Suchen

Berührungslose Positionsgeber

So werden elektronische Drosselklappen sicher und leistungsfähig

Seite: 3/3

Firmen zum Thema

Bedingungen des Sicherheitsstandards ISO26262 sind einzuhalten

Die dritte Anforderung in einer elektronischen Drosselklappe sind besondere Sicherheitsfunktionen. Speziell müssen die Bedingungen des Sicherheitsstandards ISO26262 eingehalten werden. Diese sind unter anderem:

  • Diagnosefunktionen: Die Motorelektronik muss sofort informiert werden, wenn der Sensor ausfällt. Beim AS5262 umfassen die Diagnosefunktionen Magneterkennung, Erkennung eines Kabelbruchs und die Bereitstellung von Diagnosespannungen (0% bis 4% oder 95% bis 100% der Versorgungsspannung).
  • Schutz gegen Überspannungen, Verpolung und Dauerkurzschluss.
  • Schutz gegen magnetische Streufelder: Bei vielen magnetischen Positionsgebern erreicht man dies mithilfe einer Abschirmung. Beim AS5262 braucht man keine spezielle Abschirmung, weil der IC mit einer patentierten differentiellen Messtechnologie arbeitet: Er nutzt jeweils zwei Paare von Hallsensoren; ein Paar für die x-Komponente (Kosinuskomponente) des Magnetfelds, ein zweites für die Y-Komponente (Sinuskomponente). Ein interner Signalprozessor vergleicht beide Werte und errechnet daraus Winkel und Stärke des Magnetfelds. Weil der Sensor mit relativen und nicht mit absoluten Werte arbeitet, stören ihn Streufelder nicht.

Definition des maximal erlaubten Fehlers

Die Autohersteller spezifizieren für elektronische Drosselklappen einen maximalen Linearitätsfehler. Er beträgt meistens ±1% bezogen auf die Versorgungsspannung.

Nach der Montage muss der Sensor kalibriert werden, damit der Hub seines Ausgangssignals den Bewegungsbereich der Drosselklappe abdeckt. Der AS5262 unterstützt verschiedene, unterschiedlich genaue Kalibriermethoden. Der Anwender kann somit die für ihn passende Methode wählen, um die Linearitätsanforderung einzuhalten.

Die übliche Kalibriermethode ist, die Drosselklappe in die beiden Endlagen zu bringen, die vom IC gemessenen Winkel auszulesen und dann den Spannungsbereich softwaremäßig einzustellen. Auf diese Weise erreicht das System einen Linearitätsfehler von unter ±1% der Versorgungsspannung.

Benötigt man eine höhere Genauigkeit, kann man den IC auch an mehreren Punkten der Messkurve kalibrieren. Das dauert etwas länger, reduziert aber den Linearitätsfehler auf Werte unter ±0,5% der Versorgungsspannung.

Man kann den IC auch nur am unteren Anschlag kalibrieren; das geht schneller, ist aber nur möglich, wenn ein Linearitätsfehler > ±1% der Versorgungsspannung tolerabel ist.

Man kann den AS5262 auch vorprogrammieren. In diesem Fall kalibriert sich die Motorelektronik selbst, indem sie die Ausgangsspannung der Drosselklappe am unteren Anschlag einlernt. Auch das geht nur dann, wenn ein Fehler von mehr als ±1% der Versorgungsspannung tolerabel ist, weiterhin muss die Motorelektronik über eine passende Lernfunktion verfügen.

Was bei der Auswahl des Magneten zu beachten ist

Bild 4: Zwei Typen Magneten können mit einem Positionsgeber wie dem AS 5262 eingesetzt werden.
Bild 4: Zwei Typen Magneten können mit einem Positionsgeber wie dem AS 5262 eingesetzt werden.
(Bild: ams)

In einem berührungslosen Positionsgeber ist der Magnet als Bauteil so wichtig wie der Hallsensor. Bei elektronischen Drosselklappen gibt es bei der Wahl des Magneten einiges zu bedenken.

Magneten mit diametraler Magnetisierung (Bild 4) darf man nicht in direkten Kontakt mit einer ferromagnetischen Achse bringen, denn diese würde das Magnetfeld schwächen und verzerren. Man braucht in diesem Fall eine nichtmagnetische Fassung (etwa aus Kunststoff, Kupfer, Messung oder Aluminium), die einen Abstand von mindestens 3 mm zwischen Magnet und Achse sicherstellt. Diametrale Magneten werden typischerweise aus SmCo hergestellt (einem Material mit einem sehr geringem Temperaturkoeffizienten) oder aus NeFeB. Der Luftspalt zwischen Magnet und Sensor beträgt typischerweise 1 bis 2 mm.

Magneten mit einseitiger Magnetisierung hingegen können auf einer eisernen Achse befestigt werden. solche Magneten sind notwendigerweise relativ groß (typische Maße: Durchmesser 16 mm, Dicke 2,5 mm); ihre Feldlinien sind asymmetrisch. Weil das Feld auf einer Seite konzentriert ist, verträgt es einen großen Luftspalt von bis zu 3 mm zwischen Magnet und Sensor. Einseitige Magneten sind typischerweise aus NeFe und polymergebunden; etwa NeoFer 48/60p.

Der Positionsgeber AS 5262 arbeitet mit beiden Typen Magneten. Er braucht lediglich ein vertikales Magnetfeld (Bz) zwischen 30 und 70 mT in einem Torus von 1,25 mm Radius in dem Kreis, in dem die Hallsensoren im IC eingebaut sind.

Die Auswahl des Magneten und seiner Abmessungen richten sich nach den Toleranzen des mechanischen Designs. Braucht man mehr Freiheit in Richtung seitlicher Verschiebung und einen kleineren Linearitätsfehler, so verwendet man einen größeren Magneten. Dickere Magneten liefern ein stärkeres Feld. Dies kommt vor allem bei engen Toleranzen zum Tragen wie etwa ±0,5 mm in beiden Richtungen seitlich und beim Luftspalt. Ein kleinerer diametral magnetisierter SmCo-Magnet (Durchmesser von 8 mm, Dicke 3 mm, nominaler Luftspalt 1,5 mm) ist ideal und liefert Linearitätsfehler von <1% VDD.

* Roberto Scotti ist Field Applications Engineer bei ams in Italien.

(ID:42530580)