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Berührungslose Positionsgeber

So werden elektronische Drosselklappen sicher und leistungsfähig

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Magnetische Sensoren für Drosselklappenanwendung brauchen drei Anschlüsse

Aus Gründen der Kompatibilität mit herkömmlichen Motorsteuergeräten, die eine Schnittstelle zu Potenziometern aufweisen, brauchen magnetische Sensoren für Drosselklappenanwendung drei Anschlüsse und müssen als Ausgangssignal ein proportionales analoges Signal erzeugen. In der Produktion muss der Sensor kalibrierbar sein, damit man nach der Montage den richtigen Spannungshub zwischen den Anschlägen einstellen kann (beispielsweise von 10% bis 90% der Versorgungsspannung)

Positionsgeber in elektronischen Drosselklappen

An Positionsgeber in elektronischen Drosselklappen werden einige spezielle Anforderungen gestellt. Ein Universalsensor, wie er für sehr viele Anwendungen in der Industrie eingesetzt wird, bietet zwar die nötige Genauigkeit, ist aber für das sicherheitskritische Umfeld in der Automobiltechnik nicht sicher genug. Aus diesem Grund kommt nun eine neue Generation von Positionsgebern auf den Markt, die speziell für die Anforderungen der Automobilindustrie ausgelegt ist.

Bild 2: Der Aufbau des AS5262 mit zwei Chips übereinander liefert Redundanz in nur einem Gehäuse.
Bild 2: Der Aufbau des AS5262 mit zwei Chips übereinander liefert Redundanz in nur einem Gehäuse.
(Bild: ams)

Die erste spezielle Anforderung ist Redundanz. Der eigentliche Sensor ist doppelt ausgelegt, das ist wichtig für die Sicherheit einer elektronischen Drosselklappe. Für Motorräder will man vielleicht sogar eine dreifache Ausführung des Sensors. Bild 2 zeigt, wie man mit einem AS5262 die spezifizierte Redundanz erreichen kann. Das AS 5262 ist ein Positionsgeber, der speziell auf die Erkennung der Position einer Drosselklappe oder eines Gaspedals (oder Gasgriffs) ausgelegt ist. Es gibt den Sensor mit einem oder mit zwei Chips. In der Zwei-Chip-Version sind beide Chips durch eine dielektrische Zwischenlage elektrisch völlig voneinander getrennt.

Der Aufbau mit zwei direkt übereinanderliegenden Chips hat den Vorteil, dass die beiden Chips praktisch die gleichen Werte des magnetischen Feldes messen. Somit können ihre Messwerte leicht verglichen werden, jede Fehlfunktion eines Chips fällt sofort auf. Der IC ist oft auf eine Leitplatte gelötet, die am Plastikgehäuse der elektronischen Drosselklappe befestigt ist; das Plastikgehäuse trägt auch den Verbinder für das Anschlusskabel, das die Drosselklappe mit der Motorelektronik verbindet. Der Magnet sitzt auf der Achse der Klappe. Der Magnet ist also in der Flucht der Chips montiert, und zwar in einer Entfernung, die durch den mechanischen Aufbau des Systems bestimmt wird.

Positionssensor muss ein genaues analoges Ausgangssignal liefern

Bild 3: Die Version des AS5262 mit 2 Chips liefert eine Ausgangsspannung linear proportional zum Winkel.
Bild 3: Die Version des AS5262 mit 2 Chips liefert eine Ausgangsspannung linear proportional zum Winkel.
(Bild: ams)

Die zweite Anforderung besteht im genauen analogen Ausgangssignal. Der AS5262 liefert beispielsweise eine Ausgangsspannung zwischen 10% und 90% der Versorgungsspannung über einen Winkelbereich von 90° zwischen den beiden Anschlägen. Das 12-Bit-Ausgangssignal ist linear proportional zum Winkel.

Die Winkelmessung im IC weist für die volle Drehung eine Auflösung von 14 Bit auf, somit bleiben 12 Bit für einen Viertelkreis, nämlich für die 90°, die sich eine Drosselklappe drehen kann. Das reicht für die Anwendung in einer elektronischen Drosselklappe aus. Der Sensor liefert eine Auflösung von 10 Bit über einen Sektor von 22,5°, das ist der Maximalwinkel, den sich ein Gaspedal in einem Auto (oder ein Gasgriff an einem Motorrad) drehen kann. Die hohe Auflösung der Ausgangsspannung des AS5262 erlaubt der Motorelektronik, die Öffnung der Drosselklappe präzise zu steuern, die somit genau darauf reagiert, wenn der Fahrer aufs Gas tritt. Seine lineare Charakteristik ist für die Motorelektronik besonders einfach, sie kann das Signal direkt verarbeiten und braucht keine Kompensationsalgorithmen.

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