wenigstens eine interne Parameter des Sensors direkt oder indirekt bestimmt wird. Das erste interne Signal ist dabei insbesondere ein erstes Sen- sorelementausgangssignal und das zweite interne Signal ist ein zweites Sensorelementausgangssignal oder ein Referenzsignal, wobei die Offsetquelle so angesteuert wird, dass der Wert des von dieser Offsetquelle erzeugten Offsetsignals in definierter Weise variiert, besonders bevorzugt stetig und/oder dreieckförmig, oder auf einen definierten Wert eingestellt wird, wodurch zumindest aus dem zeitlichen Verlauf und/oder dem Wert des Ausgangssignals des ersten Komparatorelements der erste interne Parameter des Sensors direkt oder indirekt bestimmt wird.

Als erster interner Parameter des Sensors wird bevorzugt die Signalamplitude eines Sensorelementdifferenzsignals oder der Wert eines internen Differenzsignals oder ein Signal-Offset des Sensorelements, bezüglich von zumindest zwei Teilsensorelementen oder einem Sensorelementausgangssignal zu einem Referenzsignal, ermittelt. Insbesondere wird zumindest einer der obigen Parameter als zusätzlicher, zweiter interner Parameter bestimmt. Besonders bevorzugt werden noch weitere interne Parameter bestimmt.

Der Sensor ist vorzugsweise als aktiver Sensor ausgebildet und weist mindestens zwei Anschlussleitungen auf, insbesondere jeweils mit einem Anschluss, wobei in Abhängigkeit der an den zwei Anschlussleitungen anliegenden Versorgungsspannung des Sensors die elektrische Offsetquelle so angesteuert wird, dass aus einem Sensorausgangssignal und/oder der an

den zwei Anschlussleitungen anliegenden Versorgungsspannung in einer elektronischen Kontrolleinheit, welche an die zwei Anschlussleitungen des Sensors angeschlossen ist, die Signalamplitude eines Sensorelementdifferenzsignals oder ein Signal-Offset des Sensorelements ermittelt bzw. berechnet wird. Es ist besonders bevorzugt, dass der Sensor mittels Umpolen der an den zwei Anschlussleitungen anliegenden Versorgungsspannung des Sensors in den Sonderbetriebsmodus versetzt wird bzw. zwischen den Betriebsmodi umgeschaltet wird. Im Normalbetriebsmodus bzw. im normalen Betrieb des Sensors ist diesbezüglich ganz besonders bevorzugt die Versorgungsspannung mit vorgesehener Polung an diesen angeschlossen, also „+" an „+" und „-„ an „-„. Insbesondere ganz besonders bevorzugt ist der Normalbetriebsmodus des Sensors dadurch definiert, dass eine definierte Mindestversorgungsspannung dem Sensor zur Verfügung steht.

Das erste und das zweite interne Signal werden vorzugsweise einem zusätzlichen zweiten Komparatorelement zugeführt. Danach werden insbesondere die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Komparatorelements gemeinsam bei der Bestimmung zumindest des ersten internen Parameters berücksichtigt.

Es ist bevorzugt, dass das erste und das zweite Sensorele- mentausgangssignal oder das erste Sensorelementausgangssig- nal und das Referenzsignal dem ersten Komparatorelement zugeführt werden und das erste und das zweite Sensorelement- ausgangssignal oder das zweite Sensorelementausgangssignal und das Referenzsignal dem zweiten Komparatorelement zugeführt werden. Dabei werden die Werte der beiden, dem jewei-

ligen Komparatorelement zugeführten Signale jeweils direkt oder indirekt miteinander vergleichen, wobei an einem Eingang des ersten Komparatorelements und an einem Eingang des zweiten Komparatorelements jeweils einem der zugeführten Signale das von der Offsetquelle erzeugte Offsetsignal überlagert wird.

Zur Ermittlung eines Signal-Offsets des Sensorelements wird bevorzugt das durch die Offsetquelle erzeugte Offsetsignal variiert, bis das erste Komparatorelement zweimal schaltet oder das erste und das zweite Komparatorelement jeweils zumindest einmal schalten, wonach aus dem Werten des Offsetsignals zu diesen Schaltzeitpunkten und/oder aus dem zeitlichen Abstand der aufeinanderfolgenden Schaltvorgänge des einen oder der beiden Komparatorelemente und/oder aus der zeitlichen änderung des Offsetsignalwerts der Offset des Sensorelements direkt oder indirekt bestimmt wird. Besonders bevorzugt wird das Offsetsignal an einem einzelnen Komparatorelement eine definierte Zeit verstärkt und eine definierte Zeit abgeschwächt, wobei eine potentielle Schalthysterese dieses Komparatorelements dabei ganz besonders bevorzugt berücksichtigt wird und dabei der Wert einer Hystereseschwelle zusätzlich berechnet werden kann. Bei Verwendung eines ersten und eines zweiten Komparatorelements wird zweckmäßigerweise jeweils das Offsetsignal so variiert, dass bei dem einen Schaltvorgang des jeweiligen Komparatorelements eine potentielle Schalthysterese keine Rolle spielt, also insbesondere wird das Offsetsignal entweder verstärkt oder abgeschwächt. Alternativ vorzugsweise wird das Offsetsignal so variiert, dass bei dem einen Schaltvorgang des jeweiligen

Komparatorelements eine Schalthysterese wirksam wird, wodurch der Wert einer Hystereseschwelle zusätzlich berechnet werden kann.

Zur Ermittlung des Sensorelementdifferenzsignals wird zweckmäßigerweise die Bewegung eines Encoders durch das Sensorelement erfasst, wobei der zeitliche Verlauf der Signalamplituden bzw. Signalwerte des ersten und/oder zweiten Sensor- elementausgangssignals jeweils von der Relativbewegungsge- schwindigkeit des Encoders zum Sensor abhängen und insbesondere periodisch alternierend die Signalamplitude des einen Sensorelementausgangssignals größer ist als die Signalamplitude des anderen Sensorelementausgangssignals und wobei das durch die Offsetquelle erzeugte Offsetsignal variiert oder in definierter Weise eingestellt wird. Besonders bevorzugt wird das Offsetsignal solange, insbesondere stetig, variiert, bis das Ausgangssignal des ersten und/oder eines anderen Komparatorelements konstant bleibt oder das erste und/oder das zweite Komparatorelement anfängt und/oder aufhört zu schalten, oder dass das durch die Offsetquelle erzeugte Offsetsignal innerhalb eines definierten Werte- Intervalls variiert wird. Danach wird das Sensorelementdifferenzsignal wenigstens in Abhängigkeit des Wertes des Offsetsignals, bei welchem das erste und/oder das zweite Komparatorelement anfängt und/oder aufhört zu schalten, berechnet. Ganz besonders bevorzugt wird das Sensorelementdifferenzsignal zumindest in Abhängigkeit von mindestens zwei Werten des Offsetsignals berechnet, bei welchen das erste und/oder das zweite Komparatorelement anfängt und/oder aufhört zu schalten, wodurch eine mögliche Schalthysterese des

wenigstens einen Komparatorelements, zumindest bei einer im Wesentlichen symmetrischen Hysterese, nicht in die Berechnung des Sensorelementdifferenzsignals einfließt. Bei zwei nicht mit einer Hysterese behafteten Schaltvorgängen ist die Bestimmung des Sensorelementdifferenzsignals nicht von einer Hysterese der Komparatorelemente abhängig. Falls die beiden Schaltvorgänge jeweils mit einer Hysterese behaftet sind, welche allerdings jeweils den gleichen Wert aufweist, ist diese Hysterese im Wesentlichen nicht für die Berechnung des Sensorelementdifferenzsignals relevant. Die Bestimmung des Sensorelementdifferenzsignals bei Erfassung von Encoderbewegungen ermöglicht eine Bestimmung bzw. Berechnung des Luftspaltes zwischen Encoder und Sensor. Hierdurch kann die relative Einbaulage zueinander bestimmt werden und herausgefunden werden, ob der Luftspalt gering genug ist und somit noch eine definierte Luftspaltreserve aufweist. Diese Information ist insbesondere zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit und -Sicherheit von Raddrehzahlerfassungssystemen in Kraftfahrzeugen wichtig.

Es ist bevorzugt, dass zunächst der Signal-Offset des Sensorelements als erster interner Parameter ermittelt wird und anschließend das Sensorelementdifferenzsignal, wobei im Zuge der Berechnung des Sensorelementdifferenzsignals der Signal- Offset des Sensorelements berücksichtigt wird.

Zweckmäßigerweise wird ein Spitze-Spitze-Wert des Sensorelementdifferenzsignals ermittelt, insbesondere, wenn sich das Sensorelementdifferenzsignal auf zwei zueinander um im Wesentlichen 180° phasenverschobene Sensorelementausgangssig-

nale bezieht, welche besonders bevorzugt im Wesentlichen die gleiche Amplitude aufweisen.

Die Auswerteschaltung des Sensors weist bevorzugt zumindest ein erstes Komparatorelement auf, an dessen Eingängen mindestens ein erstes und ein zweites internes Signal anliegen, wobei diese internen Signale die Information des mindestens einen internen Parameters aufweisen und wobei die Leitung eines dieser internen Signale mit der elektrischen Offsetquelle direkt oder indirekt verbunden ist. Das erste interne Signal ist dabei insbesondere ein Sensorelementausgangssig- nal und das zweite interne Signal ein Referenzsignal oder ein zweites Sensorelementausgangssignal .

Die Offsetquelle ist zweckmäßigerweise mittels des Umschaltmoduls mit der Auswerteschaltung verbunden.

Der Sensor weist vorzugsweise wenigstens zwei Anschlussleitungen auf und wird über diese Anschlussleitungen mit elektrischer Energie versorgt, wobei der Sensor eine Spannungs- versorgungsregelungseinheit aufweist, welche eine im Wesentlichen auf eine definierten Spannungswert geregelte Versorgungsspannung bereitstellt, und zumindest das Sensorelement und zumindest Teile der Auswerteschaltung an diese Span- nungsversorgungsregelungseinheit angeschlossen sind.

Das Umschaltmodul umfasst vorzugsweise einen Schalter, mit welchem die elektrische Offsetquelle mit der Auswerteschaltung bzw. mit zumindest einem Teil der Auswerteschaltung verbunden oder von dieser getrennt werden kann. Insbesondere

ist das Umschaltmodul an die beiden Anschlussleitungen des Sensors angeschlossen, an welchen die Versorgungsspannung des Sensors anliegt. Besonders bevorzugt weist das Umschaltmodul eine Gleichtrichterschaltung, insbesondere eine Brü- ckengleichrichterschaltung auf, welche insbesondere aus vier Mos-FETs zur Vermeidung des bei Dioden auftretenden Spannungsabfalls ausgebildet ist. Die Gleichrichterschaltung ist eingangsseitig mit den beiden Anschlussleitungen des Sensors verbunden. Die Gleichrichterschaltung stellt an ihren Ausgängen auch nach Umpolen der Versorgungsspannung stets eine gleichgerichtete Spannung bereit, welche als Versorgungsspannung wenigstens bestimmter Komponenten des Sensors verwendet wird, bei denen ein Umpolen ihrer Versorgungsspannung vermieden werden muss. Die Gleichrichterschaltung hat zusätzlich die Wirkung eines allgemeinen Verpolschutzes .

Durch die mindestens zwei Betriebsmodi und deren zweckmäßiger Umschaltung mittels Umpolen der Versorgungsspannung kann mit dem Sensor insbesondere sowohl eine Unterspannungserkennung als auch ein Testmodus realisiert werden. Die Ansteuerung des Sensors zur Betriebsmodusumschaltung mittels des Umpolens der Versorgungsspannung ist eine besonders zuverlässig erkennbare und einfache Ansteuerung. Das Risiko, dass diese Art der Ansteuerung unerwünschterweise, beispielsweise durch Einkopplung eines Störsignals, im Betrieb durchgeführt wird, ist gering.

Das Umschaltmodul weist zweckmäßigerweise zumindest einen Moduskomparator zur Identifikation der Polung der Versorgungsspannung des Sensors auf, wobei der Moduskomparator

insbesondere eingangsseitig mit den beiden Anschlussleitungen des Sensors direkt oder indirekt, besonders bevorzugt mittels eines Spannungsteilers, verbunden ist. Alternativ vorzugsweise erfasst der Moduskomparator die Versorgungsspannung des Sensors dadurch, dass der Spannungsabfall über einem Gleichrichterbauelement, insbesondere über einer Diode oder einem Transistor der Brückengleichrichterschaltung, erfasst wird.

Die Energieversorgungsanschlüsse des Moduskomparators und/oder der Auswerteschaltung sind vorzugsweise mit den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung verbunden, wodurch eine Unabhängigkeit der Energieversorgung obiger Komponenten von der Polung der Sensorversorgungsspannung erreicht wird.

Es ist bevorzugt, dass das Umschaltmodul eine Schalteinrichtung, insbesondere als Schalter ausgebildet, zum Umschalten des Betriebsmodus aufweist, welche in Abhängigkeit des Ausgangs der ersten Komparatorschaltung zur Identifikation der Polung der Versorgungsspannung des Sensors und in Abhängigkeit des Ausgang bzw. der Ausgänge der mindestens einen Re- seteinrichtung den Betriebsmodus des Sensors umschaltet. Hierdurch kann die Auswerteschaltung sowohl in Abhängigkeit der Polung des Sensors als auch in Abhängigkeit der Versor- gungsspannungsamplitude angesteuert bzw. ein interner Betriebsmodus oder Unterbetriebsmodus eingestellt werden.

Die Auswerteschaltung umfasst vorzugsweise wenigstens zwei Komparatorelemente, wobei jeweils an einem der Eingänge je-

des der Komparatorelemente die elektrische Offsetquelle über das Umschaltmodul angeschlossen ist. Insbesondere weist die Auswerteschaltung zwei Hystereseschaltungen auf, in denen ein erstes und ein zweites Sensorelementausgangssignal des mindestens einen Sensorelements oder alternativ andere interne Signale verarbeitet werden, wobei diese beiden Hystereseschaltungen parallel geschaltet sind und die erste Hystereseschaltung das erste Komparatorelement umfasst und die zweite Hystereseschaltung das zweite Komparatorelement, wobei an den Eingängen des ersten und zweiten Komparatorele- ments das erste Sensorelementausgangssignal und das zweite Sensorelementausgangssignal oder eines der beiden Sensorele- mentausgangssignale und ein Referenzsignal anliegen und wobei die Eingangssignale des ersten und zweiten Komparator- elements bezüglich des nichtinvertierenden und des invertierenden Eingangs zueinander vertauscht anliegen und jeweils ein Eingang des jeweiligen Komparatorelements, insbesondere der nichtinvertierende Eingang, über das Umschaltmodul mit der elektrischen Offsetquelle verknüpft ist.

Die Auswerteschaltung umfasst vorzugsweise eine Schnittstellenschaltung zur Einstellung eines definierten Ausgangssignals des Sensors, wobei diese Schnittstellenschaltung in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebsmodus angesteuert wird.

Es ist bevorzugt, dass zumindest das erste Komparatorelement ausgangsseitig an eine digitale Ausgangsschaltung angeschlossen ist, welche zumindest eine Stromquelle umfasst und das Sensorausgangssignal als ein digitales Stromsignal erzeugt .

Die Auswerteschaltung weist zweckmäßigerweise zumindest ein erstes Auswahlelement auf, welches insbesondere als Schalter ausgebildet ist, wobei dieses erste Auswahlelement so ausgebildet und angeschlossen ist, dass es wenigstens zwei Eingangssignalleitungen der Auswerteschaltung oder zwei interne Signalleitungen an zwei definierten Punkten innerhalb der Auswerteschaltung miteinander verbinden kann und dass dadurch der Wert bzw. der Signal-Offset eines internen Differenzsignals bestimmt werden kann, zumindest im Wesentlichen abhängig von den im jeweiligen Signalpfad liegenden Teilen der Auswerteschaltung zwischen dem ersten Auswahlelement und dem ersten Komparatorelement .

Das Verfahren zur Bestimmung des zumindest einen internen Parameters wird vorzugsweise erweitert, indem die Signalamplitude eines Sensorelementdifferezausgangssignals, welches einem Differenzsignal aus einem ersten Sensorelementaus- gangssignal eines ersten Teil-Sensorelements und einem zweiten Sensorelementausgangssignal eines zweiten Teil- Sensorelements oder einem Differenzsignal entsprechend verstärkter Signale entspricht, wobei die beiden Teil- Sensorelemente insbesondere Teilbrücken eines als Vollbrücke ausgebildeten Magnetfeldsensorelements sind, oder indem ein Offset von Teil-Sensorelementen des Sensorelements bzw. des Sensorelements selbst, aus dem zeitlichen Verlauf des Sensorausgangssignals in einer elektronischen Kontrolleinheit ermittelt bzw. berechnet wird, welche an die zwei Anschlussleitungen des Sensors angeschlossen ist. Besonders bevorzugt wird dabei ein erstes und ein zweites Sensorelementausgangs-

signal jeweils einem ersten und einem zweiten Komparator der Auswerteschaltung zugeführt, wobei die Signalamplitude dieser Signale jeweils direkt oder indirekt miteinander verglichen werden und wobei an einem Eingang des ersten Kompara- tors und an einem Eingang des zweiten Komparators jeweils einem dieser Sensorelementausgangssignale ein Offsetsignal überlagert wird, welches durch die elektrische Offsetquelle erzeugt wird. Ganz besonders bevorzugt wird zur Ermittlung des Sensorelementdifferenzsignals die Bewegung eines, insbesondere magnetischen, Encoders durch das Sensorelement er- fasst. Dabei hängt der zeitliche Verlauf der Signalamplituden des ersten und zweiten Sensorelementausgangssignals jeweils von der Relativbewegungsgeschwindigkeit des Encoders zum Sensor ab. Diese beiden Signalamplituden sind hierbei periodisch alternierend größer bzw. kleiner als die andere, also einmal ist die eine für ein definiertes Zeitintervall größer als die andere und umgekehrt. Die Versorgungsspannung des Sensors, welche an den beiden Anschlussleitungen des Sensors anliegt wird nun variiert oder in definierter Weise eingestellt, wodurch in Abhängigkeit dieser Versorgungsspannung die Amplitude des mindestens einen durch die Offsetquelle erzeugten Offsetsignals variiert bzw. in definierter Weise eingestellt wird.

Die Berechnung des ersten internen Parameters und/oder weiterer interner Parameter wird bevorzugt zumindest teilweise in einer an den Sensor angeschlossenen elektronischen Kontrolleinheit durchgeführt. Alternativ vorzugsweise werden diese Berechnungen in der Auswerteschaltung des Sensors durchgeführt .

Die Auswerteschaltung weist bevorzugt eine Verstärkerschaltung, insbesondere eine Instrumentenverstärkereinheit aus, durch welche zumindest das erste und das zweite Sensorele- mentausgangssignal verstärkt werden.

Unter einem Sensorelementausgangssignal wird entweder das noch unverstärkte oder alternativ das bereits verstärkte Sensorelementausgangssignal verstanden .

Unter einem Referenzsignal wird zweckmäßigerweise ein Gleichsignal verstanden, dessen Spannungswert insbesondere gleich einem Nullpunktspotential zu einem Massepotential gewählt ist.

Das wenigstens eine Offsetsignal, als Ausgangssignal der e- lektrischen Offsetquelle, weist vorzugsweise einen Wert, besonders bevorzugt einen Strom- und/oder Spannungswert auf, der im Wesentlichen proportional zur Versorgungsspannung des Sensors ist.

Die elektrische Offsetquelle ist bevorzugt als spannungsgesteuerte elektrische Quelle, insbesondere als spannungsgesteuerte Stromquelle ausgebildet, welche einen oder mehrere, besonders bevorzugt gleichartige, Stromsignale mit definierter Stromamplitude erzeugt bzw. bereitstellt.

Es ist bevorzugt, dass der Sensor ein Raddrehzahlsensor ist und entsprechend ausgelegt ist.

Es ist zweckmäßig dass der Sensor zumindest teilweise als integrierte Schaltung, insbesondere als ASIC, ausgebildet ist .

Vorzugsweise ist der komplette Sensor, insbesondere bestimmte Teile wie die Sensorelemente und/oder die Auswerteschaltung und das Umschaltmodul auf einem Chip integriert.

Der Sensor weist zweckmäßigerweise genau zwei Anschlussleitungen auf und ist insbesondere mittels genau zwei Verbindungsleitungen mit einer externen elektronischen Kontrolleinheit verbunden. Die Verbindungsleitungen sind dabei mit den Anschlussleitungen verbunden. über diese jeweiligen zwei Leitungen werden besonders bevorzugt sowohl die elektrische Versorgungsenergie des Sensors als auch die sensorischen Informationen übertragen. Außerdem wird ganz besonders bevorzugt über die jeweiligen beiden Leitungen die Information zu einer Modusumschaltung des Sensors an den Sensor ü- bertragen .

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Sensors, insbesondere als Raddrehzahlsensor, in Kraftfahrzeugen .

Der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren sind zum Einsatz in Kraftfahrzeugen besonders deshalb geeignet, weil die Bestimmung eines internen Parameters aufgrund der sicherheitskritischen Anforderungen besonders präzise durchgeführt werden muss. Dies kann in relativ einfacher Weise durch den Sensor und das Verfahren gewährleistet

werden .

Der erfindungsgemäße Sensor wird bevorzugt in sicherheitskritischen Einsatzbereichen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, verwendet. Dabei wird er besonders bevorzugt zur Erfassung von linearen und/oder rotatorischen Bewegungen verwendet. Ganz besonders bevorzugt wird ein Testbetriebsmodus des Sensors nach Einbau des Sensors in die jeweilige Sensoranordnung, insbesondere beim Hersteller, genutzt, um die Einbauqualität und die Luftspaltreserve beurteilen zu können. Hierdurch kann die Betriebsqualität und -Sicherheit von low- cost-Sensoren gesteigert werden, welche über keine Möglichkeit der eigenständigen Erfassung der Luftspaltlänge verfügen .

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.

Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine beispielhafte Auswerteschaltung, die mittels eines Umschaltmoduls von einer elektrischen Offsetquelle angesteuert wird,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Komparatorelemen- ten,

Fig. 3 einen beispielhaften Raddrehzahlsensor,

Fig. 4 beispielhafte Signalverläufe zu Bestimmung des

Sensorelementdifferenzsignals bzw. der Brückenamplitude in Abhängigkeit der Luftspaltlänge zwischen Sensor und Encoder,

Fig. 5, 6 beispielhafte Signalverläufe zur Bestimmung des Offsets des Sensorelements bzw. der Brücke des Sensorelements, und

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung mit einem Auswahlelement.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches Auswerteschaltung 3 umfasst, die von elektrischer Offsetquelle 7 über Umschaltmodul 6 angesteuert wird. Ein erstes und ein zweites internes Signal, beispielgemäß ein erstes und ein zweites Sensorelementausgangssignal Sigl, Sig 2, werden über jeweils einen Widerstand R einem ersten Kompara- torelement 36 zugeführt. Offsetquelle 7 ist als spannungsgesteuerte Stromquelle ausgebildet, welche das Offsetsignal loffset treibt, das über Umschaltmodul 6, in Abhängigkeit des Betriebsmodus Sigl überlagert werden kann.

Sensorelementausgangssignale Sigl, Sig 2 weisen jeweils einen Wechselanteil U _A c und einen Gleichanteil U _D c auf. Zwischen den Mittelwerten beider Signale existiert beispielgemäß ein Signal-Offset U _O ff _se t • Dieser teilt sich beispielgemäß symmet ^¬ risch zum gemeinsamen Gleichanteil U _D c auf Sigl Und Sig2 bzw. kann normalerweise entsprechend definiert werden, da hier

eine rein differentielle Betrachtung vorliegt und der Absolutwert des Gleichanteils unerheblich ist.

Es gilt:

U _Sl gl = UACI + U _DC + Uoffset / 2 ( 1 )

U _Sl g2 = U _A C2 + U _DC - Uoffset / 2 ( 2 )

Im Sonderbetriebsmodus trägt I _O ffset über R eine Spannung I _of f- _se t*R zur Spannung U _P am nichtinvertierenden Eingang des ersten Komparatorelements 36 bei. Dabei wird beispielgemäß angenommen, dass der Ausgangswiderstand der Sensorelementausgänge sehr viel kleiner als R ist und der Eingangswiderstand des Komparatorelements 36 sehr viel größer als R ist.

Für die Eingangsknoten U _P , U _N an Komparatorelement 36 ergibt sich demzufolge:

UP = U _Sl gl + Ioffset * R = UACI + U _DC + Uoffset / 2 + Ioffset * R ( 3 )

U _N = U _Sl g2 = U _A C2 + U _DC - Uoffset / 2 ( 4 )

Das differentielle Eingangssignal des Komparatorelements ergibt sich entsprechend zu:

Udeita = UP-U _N = ( UACI - U _A c ₂ ) + U _offse t + Ioffset * R ( 5 )

Komparatorelement 36 ist beispielgemäß hystereselos ausgebildet, wodurch die Schaltschwelle sich wie folgt ergibt:

Udelta = 0 O (UACI - UAC ₂ ) + U _offse t + Ioffset* R = O (6)

Der Signal-Offset kann mit Hilfe von Gleichung (6) ermittelt werden. Die Wirkung des Sensorelementes auf U _A c muss hierbei unterbunden werden, es wird beispielgemäß also nicht die Be-

wegung eines magnetischen Encoders durch den Sensor erfasst, so dass U _ACI =U _AC2 =0 ist. Eingesetzt in (6) ergibt sich entsprechend:

Uoffset + Ioffset* R = O

Das Komparatorausgangssignal Cmpl wechselt also bzw. das Komparatorelement 36 schaltet, wenn gilt:

Uoffset = -Ioffset * R (7)

Da Offsetsignal Ioffset durch Offsetquelle 7 erzeugt wird und entsprechend bekannt ist, kann der Signal-Offset Uoffset be ^¬ rechnet werden.

Nach der Ermittlung des Signal-Offsets wird anschließend das Sensorelementdifferenzsignal ermittelt und der bekannte Signal-Offset dabei berücksichtigt.

Aufgrund des bereits bekannten Signal-Offsets werden die Sensorelementausgangssignale vereinfacht wie folgt angenommen :

U _Sl gl = U _A cl + U _DC

bzw. die an Komparatorelement 36 anliegenden Spannungen

UP = UACI + U _DC + I offset * R U _N = U _A c2 + U _DC

Gleichung (6) vereinfacht sich also zu:

Udelta ⁼ UP ~ UN = UACI ^~ UAC2 + l offset * R

Komparatorelement 36 schaltet also, wenn gilt:

loffset * R = U _A c2 - U _AC i (8)

Im Zuge der Ermittlung des Sensorelementdifferenzsignals wird die Bewegung eines magnetischen Encoders durch das Sensorelement erfasst, wodurch U _A ci und U _A c2 ungleich Null sind. Deshalb ist am Ausgang Cmpl des Komparatorelements 36 ein periodischer Wechsel zu beobachten bzw. Komparatorelement schaltet periodisch, solange Gleichung (8) erfüllt ist.

Beispielsweise wird Offsetsignal loffset beginnend mit einem Wert kleiner - | U _A c2 - U _AC i I erhöht bzw. verstärkt, wodurch Ausgangssignal Cmpl des Komparatorelements 36 zunächst nicht schaltet, also zunächst konstant bleibt. Sobald die Bedingung loffset* R > ^~ I U _AC 2 ^~ UACI I erfüllt ist, beginnt Kompara ^¬ torelement 36 so lange zu schalten, bis die Bedingung loffset * R > |U _AC2 - UACI I erfüllt ist.

Der Wertebereich des Offsetsignals δI _O ff _Se t in welchem die e- lektrische Offsetquelle 7 variiert werden kann, während ein periodisches Ausgangssignal Cmpl des Komparatorelements 36 beobachtbar ist, bzw. Komparatorelement 36 schaltet, ergibt sich demnach zu:

δ loffset * R = 2 * | U _AC2 - UACI I ( 9 )

Für den Falls, dass Sigl und Sig 2 zwei gegeneinander um 180° phasenverschobene Sensorelementausgangssignale mit gleicher Amplitude sind U _A c = U _A ci = ~U _AC 2 ergibt sich der Wer ^¬ tebereich des Offsetsignals δI _O ff _S et, in welchem Komparatorele- ment 36 schaltet, wie folgt, wobei U _A c_ _PP der Spitze-Spitze- Wert des Sensorelementdifferenzsignals U _MeS s ist:

δ l offset * R = 4 * U _AC = 2 * U _AC _pp

Also lässt sich der Spitze-Spitze-Wert des Signals U _MeS s wie folgt ermitteln:

U _AC _pp = ( δ l offset * R ) / 2

In einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei welchem eins der dem Komparatorelement 36 zugeführten internen Signale, beispielgemäß Sigl, ein definiertes Referenzsignal ist, wird die Amplitude des Sensorelementdifferenzsignals U _Me ss ermittelt, da hier der U _AC i-Term gleich Null ist und somit heraus fällt.

In zusätzlichen Ausführungsbeispielen ist sowohl bezüglich des Verfahrens zu Signal-Offset-Messung, als auch zur Ermittlung des Sensorelementdifferenzsignals eines der internen Signale ein Referenzsignal, dessen Wechselanteil U _AC gleich Null ist. Solch ein Referenzsignal wird beispielgemäß von der Auswerteschaltung erzeugt.

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Signalverarbeitungseinheit 31 der Auswerteschaltung. An diese Signalverarbeitungsein-

heit 31 sind eingangsseitig die um 180° zueinander phasenverschobenen Sensorelementausgangssignale SigA und SigB bzw. deren Spannungsdifferenz U _Me ss bzw. das Sensorelementdifferenzsignal U _MθSS angeschlossen. Signalverarbeitungseinheit 31 weist eine Verstärkerschaltung 313 zur Verstärkung dieser Sensorelementausgangssignale SigA, SigB auf. Verstärkerschaltung 313 ist dabei beispielgemäß als Instrumentenverstärker-Schaltung ausgebildet. Zusätzlich weist Signalverarbeitungseinheit 31 zwei Hystereseschaltungen 311 und 312 und eine Logikschaltung 314 auf, welche beispielsweise ein nicht dargestelltes UND-Gatter, das eingangsseitig mit den Ausgängen der Hystereseschaltungen 311 und 312 verbunden ist und ein Toggle-Flip-Flop, das eingangsseitig mit dem UND-Gatter verbunden ist, aufweist. Hystereseschaltungen 311 und 312 umfassen jeweils ein Komparatorelement 3112, 3122, als Operationsverstärker ausgebildet, einen Spannungsteiler 3111, 3121, jeweils mit einem ersten Widerstand Rl und einem zweiten Widerstand R2 sowie einen Transistor 3113, 3123. Die O- perationsverstärker sind alle gemeinsam an die Spannungsversorgung der Sensorbrücke BRP (Bridge Supply Plus) angeschlossen, welche durch eine nicht dargestellte Spannungs- versorgungsregelungseinheit bzw. eine Spannungsstabilisie- rungseinheit bereitgestellt wird.

Magnetfeldsensorelemente, insbesondere magnetoresistive Sensorelemente, haben unter anderem die Eigenschaft, dass mit zunehmender Temperatur die Signalamplitude geringer wird. Deshalb ist es wünschenswert, bei der Umwandlung von analogen in digitale Signale, die Schalthysterese über die Temperatur der Signalspannung anzupassen. Dies geschieht über

die, die Hysterese bestimmenden, Spannungsteiler 3111 bzw. 3121, deren beide Widerstände aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten ausgebildet sind. Durch entsprechende Dimensionierung lässt sich die Temperaturabhängigkeit der Hysteresespannung an die Temperaturabhängigkeit der Signalspannung anpassen. Außerdem weist Signalverarbeitungseinrichtung 31 bzw. deren Hystereseschaltungen 311 und 312 eine asymmetrische Hysterese bezüglich der beiden Komparatorelemente 3112, 3122 auf. Diese Kompara- torelemente 3112, 3122 schalten jeweils beim Nulldurchgang bzw. dem Kreuzungspunkt der Amplituden der beiden Ausgangssignale der Verstärkerschaltung 313 Sigl und Sig2, woraus ein vom übrigen Signalverlauf dieser beiden Signale unabhängiges Schalten der beiden Komparatorelemente 3112 und 3122 resultiert. Komparatorelement 3112 schaltet beispielsweise jeweils bei einer änderung der Polung der an seinen Klemmen anliegenden Differenzspannung. übersteigt die Amplitude von Sig2 (liegt an ,,+" von Komparatorelement 3112 an) die Amplitude von Sigl (liegt an „-„ von Komparatorelement 3112 an) , so stellt sich am Ausgang von Komparatorelement 3112 eine „1" bzw. ein high-Signal ein. Diese „1" schaltet Transistor 3113, in diesem Fall ein Mos-FET, durch, worauf sich an den Widerständen Rl und R2 jeweils eine Spannung, sich ergebend aus der Spannung von Sigl und entsprechend den Widerstandswerten des Spannungsteilers 3111, einstellt. Durch das Durchschalten von Mos-FET 3113 liegt an der dem Komparatorelement gegenüberliegenden Klemme des Widerstandes R2 das Potential GND an, welches das negative Potential der Versorgungsspannung der Magnetfeldsensorbrücke bzw. der nicht dargestellten Versorgungsspannungsregelungseinheit ist. Hier-

durch wird das am invertierenden Eingang des Komparatorele- ments 3112 anliegende Potential negativer. Für ein Umschalten des Komparatorelements auf ein „O"-Ausgangssignal reicht dem entsprechend nicht der Anstieg der Amplitude von Sigl auf den Wert der Amplitude von Sig2, weil Sig2 aufgrund des aktivierten Spannungsteilers nicht voll am invertierenden Eingang Komparatorelements 3112 anliegt. Diese Hysterese würde im Fall einer höheren Temperatur der Magnetfeldsensorbrücke, woraus eine im Allgemeinen geringere Amplitude der Signale Sigl und Sig2 resultiert, dazu führen, dass ein Umschalten des Komparatorelements 3112 deutlich später als bei einer durchschnittlichen Temperatur oder ab einer bestimmten Temperatur gar nicht mehr stattfinden würde, weil der maximale Amplitudenunterschied zwischen Sig2 und dem Anteil von Sigl, welcher am invertierenden Eingang von Komparatorele- ment 3112 anliegt, geringer wäre als die Hystereseschwelle. Aus diesem Grund weisen die Widerstände Rl und R2 des Spannungsteilers einen unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist Widerstand Rl im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur ausgelegt und Widerstand R2 weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, um den beispielgemäß negativen Temperaturkoeffizienten des Amplitudenverlaufs der Sensorelementbrücke auszugleichen. Dadurch liegt an Widerstand R2 bei steigender Temperatur eine höhere Spannung und ein im Verhältnis höheres Potential am invertierenden Eingang („-„) Komparatorelements 3112 an. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Amplitudendifferenz zwischen Sig2 und dem Anteil von Sigl, welcher am invertierenden Eingang von Komparatorelement 3112 anliegt, auch bei relativ starker Erwärmung die Hystereseschwelle pe-

riodisch überschreitet. Die Funktionsweise der Hystereseschaltung 312 ist entsprechend und bezüglich der Signale Sigl und Sig2 invertierend zum Schaltungszweig des Kompara- torelements 3112. Die Ausgangssignale der Hystereseschaltungen 311 und 312 überlappen sich bezüglich des High-Levels bzw. des Zustands „1" aufgrund der Hysterese, weil die negative Flanke des einen Signals später kommt, als die positive Flanke des anderen Signals. Als Ausgangssignal LogicOut der Signalverarbeitungsseinrichtung 31 ergibt sich somit ein im Wesentlichen rechteckförmiges Wechselsignal, dessen Periode mit der Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Encoders korreliert und dessen Flanken zeitlich mit den Nulldurchgängen des Eingangssignals korrelieren.

An die nichtinvertierenden Eingänge der Komparatorelemente 3112 und 3122 kann nun in einem Sonderbetriebsmodus jeweils ein Potential angelegt werden, welches sich aus dem Offsetsignal Ioffset durch den Widerstand R3 ergibt, woraus sich an den beiden nichtinvertierenden Eingängen die Potentiale U _P i und Up ₂ aus der überlagerung dieses Offsetpotential mit Sig2 bzw. Sigl ergeben. Die Offsetstromsignale Ioffset werden durch elektrische Offsetquelle 7 erzeugt, die an die Versorgungsspannung USup des Sensors angeschlossen ist und beispielgemäß als doppelte spannungsgesteuerte Stromquelle ausgebildet ist. Offsetquelle 7 wird beim Umschalten des Sensors in einen Sonderbetriebsmodus mit der Auswerteschaltung bzw. der Signalverarbeitungseinrichtung 31 mittels eines Offsetschalters 66 eines Umschaltmoduls 6 verbunden bzw. im Normalbetriebsmodus von dieser getrennt.

Die Sensorelementausgangssignale SigA, SigB weisen jeweils einen Gleichanteil U _D c, einen beispielgemäß vorhandenen Signal-Offset Uoffset/ der sich symmetrisch auf beide Signale auf ^¬ teilt, da nur deren Differenz betrachtet wird und im Fall, dass der Sensor einen zu diesem relativ bewegten, magnetischen Encoder erfasst, einen Wechselanteil U _A c auf:

SigA = -U _AC + U _DC + Uoff _S et/2 (10)

SigB = U _AC + U _DC - Uoff _S et/2 (11)

Instrumentenverstärker-Schaltung 313 verstärkt die Differenz der Eingangssignale SigA und SigB mit dem Verstärkungsfaktor v und der übertragungsfunktion:

U _Sig i = -SigA* (V-I) /2 + SigB* (v+l) /2 (12)

U _Sig2 = SigA* (v+l) /2 - SigB* (v-l) /2 (13)

Aus den Gleichungen (10) , (11) und (12), (13) ergibt sich

U _Sig i = - (-U _AC + U _DC + Uoff _S et/2) * (V-I) /2 + (U _AC + U _DC - U _off - _set /2) * (v+l) /2

= v*U _AC - v*Uof _fS et/2 + U _DC (14) und

U _Sig2 = (-U _AC + U _DC + Uoff _S et/2) * (v+1) /2 - (U _AC + U _DC - U _off - _set /2) * (v-l) /2

= -v*U _AC + v*Uof _fS et/2 + U _DC (15)

In Abhängigkeit von der Versorgungsspannung USup des Sensors wird die Spannung U _P i und U _P2 mittels elektrischer Offsetquelle 7, welche beispielhaft als spannungsgesteuerte, doppelte Stromquelle ausgebildet ist, jeweils an den nichtinvertie- renden Eingängen der Komparatorelemente 3112, 3122 einge-

stellt. Dabei ergeben sich die an erstem Komparatorelement 3112 eingangsseitig anliegenden Spannungen:

Upi = U _Sl g2 + Ioffset * R ₃ = -V*U _AC + V*Uoffset/2 + U _DC + Ioffset * R ₃ und

UNI = U _Sig i = v*U _AC - v*U _O ff _Se t/2 + U _DC

Die an erstem Komparatorelement 3112 eingangsseitig anliegende Differenzspannung U _De itai beträgt demnach:

Uceitai = UP ₁ -UN ₁ = -2 *v*U _AC + v*U _O ff _Se t + Ioffset * R ₃ ( 1 6 )

Entsprechend beträgt die an zweitem Komparatorelement 3122 anliegende Differenzspannung U _De ita2 :

U _Del ta2 = UP ₂ -UN ₂ = 2 *v*U _AC - v*U _O ff _Se t + Ioffset * R ₃ ( 17 )

Erstes Komparatorelement 3112 schaltet von „low" nach „high" für U _De ita= 0. Also genau dann, wenn gilt:

Ioffsetl * R ₃ = 2 *V*U _AC - V*U _O ffset ( 18 )

Im Rahmen eines beispielhaften Verfahrens zur Messung des Signal-Offsets des Sensorelements wird kein relativ zum Sensor bewegter magnetischer Encoder erfasst. Die Wechselanteile U _AC sind also gleich Null.

Digitale Logikschaltung 314 ist beispielgemäß so ausgebildet, dass der übergang des Komparatorelementausgangs Cmpl von Low nach High, einen Wechsel des Signalverarbeitungsein- heits-Ausgangssignals LogicOut von Low nach High (High nach Low) bewirkt. Umgekehrt führt der Wechsel des Komparator- elementsausgangs Cmp2 von Low nach High zu einem Wechsel des

Signalverarbeitungseinheits-Ausgangssignals LogicOut von High nach Low.

Auf diese Weise kann ein Ausgangssignalpuls erzeugt werden, welches durch die Low-nach-High - Wechsel beider Komparato- ren bestimmt wird. Bei diesen Schaltvorgängen spielt also jeweils die Hysterese keine Rolle bzw. ist abgeschaltet und geht in die Messung des Signal-Offsets beispielgemäß nicht ein. Daraus folgt:

Erstes Komparatorelement 3112 schaltet bei: loffsetl * R3 = -V * Uoffset

Zweites Komparatorelement 3122 schaltet bei:

I θffset2 * R ₃ = +V * Uoffset

Die Differenz beider notwendigen Offsetsignale I _O ffseti, Ioffset2, welche proportional der Differenz zweier Versorgungsspannungen USup ist, entspricht:

δ l offset * R ₃ = 2 * V * Uoffset

O Uoffset = δ l offset * R ₃ / 2 /V ( 1 9 )

Diese Offsetsignaldifferenz δI _O ff _Se t bzw. die Werte der beiden Offsetsignale I _O ffseti, Ioffset2 zu den jeweilgen Schaltzeitpunk ^¬ ten bzw. entsprechende Differenz der Versorgungsspannung wird gespeichert und zur Ermittlung des Signal-Offsets Uoffset verwendet .

Zur Messung des Sensorelementdifferenzsignals U _MeS s bzw. einer Amplitudenmessung des Sensorelements wird ein relativ zum Sensor bewegter magnetischer Encoder erfasst. Hierbei wird

beispielgemäß ein vorher bereits ermittelter Signal-Offset berücksichtigt, wobei dieser in der folgenden Berechnung des Sensorelementdifferenzsignals zur Vereinfachung gleich Null gesetzt wird, da er als konstanter Wert bereits bekannt ist.

Die beiden Komparatorelemente 3112, 3122 schalten solange sich deren Eingangssignale „schneiden" bzw. sich deren Werte im zeitlichen Verlauf bezüglich des größer-kleiner- Verhältnisses abwechseln bzw. solange die Differenz der Werte der Signale, welche an den Eingängen der Komparatorelemente 3112, 3122 anliegen, bezüglich des Vorzeichens abwechselt.

Da durch den Wechsel von „low" nach „high" am Ausgang des jeweiligen Komparatorelements die Hysterese beispielgemäß eingeschaltet und somit der negative Eingang zusätzlich reduziert wird, verringert sich der Offsetstellbereich in welchem der Ausgang schaltet, um eben den Wert der Hysterese

UfJySt •

Offsetsignal Ioffset wird von einem definierten negativen Wert zu einem definierten positiven Wert innerhalb einer definierten Zeit verändert.

Dabei gilt für das Offsetsignal im negativen Wertebereich:

Ioffset < 0 I

Upi < U _N i ^ Hys tere se i s t aus , U _P s te igt mi t s te igendem Ioffset bi s U _De ita= 0 wi rd .

UPI = -v*U _AC + UDC - Ioffset_iow * Ra

UNI = U _Sig i = v * U _AC + U _DC

Up ₁ = U _N1 O I Offset low R ₃ = -2*v*U _AC

Dabei fängt beispielgemäß Komparatorelement 3112 bei obigem Wert des Offsetsignals Ioffset low an zu schalten.

Für das Offsetsignal I _O ff _S et im positiven Wertebereich gilt:

Ioffset > 0 I

Upi > U _N i ^ Hysterese ist an, U _P steigt weiter mit steigendem Offset, bis U _D eita nicht mehr Null werden kann, bzw. gerade noch Null wird.

Upi = -V*U _AC + UDC + Iθffset_High * R ₃

UNI = Us ₁₉ I - U _Hys t = v*U _AC + U _DC - U _Hys t

Up ₁ = U _N1 O I Offset High R ₃ = 2*v*U _AC - U Hyst

Dabei hört Komparatorelement 3112 bei obigem Wert des Off ^¬ setsignals Ioffset High auf zu schalten.

Daraus ergibt sich das Sensorelementdifferenzsignal U _MeS s, welches gleich dem Spitze-Spitze-Wechselanteil U _{AC PP} ist, wie folgt:

Iθffset_High ^~ Iθffset_low ⁼ δI _O ffset ⁼ ( 4 * V * U _A c ^~ Uπyst) / R ₃ ⁼

(2*v*U _AC _ _PP - U _Hys t) / R ₃

*> U _AC _pp = (δloffset * R ₃ + U _Hys t) /2 /v = U _Mess (20)

Anhand von Fig. 4 und Fig. 2 kann das beispielhafte Verfahren zur Bestimmung des Sensorelementdifferenzsignals U _Me ss

bzw. der Signalamplitude des Sensorelements bei Erfassung von Encoderbewegungen, mit welchem der Sensor über einen Luftspalt beispielgemäß magnetisch gekoppelt ist, nachvollzogen werden. Um sicherzustellen, dass die Auswerteschaltung und alle weiteren Komponenten des Sensors mit ausreichend hoher Spannung versorgt sind, wird der Arbeitspannungs- bzw. der Versorgungsspannungsbereich im Sonderbetriebsmodus bzw. Testmodus auf 5V bis 25V festgelegt.

Mittels der Versorgungsspannung USup, welche die Offsetquelle steuert und von welcher der Wert des Offsetsignals direkt abhängig ist, können die Potentiale der bereits verstärkten Sensorelementausgangssignale U _S i _g i bzw. Sigl und U _S ig2 bzw. Sig2 so gegeneinander verschoben werden, dass ein Signal größer ist als das andere, unabhängig vom zeitlichen Verlauf innerhalb zumindest einer Periode des jeweiligen Signals, resultierend aus der erfassten Encoderbewegung, wobei diese Periode beispielgemäß einem magnetischen Nord-Südpolpaar bei einem alternierend magnetisierten Encoder oder alternativ einem Zahn-Lücke-Paar bei einem zahnradförmigen, ferromagne- tischen Encoder entspricht. Anders ausgedrückt „kreuzen" oder „schneiden" sich beide Sensorelementausgangssignale Sigl, Sig2 ab einer definierten Mindestoffsetspannung an einem der Komparatorelementeingänge nicht mehr.

In dem dargestellten Beispiel wurde die Offsetquelle so dimensioniert bzw. eingestellt, dass bei einer Versorgungsspannung USup von 15V die durch das Offsetsignal erzeugte Offsetspannung OV beträgt. Bei 5V Versorgungsspannung be-

trägt die Offsetspannung -10OmV und bei 25V Versorgungsspannung entsprechend +10OmV.

Der Zusammenhang zwischen Offsetsignal Ioffset und Versorgungsspannung USup stellt sich beispielgemäß wie folgt dar:

Ioffset * R ₃ = (USup - 15V) * 10mV/V bzw.

δloffset * R ₃ = δUSup * 10mV/V ( 21 )

Der Bereich, in dem am Sensorausgang ein Ausgangssignalwechsel des digitalen Sensorausgangssignals Out detektierbar ist, das Sensorausgangssignal also eine Periodizität aufweist und nicht konstant ist, hängt von der an den Kompara- toren der Signalverarbeitungseinrichtung anliegenden, bereits verstärkten Sensorelementausgangssignale Sigl und Sig2 sowie der Hysterese der jeweiligen Hystereseschaltungen ab. Der Wert der Hysterese der beiden Hystereseschaltungen ist beispielgemäß durch die beiden Widerstände Ri und R ₂ , wie in Fig.2 beschrieben, bestimmt:

U _Hyst = U _Sig * R ₂ / ( Ri + R ₂ ) - U _Sig

In diesem Beispiel sind die Widerstandswerte zu und R ₂ =69kω gewählt. Bei einem Gleichanteil von U _S i _g mit 1,75V ergibt sich die Hysterese zu U _Hys t = 25mV. Mit Hilfe der Versorgungsspannung USup des Sensors lässt sich nun der Wert des Sensorelementdifferenzsignals U _Me ss berechnen, indem man Gleichung (21) in Gleichung (20) einsetzt:

U _Mess = U _AC _pp = (δUSup * 10mV/V + U _Hyst )/2/v (22)

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist ein Ausgangssignalwechsel bei Versorgungsspannungen USup von 6V bis 22V zu detektieren. Verstärkungsfaktor v der Verstärkerschaltung 313 ist beispielgemäß v = 10. Mit Hilfe von Formel (22) ergibt sich damit ein Wert des Sensorelementdifferenzsignals UMθSS von U _MeS s = 9,25 mV.

Durch Variation der Versorgungsspannung U _Sup wird beispielgemäß die Amplitude des Sensorelementdifferenzsignals U _Me ss, welche von der Luftspaltlänge zwischen Encoder und Sensor abhängig ist, gemessen bzw. berechnet werden.

Die Bestimmung bzw. Ermittlung eines Offsets des Sensorelements wird anhand der Fig. 5 und 6 beispielhaft erläutert. Dabei wird beispielgemäß der Offset der Messbrücke des Sensorelements berechnet.

Dazu wird wie bei der Bestimmung des Sensorelementdifferenzsignals bzw. der Amplitude dieses Signals mittels der Versorgungsspannung USup des Sensors und der elektrischen Offsetquelle die Spannung U _P an den nichtinvertierenden Kompara- toreingängen der Auswerteschaltung variiert. Hierbei darf beispielgemäß kein externes, insbesondere durch einen Encoder erzeugtes und/oder moduliertes, Magnetfeld vom Sensorelement erfasst werden.

Für die Bestimmung des Offsets des Sensorelements bzw. des Brückenoffsets wird der Arbeitspannungsbereich der Versor-

gungsspannung USup durchlaufen. Ist die Brückenspannung off- setfrei, schalten beide Komparatoren bei der gleichen Versorgungsspannung, da die beiden Sensorelementausgangssignale ein jeweils gleich großes Potential an den Komparatoreingän- gen erzeugen. Dieses gleichzeitige Schalten der beiden Komparatoren ist, wie in Fig. 5 veranschaulicht, durch den Peak des Ausgangssignals Out erkennbar. Die dazugehörigen Signalverläufe der an den Komparatoreingängen anliegenden Potentiale Cmp2+, Cmp2- und Cmpl+, Cmpl - sowie der Verlauf der Versorgungsspannung USup sind ebenfalls aus Fig. 5 ersichtlich.

Sind dagegen die beiden Sensorelementausgangssignale um einen Offset gegeneinander verschoben, schalten beide Komparatoren bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen USupl und USup2. Dadurch zeigt sich am Ausgangssignal jeweils ein Signalwechsel beim Schalten des ersten Komparators und wieder beim Schalten des zweiten Komparators. In Fig. 6 sind diesbezüglich die entsprechenden Signalverläufe dargestellt, wobei die Signalverläufe der an den Komparatoreingängen anliegenden Potentiale mit Cmp2+, Cmp2- und Cmpl+, Cmpl - bezeichnet sind.

Die Komparatorausgänge der Auswerteschaltung erzeugen entsprechend das Ausgangssignal Out.

Die Verschiebung der Schaltzeitpunkte der beiden Komparatoren des Beispiels aus Fig. 6 ist ein Maß für die Offsetverschiebung. Beispielgemäß schalten die beiden Komparatorele- mente im Sonderbetriebsmodus bei einer Versorgungsspannung

USup von 13V bzw. 17V, also einer Versorgungsspannungsdiffe- renz von δUSup = 4V. Mit Hilfe der Verstärkung der Verstärkerschaltung 313 lässt sich dann der Signal-Offset der Brücke bestimmen. Bei einer gewählten Verstärkung von v = 10 ergibt sich beispielgemäß bei Einsetzung der Gleichung (21) in Gleichung (19) der Signal-Offset U _O ff _Se t bzw. die Offsetspannung der Sensorelement-Brücke zu U _O ff _Se t = 2mV.

Fig. 3 veranschaulicht einen beispielhaften aktiven Sensor 1, der als Raddrehzahlsensor ausgebildet ist und Anschlussleitungen 4 und 5 mit den Anschlüssen 41 und 51 aufweist, an welche zusätzliche Anschlussleitungen in Verlängerung der Anschlussleitungen 4 und 5 angeschlossen sind. über diese zusätzlichen Anschlussleitungen ist aktiver Sensor 1 mit der elektronischen Kontrolleinheit ECU eines Kraftfahrzeugbremssystems verbunden. über Anschlussleitungen 4 und 5 bzw. die Anschlussleitungen 4 und 5 in Verlängerung mit den zusätzlichen Anschlussleitungen wird das Sensorausgangssignal Out übertragen und die Versorgungsspannung USup wird an diesen Leitungen 4, 5 bereitgestellt. Durch die Polung der angelegten Versorgungsspannung wird beispielgemäß der Betriebsmodus des Sensors 1 eingestellt beziehungsweise umgeschaltet. Bei einer Polung „+" an „+" und „-„ an „-„ arbeitet der Sensor im Normalbetriebsmodus. Bei einer Polung „+" an „-„ und „-„ an „+" arbeitet der Sensor in einem Sonderbetriebsmodus bzw. beispielgemäß in einem Testbetriebsmodus.

Im Normalbetriebsmodus weist Sensorausgangssignal Out einen Stromwert in einem definierten Arbeits-Stromintervall auf, während im Sonderbetriebsmodus bzw. Testbetriebsmodus der

Stromwert des Sensorausgangssignals Out in einem Fehlerband liegt, wodurch ein unbeabsichtigtes Verpolen im Normalbetrieb erkannt werden kann. Aktiver Sensor 1 umfasst ein Sensorelement 2, welches als AMR-Sensorbrücke ausgebildet ist, eine Auswerteschaltung 3 und ein Umschaltmodul 6. Sensorbrücke 2 erfasst die Rotationsbewegungen eines nicht dargestellten, mit einem Rad fest verbundenen, magnetischen Encoders bzw. das durch die Encoderbewegungen modulierte Magnetfeld. Zusätzlich weist Sensor 1 eine überspannungsschutzeinheit 8 auf, damit Sensor 1 beim Anschluss an eine zu große Spannung nicht beschädigt wird. Umschaltmodul 6 zur Be- triebsmodusumschaltung umfasst Brückengleichrichterschaltung 61, Moduskomparator 62 und eine Schaltereinrichtung 65. Mo- duskomparator 62 ist so mit Brückengleichrichterschaltung 61 verbunden, dass Moduskomparator 62 in Abhängigkeit der Polarität der Versorgungsspannung Sensors 1 schaltet oder nicht schaltet bzw. die Polung der Versorgungsspannung Sensors 1 erfasst. Gleichrichterschaltung 61 ist eingangsseitig mit Anschlussleitungen 4 und 5 verbunden und stellt ausgangs- seitg eine gleichgerichtete Spannung als Versorgungsspannung für Moduskomparator 62, Auswerteschaltung 3 und Sensorelement 2 bereit. Auswerteschaltung 3 umfasst beispielgemäß zwei Stromquellen, welche ein Stromsignal definierter Amplitude für eine Schnittstellenschaltung 32 bereitstellen.

Des Weiteren umfasst Auswerteschaltung 3 eine Signalverarbeitungseinheit 31, welche die Ausgangssignale des Sensorelements 2 verarbeitet und ein digitales Wechselsignal erzeugt und ausgibt, das entsprechend den Encoderbewegungen moduliert ist. Darüber hinaus weist Auswerteschaltung 3 eine

Referenzspannungseinheit 35 auf, welche der Signalverarbeitungseinheit 31, der Stromquelle 33 und einer Spannungssta- bilisierungseinheit 34 eine Referenzspannung mit einem definiertem Spannungswert zur Verfügung stellt. Spannungsstabi- lisierungseinheit 34 besteht beispielgemäß aus einer Zener- diode, mit welcher die Versorgungsspannung des Sensorelements 2 und beispielgemäß ebenfalls die Versorgungsspannung der Signalverarbeitungseinheit 31, welche parallel dazu geschaltet ist, auf einen im Wesentlichen konstanten, definierten Wert eingestellt wird. Im Normalbetrieb ist Schalter 322 geschlossen und Schalter 321 wird in Abhängigkeit des Ausgangssignals von Signalverarbeitungseinheit 31 betätigt. Hierdurch wird das Sensorausgangssignal Out erzeugt, welches zwischen 7mA und 14mA wechselt. Der Stromwert von 7mA ergibt sich dabei aus den 3mA von Stromquelle 33, zuzüglich der 3,5mA Stromquelle sowie weiteren 0,5mA sonstiger Stromaufnahmen. Der Stromwert von 14mA ergibt sich dann durch Zuschalten der 7mA-Stromquelle . Im Sonderbetriebsmodus, welcher durch Moduskomparator 62 erkannt wird, wird das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 31 mittels Schaltereinrichtung 65 auf Schalter 322 umgeleitet, wogegen Schalter 321 nun geöffnet bleibt. Hierdurch wird ein Sensorausgangssignal Out des Sensors 1 erzeugt, welches zwischen 3,5mA und 7mA wechselt und der untere Pegel von 3,5mA damit bespielgemäß in einem Fehlerband liegt, wodurch ein versehentlich verpolt angeschlossener Sensor 1 von der elektronischen Kontrolleinheit ECU eindeutig erkannt werden kann.

Zusätzlich weist Sensor 1 eine elektrische Offsetquelle 7 auf, welche eingangsseitig mit Anschlussleitungen 4, 5 ver-

bunden ist, also die Versorgungsspannung USup als eigene Versorgungsspannung aufweist und beispielgemäß als spannungsgesteuerte Doppel-Stromquelle ausgebildet ist. Die beiden Ausgangsleitungen sind über Offsetschalter 66, der von Moduskomparator 62 angesteuert wird, mit Signalverarbeitungseinheit 31 der Auswerteschaltung 3 verbunden. Dadurch wird beispielgemäß im Normalbetriebsmodus elektrische Offsetquelle 7 von Auswerteschaltung 3 getrennt und im Sonderbetriebsmodus mit dieser verbunden. Elektrische Offsetquelle 7 treibt die beiden Offsetströme Ioffset-

Beispielhafte Auswerteschaltung 3 in Fig. 7 umfasst ein erstes Komparatorelement 36 an welches eingangsseitig ein erstes internes Signal SigX und ein zweites internes Signal Si- gY angelegt werden, wobei SigX durch Offsetsignal Ioffset der Offsetquelle 7, welche mittels Umschaltmodul 6 mit Auswerteschaltung 3 verbunden ist, überlagert werden kann, um den Signal-Offset zwischen SigX und SigY zu ermitteln. Auswerteschaltung 3 weist ein erstes Auswahlelement swl auf, mittels dem der Signal-Offset des Sensorelements 2 durch Schließen des Schalters swl eliminiert werden kann und lediglich der durch Verstärkerschaltung 313 verursachte Signal-Offset gemessen wird.