診断可能なホールセンサ
本発明はホールプローブ（２）を用いて磁界強度を検出するための測定装置並びにホールセンサ装置（１）の機能診断のための方法に関している。前記測定装置は、少なくとも１つのホールプローブ（２）を備えたセンサ装置（１）を含んでいる。本発明は、前記ホールプローブ（２）からガルバニック絶縁された電気的な診断用導体（４）によって特徴付けられる。本発明によればセンサ装置（１）ないしホールセンサ（２）の永続的でかつ包括的な診断を行うことのできる、ホールセンサ装置（１）とその機能診断のための方法が得られる。特にホールセンサ（２）は定量的な機能性や欠陥のみでなく、適正な較正に関しても定量的な検査が可能である。場合によってはセンサ（２）の即応的な補正も行うことができる。これにより特に温度ドリフトやセンサ（２）の機械的な緊張に基づく測定エラーが除去できるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念による、ホールプローブを備えたセンサ装置の位置を検出するための測定装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
ホールプローブは従来技術からも公知である。基本的にホールプローブは、導電性のセンサ面を含んでおり、該センサ面には給電電流が通流する。ここにおいて電流の流れたセンサ面との相互作用において磁界が形成されると、センサ面における可動電荷担体に対するローレンツ力に基づいて、電荷担体のそれまでの移動方向を横切るような方向への偏倚が生じる。これによりセンサ面の２つの側方縁部の間で測定可能な電圧と電界が生成される。
【０００３】
このようなホール電圧として公知の電圧は、センサに作用する磁界の磁束密度とセンサ面を流れる給電電流の積に比例している。このようにしてホール電圧の測定を用いて（既知の給電電流強度のもとで）、センサに作用する磁束密度が比例係数に基づいて求められる。その際の比例係数はセンサ面の幾何学的構造の寸法に依存する。
【０００４】
この種のホールプローブないしホールセンサは、集積されたホールセンサ素子の形態で公知である。この場合本来のホールセンサには処理装置が後置接続される。この処理装置はホールセンサから送出されたホール信号を評価のために処理し、当該ホール信号から得られた出力信号を送出する。このホールセンサと処理装置は唯１つのケーシングに集積化されていてもよい。
【０００５】
ホールセンサは例えば２つの機械的な構成部材の相対位置を無接触にかつ摩耗なしで検出するのに用いることが可能である。これに対してホールセンサは２つの機械的構成部材のうちの一方に設けられる。それに対して磁界形成部材、有利には永久磁石は、２つの機械的構成部材のもう一方に設けられる。当該２つの機械的構成部材の相対的な移動のもとでは、磁界を形成する構成部材の磁界強度と磁力線の角度がホールセンサの箇所において変化し、それに伴ってホールセンサによって生成されるホール電圧も変化する。これにより２つの機械的構成部材の相対位置の変化が記憶され、ホールセンサの相応の較正のケースでは測定ないしは定量的に求められる。
【０００６】
しかしながら基本的にホールセンサのもとでは、例えば電子的な欠陥に基づくセンサ素子の故障の危険性が生じ得る。その他にも様々な作動温度や、外部からの磁界の影響、あるいはホールセンサの感度や特性を変えるような機械的な緊張などに基づいて測定信号のエラーも起こり得る。
【０００７】
従来のホールセンサ素子では、このような欠陥に基づいて故障が発生すると、ないしは前述のような周辺条件に起因してホールセンサの信号にエラーが生じると、ホールセンサ素子の機能性を、センサが組み込まれた状態ないしは作動させた状態では十分に検査することができないという問題が頻繁に生じ、そのような欠陥は識別されないままであった。さらに従来技術では、ホールセンサ自体のみでなく、ホールセンサに組み込まれる電子評価回路系（これは大抵はセンサ素子の本体と共に１つのチップケーシングに収容されている）の診断に関してもごく僅かな手段しか提供できていない。
【０００８】
ドイツ連邦共和国特許出願公開DE 100 47 994 A1 明細書からは、組み込まれた状態でホールセンサの診断が実施できるホールセンサ素子が公知である。ここではホールセンサ素子を流れる電流が周期的に変更され、それに応じたセンサ出力電圧の変化から当該センサの機能性を逆推論されている。しかしながらこの公知の手法は、ホールセンサ素子及び／又は後置接続されている電子評価系が全体として機能し得るか否か、あるいは複数の構成要素における故障の有無が、大ざっぱに分析されて確定されているだけである。ここでは、当該の故障がホールセンサ素子自体に係わるものなのかそれとも電子評価系に係わるものなのかを確定することもできないし、センサの出力信号のエラーが例えば外部からの影響によるものなのかどうかを見極められるように定量的な分析を行うことすらできない。そのためこのような公知技術においては、ホールセンサ素子が例えば機械的な緊張にさらされて、そのことが原因で誤った信号を送出しているかどうかを見極めることも不可能である。なぜならこのようなケースでは、ホールセンサ素子の出力信号の変化がホールセンサ素子の機械的な緊張若しくはその他のエラーに由来しているのか、あるいは測定された磁界の変化に相当しているだけなのかを確定することができないからである。
【０００９】
本発明の課題はこのような背景技術に基づいて、センサ装置の包括的な診断が実施可能な、ホールプローブを備えた診断可能なセンサ装置を提供すること、ないしはそのようなホールセンサ装置の機能診断のための方法を提供することである。特にこの場合本発明の課題は、ホールセンサ素子の診断だけでなく、ホールセンサ素子の電子評価系の診断も実施することができるようにすることである。その上さらにセンサ装置の品質的な診断のみならず、定量的な診断も行うことができるようにする。それによってセンサ装置の較正も、あるいは変化した周辺環境条件に基づいて生じた測定エラーの除去も可能になる。
【００１０】
前記課題は請求項１の特徴部分に記載の本発明による診断可能な測定装置によって、ないしは請求項９の特徴部分に記載の本発明による機能診断のための方法によって解決される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態は従属請求項にも記載されている。
【００１２】
まずそれ自体公知の形式で測定装置は磁界の強度の検出に用いられる。これのために当該測定装置は少なくとも１つのホールプローブを備えたセンサ装置を含んでいる。この場合ホールプローブは、当該ホールプローブを貫通する磁界とホールプローブを流れる給電電流に依存して、ホール電圧を生成するために調整される。
【００１３】
本発明による測定装置は、ホールプローブからガルバニック絶縁されて有利にはその近傍に配置された電気的な診断用導体と、該診断用導体を通って流れる診断用電流を生成するためのドライバ装置によって特徴付けられている。
【００１４】
この場合診断用導体には、ドライバ装置を用いて所定の電気的な診断用電流が流され、この診断用電流に起因してホールプローブに作用する磁界も生成される。これにより、ホールプローブには所定の大きさのホール電圧が生成される。この診断用電流に起因するホール電圧が評価され、その評価に基づいて、ホールプローブ自体の機能のみならず、ホールプローブの評価電子系の機能も逆推論することが可能になる。
【００１５】
特に有利には、診断用電流の大きさと、それによって引き起こされるホール電圧の大きさとの間の関係も構築される。なぜなら診断用電流の所定の大きさには、診断用導体の所定の磁界強度が対応付けられ、さらにこの磁界強度に結びつくホール電圧の所定の目標値も対応付けられるからである。このようにして、ホールプローブないしその評価電子系の機能性に対する品質的な逆推論のみならず定量的な逆推論も関係づけることが可能になる。さらに相応の正確な評価のもとでは、ホールプローブないし測定装置の較正も実施できる。すなわち、診断用電流の既知の大きさと、それによって引き起こされるホール電圧の大きさ、並びに前記診断用電流に結び付けられるホール電圧の目標値からは、相応の補正値を求めることも可能になる。これにより、例えばホールプローブの温度補償を行うことが可能になり、それによってホールプローブの精度と信頼性、及び温度安定性が著しく向上される。
【００１６】
本発明による測定装置を用いれば、次のような場所に使用することのできる診断可能な磁界センサも得ることができる。すなわち安全上の理由から信頼性の高いセンサの故障識別が求められる場所、例えばセンサの故障によって人的損害若しくは装置の損傷が避けられないような場所である。
【００１７】
また本発明による測定装置は従来技術と次のような点で異なっている。すなわち前述した従来技法のように外的な磁界の存在を何ら必要とすることなく、ホールプローブ若しくは評価電子系の機能性を検査することができる点である。それどころか本発明によれば診断の基礎となる磁界は、診断用導体と診断用電流によって生成されており、このことは、診断用の磁界の強度が既知であることを意味し、必要に応じて設定することもできるという付加的な利点をもたらす。そのため、ホールプローブの例えば機械的な緊張状態も識別ないし診断することができるようになる。なぜならそのような緊張はホール電圧に相応のエラーを引き起こし、このエラーが本発明によれば既知の診断用電流と既知の診断用磁界に基づいて記憶され得るからである。
【００１８】
診断用導体とホールプローブの間のガルバニック絶縁は、特に確実な診断に寄与し、さらに診断用電圧ないし診断用電流からのホールプローブの保護にも役立つ。
【００１９】
本発明によれば、まず最初に一度、診断用電流がどのような種類でどの位の大きさであるのかに依存することなく実現される。これは診断用電流を確定する変化がわかるようになるまで行われる。このことから診断用磁界の磁界強度が算出され、この磁界強度によって生成されるホール電圧も算出され得る。
【００２０】
本発明の特に有利な実施形態によれば、診断用電流はそれ自体公知の形式で周期的に変化する電流強度を有し、あるいは固定の既知のパルスパターンが診断用電流に付加される。このようにしてホールプローブから送出されるホール電圧を測定用電圧部分と診断用電圧部分に分割する有利な手段が得られる。このことは、外部からの磁界ないしは既知若しくは未知の障害的な磁界が存在するような場合でも、ホールプローブの完全で、場合によっては定量的な診断を行うことができる利点となる。
【００２１】
診断電流が既知のパルスパターンの形態で存在するならば、ホールプローブから送出されるホール電圧のもとでも相応のパルスパターンが確定できる。そしてこのホール電圧内に存在するパルスの数と特にそのレベルに基づけば、場合によって測定信号に重畳する診断信号と測定信号の間の分離を正確に行うことが可能になる。特にホール電圧内に存在するパルスの振幅が正確に測定できれば、この測定された振幅と診断用電流の既知の振幅に基づいて、前述したように、測定装置ないしはホールプローブの完璧な診断が行えるようになる。
【００２２】
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、ホールプローブと診断用導体が共に１つのプローブケーシング内に収容される。その場合特に１つのチップケーシングであるならば、ホールプローブとその評価電子系並びに診断用導体もその中に納めることができるようになる。このことは、特に、診断用導体とホールプローブの間の相対的な位置が正確にかつ確実に確定できるようになるという利点に結びつく。それにより、ホールプローブ領域において診断用導体によって形成される磁界の固有の較正を行う必要もなくなる。さらにこのことによって診断用導体の最適な保護とセンサ装置の快適な操作性が得られるようになる。
【００２３】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、センサ装置は集積化された電流測定センサである。このことは、換言すれば、診断用導体が当該の電流測定センサのチップケーシング内に配設された分路抵抗ないし測定用シャント抵抗によって形成されること意味する。このケースでは電流測定センサはセンサと評価電子系の同時診断の際の未知の電流強度の測定に用いられるのではなく、診断用電流の形態で既知である電流強度の設定を用いて未知の大きさの磁界の測定のために用いられる。
【００２４】
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、測定装置は、センサ装置ないしホールプローブに対して付加的に可動に配置されたマグネットを有する。この場合このマグネットの磁界によって生成されるホール電圧に基づいて、センサ装置とマグネットの間の相対的な位置ないしは間隔の検出が行われる。その場合有利には、センサ装置とマグネットは相互に相対的に回転可能ないしは相互に相対的にシフト可能である。
【００２５】
このことは、一般的に２つの相対的に可動な機械的構成部材の相対位置の検出に当該測定装置が用いられることを意味する。その際センサ装置は相対的に可動な２つの構成部材の一方に配置され、マグネットは相対的に可動な２つの構成部材のもう一方に配置される。
【００２６】
このような背景のもとで、本発明による測定装置の可能で有利な適用範囲は、自動車の電子技術分野、特にシフトバイワイヤによって制御される自動車用変速機の操作装置の分野である。その場合には当該のホールセンサ測定装置が操作レバーのシフト位置の特に摩耗ないし摩擦の少ない検出のために用いられる。
【００２７】
この種の操作装置では、車両客室内の変速機操作レバーの目下のシフト状態の検出のために、例えば操作レバーに１つのマグネットが配置され、この配置されたマグネットが所定のシフト位置のもとでセンサ装置ないしは該センサ装置のホールプローブの作用領域内に所定の大きさの磁界を生成する。
【００２８】
本発明による測定装置を自動車に適用した場合には、自動車内に配設された診断用電子系によってセンサ測定装置の障害又は欠陥が即座に識別され、相応に診断される。さらに、自動車内に配設された診断用電子系を用いることによって、変速機操作装置内に適用されたホールセンサ測定装置の機能性に関する監視が永続的に実施でき、場合によっては補正も可能である。センサ装置の障害若しくは欠陥が識別されたときには、ドライバにそのことをシグナリングすること、ないしは当該欠陥に割当てられたセーフティプログラムを実行させることが可能である。このようにして、変速機の生じ得るエラー操作が回避され、それと共に生じ得るドライバの負傷ないし車両の損傷が回避される。
【００２９】
本発明はさらにホールセンサ装置の機能性診断のための方法にも関している。この場合このホールセンサ装置は、少なくとも１つのホールプローブと、該ホールプローブからガルバニック絶縁された診断用導体、並びにドライバ装置を含んでいる。この場合このドライバ装置は、診断用導体に対する、予め定められる振幅経過で変化する電気的な診断用電流の印加に用いられる。この本発明による方法は、以下に述べるステップを含んでいる。
【００３０】
まず、センサ装置の制御電子系により、ホール電圧測定の前提条件としてホールプローブに通流する所定の給電電流が生成される。
【００３１】
次にさらなるステップにおいて、電気的な診断用電流を診断用導体に印加する。このことは換言すれば、相応のドライバ回路を用いて、所定の周期で変化する電気的な診断用電流を診断用導体に通流させることを意味する。この場合前記２つの第１のステップの順序は任意ないしはどちらが先であってもよい。
【００３２】
続いてさらなる方法ステップでは、ホールプローブによって生成されたホール電圧が検出される。このホール電圧は、さらなる方法ステップにおいて、測定用電圧部分と診断用電圧部分に分割される。このホール電圧の測定用電圧部分と診断用電圧部分への分割は、基本的に単純な差分形成によって行われてもよい。なぜなら診断用電流の振幅経過と診断用電流に起因するホール電圧の目標量が既知だからである。ホールプローブによって送出されたホール電圧とパルス状の診断用電流に引き起こされるホール電圧部分の目標量の間の差分形成によって、ホールプローブの測定電圧部分が求められる。
【００３３】
このようにして、ホールプローブに対して作用する外部磁界の尺度としての測定用電圧部分も、診断用電流によって生成された磁界の尺度としての診断用電圧部分も既知となり、さらなる方法ステップへのつながりにおいて別個に評価される。
【００３４】
この本発明による方法によって、通常作動モード中においてもホールセンサ装置の永続的な診断が可能にある。診断用電流と診断用導体を用いて生成された診断用磁界と、何らかの外部磁界、例えば永久磁石による磁界との重畳、並びにその後のホールプローブ信号の診断用電圧部分と測定用電圧部分への再度の分離に基づいて、測定用信号と診断用信号の相互作用は何ら生じない。
【００３５】
その際本発明の方法によれば有利には、ホールセンサ装置の機能性の有無に関する品質的な診断が行われるだけでなく、ホールプローブの信号が適正でかつそのつどの存在する磁界に比例しているか否かに関する定量的な診断も行われ得る。この理由から本発明による方法は有利には、ホールプローブの永続的な監視と場合によってはホールプローブの較正も実施可能となる。このことは、例えば温度ドリフト又はホールプローブの機械的緊張に基づく信号エラーが出現している場合に重要となる。
【００３６】
本発明による方法は、まず一度は、可変の電気的な診断用電流がどのような振幅経過を有するかに左右されずに実現される。これは当該経過が既知か若しくは正確に予測できるようになり、かつ診断用電圧部分が測定用電圧部分から差分形成を用いて再び分離できるようになるまで続けられる。
【００３７】
本発明による方法の特に有利な実施形態によれば、電気的な診断用電流は、パルス状の振幅経過を有する。そのようなパルス状の振幅経過によって有利には、ホールプローブの出力信号の中からそのようなパルスが急峻な信号エッジに基づいて特に容易にかつ正確に識別でき、それによって高い信頼性のもとで測定用部分電圧から分離できる。
【００３８】
本発明による方法のさらに別の有利な実施形態によれば、ホールプローブの出力信号の評価の枠内で、所定の期間内で検出されたパルスの数の評価、ないしはパルスの振幅の評価が行われる。この場合パルスの数の評価は、ホールセンサ装置の特に簡単で品質的な診断を可能にする。その際に給電された診断用電流のパルスの数と同じではない数に相応するパルスが所定の固定期間内で記録された場合には、センサ装置の欠陥が推論され得る。それとは異なって、前述したような診断用電圧部分のパルス振幅の評価は、特にセンサ装置の定量的な診断ないし較正を可能にする。
【００３９】
本発明による方法を自動車、特に操作素子を用いた変速機の操作領域に用いる背景のもとでは、本発明のさらに有利な実施形態が可能であり、その際には、センサ装置に対して相対的に可動な構成部材に、マグネットが設けられる。この場合は測定用電圧部分に基づいてセンサ装置とマグネットの間の相対位置が検出される。それにより有利には、車両用変速機のセレクトレバーの位置が検出される。その際にはセンサ装置ないしはマグネットが操作装置のベースないしセレクトレバーに配置され、セレクトレバーの移動のもとでセンサ装置とマグネットの間の相対的な移動が行われる。この相対移動はセンサ装置の領域ないしはセンサ装置のホールプローブ領域において作用するマグネットの磁界に変化を引き起こす。これにより、相応の較正の後で、セレクトレバーと操作装置のベースとの間のそのつどの相対位置に対する推論が可能となる。
【００４０】
以下では本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態による測定装置のセンサ装置を概略的に示した図
【図２】図１に対応する本発明による測定装置の実施形態を示した図
【図３】図２による測定装置のホールプローブのアイドリング中の出力電圧を概略的に表した図
【図４】図２及び図３による測定装置のホールプローブの作動中の出力電圧を示した図
【図５】本発明による測定装置のセンサ装置とマグネットの配置構成を示した図
【図６】図５によるセンサ装置とマグネットの相応の配置構成を示した図
【００４２】
図１には本発明の実施形態による測定装置のセンサ装置１が簡単に示されている。
【００４３】
ここではホールプローブ２が識別され、このホールプローブ２の４つの縁部は通常は電子的な給電評価回路３に接続されている。このようにしてホールプローブ２はホール効果の発生に不可欠な給電電流を印加される。ホールプローブ２の給電電流に対して平行な束縁部における磁界の発生のもとで相応のホール電圧が取り出され、記憶される。
【００４４】
図示のセンサ装置１は、ホールプローブ２からガルバニック絶縁された診断用導体４を含んでおり、この診断用導体４は、ドライバ装置８（図１中は図示されず、図２中に示されている）によって給電される。この診断用導体４には所定の診断用電流が流れる。
【００４５】
診断用導体４を流れる診断用電流によって、診断用導体周りで当該診断用電流によって惹起される磁界５が形成される。この磁界５はホールプローブ２を貫通し、それと共にホールプローブ２を通る給電電流と平行に延在するホールプローブ２の両縁部において相応のホール電圧を引き起こす。
【００４６】
このホール電圧はセンサ装置１の評価回路３によって取り込まれ、増幅されて相応の信号として当該センサ装置１の出力側６から送出される。
【００４７】
図２には、図１によるセンサ装置が本発明による測定装置にどのように接続されているのかが示されている。この図２では、図１によるセンサ装置１の他に、このセンサ装置１に対して相対的な動きが可能なマグネットも識別可能である。例えばマグネット７は変速機操作装置のセレクトレバーに設けられていてもよい。それに対してセンサ装置１は、操作装置のケーシングないしはベースに設けられる。
【００４８】
センサ装置１の他に、測定装置はドライバ装置８、バイアス抵抗９、電子制御系１０を含んでいる。この電子制御系１０は、本発明によるセンサ装置１の診断のために必要な全ての制御シーケンスをコーディネートしている。これに対しては、電子制御系１０から送出される矩形波信号１１によるドライバ装置８の駆動制御が係わっている。この矩形波信号１１はドライバ装置８によって増幅され、矩形の振幅経過を伴うパルス状の診断用電流１２の形態で、当該センサ装置１に設けられている診断用導体４に印加される。前記測定装置は、その他に診断用導体４を流れる電流の制限と診断用導体４を流れる電流強度の検出のためにバイアス抵抗９を含んでいる。このバイアス抵抗９においては電圧降下が生じ、これはそのつどの診断用電流１２の経過に比例する、診断用電流１２のようにパルス状の制御電圧１３として電子制御系１０に印加される。
【００４９】
さらに電子制御系１０は、センサ装置１の出力側６にも接続され、これによって相応に増幅されたホールプローブ２の信号１４が電子制御系１０に供給される。センサ装置１から送出されるホールプローブ２の信号１４は、一度は加算信号１４として表わされる。これは、ホールプローブ２の箇所において形成されるマグネット７と診断用導体４の重畳磁界に相応している。
【００５０】
ドライバ装置８自体の既知の特徴と、バイアス抵抗９を介して測定される診断用電流１２に基づけば、診断用導体４を流れる電流の強度と、ホールプローブ２領域における診断用導体４によって形成される磁界の大きさもわかる。そのためこのような既知の関係に基づいて、ホールプローブ２によって形成される目標診断信号が算出され、さらにホールプローブ２から送出された加算信号１４との重畳によって、再び加算信号１４から消去されるかないしは加算信号１４から分離され、これによってホールプローブのマグネット７に由来する純粋なアナログ信号が得られる。
【００５１】
図３及び図４には、センサ装置１から送出された加算信号１４の例が示されている。この場合この加算信号１４は前述したように、まずマグネット７と診断導体４の磁界の重畳から生じる。
【００５２】
図３は、センサ装置１に相対するマグネット７が静止している状態でのケースでのセンサ装置１の出力電圧ないし加算信号１４が示されている。これは例えば変速機用の操作装置において、操作レバーが動かされていない時のセンサ装置１の信号状態である。ここでは、縦軸にプロットされている測定信号１５が加算信号１４の成分として時間軸（横軸）に亘って一定に保持されている。この場合加算信号１４の測定用電圧部分１５の高さから、マグネット７とセンサ装置１の間の間隔が推定でき、例えば変速機においては操作レバーの絶対位置の推定に利用できる。
【００５３】
測定用電圧部分１５との重畳の結果として、診断用導体４を通るパルス状の診断用電流１２から生じるパルス状の診断用電圧部分１６が識別される。本発明によれば、この診断用電圧部分１６の有無とそのパルス状の振幅から、センサ装置１の機能状態と正確な較正が逆推論可能となる。なぜなら診断用電流１２の強度と、診断用電流１２から引き起こされる磁界の大きさ、並びにそれによって生じる診断用信号の目標値の大きさが既知であり、診断用信号１６の実際値と比較することが可能だからである。
【００５４】
図４には、センサ装置１に対してマグネット７が不均一に移動した場合、ないしはセンサ装置１を装備した変速機操作レバーが相応に移動した場合の、センサ装置１の加算信号１４が示されている。ここでも加算信号１４は、一方の、マグネット７の磁界から得られた測定用電圧部分１５と、他方の、診断用導体４のパルス状の磁界５から得られた診断用電圧部分１６との重畳からなる。
【００５５】
ここでも、診断用信号１６の既知の振幅目標量に基づいて、マグネット７ないし診断用電流１２に由来する信号１５及び１６の算術的分離が行われ、それによって前記２つの信号１５及び１６が別個に評価される。このようにして、パルス状の診断用電圧部分１６の評価に基づいて、センサ装置１の機能状態と適性な較正が逆推論され、それに対して加算信号１４の測定用電圧部分１５の高さに基づいて、マグネット７とセンサ装置１の間の間隔距離、ないしはセンサ装置１に対する操作レバーの相対位置が逆推論できる。
【００５６】
特にセンサ装置１によって送出された診断用電圧部分の実際値１６と、電子制御系１０によって算出された診断用信号目標値との比較によって、センサ装置１の定量的な診断ないしは較正が実施できるようになる。例えば診断用信号の実際値１６の振幅が、この信号用に算出若しくは記憶されている目標値よりも大きい場合には、診断用電圧部分１６の測定された振幅実際値１６が再び目標値と一致するようになるまでホールプローブ２によって導入される給電電流の相応の補正が行われる（ここでは低減）。このようにして、例えばホールプローブ２の温度ドリフト、又は機械的な緊張が識別され、場合によっては自動的に補償される。このことは測定装置の信頼性と測定精度の向上に著しく貢献する。
【００５７】
図５及び図６には、本発明による測定装置のさらなる実施形態が示されている。ここではまずフライパン形状のケーシング１７が識別される。このケーシング１７は、有利にはセンサ装置１を障害から最適に守るために金属で形成されている。ケーシング１７は、そのジブ１８を介して可動の連結ピン１９に係合し、その場合この可動の連結ピン１９は、変速機の図示されていないセレクトレバーに結合され、セレクトレバーの移動を行う。
【００５８】
図５及び図６において相応のアルファベットで示されている個々の変速段Ｐ−Ｒ−Ｎ−Ｄの間でセレクトレバーを動かした場合には、前記ジブ１８を介してケーシング１７もケーシング軸受け２１を中心として相応に回転する。
【００５９】
図６から明らかなように、ケーシング１７の内部には、実質的に弓形の永久磁石７が配設されている。この永久磁石は、その弓形形状部に沿って斜面の形態でリニアに厚みを増している。この永久磁石７は図６からわかるようにセンサ装置１に作用を及ぼしている。センサ装置１はケーシング１７に接続されるのではなく、例えば図には示されていないが操作装置のベース部分に固定されている。このことは、ケーシング１７と該ケーシングに接続されている永久磁石７の回転運動のもとで、永久磁石７とセンサ装置１の間の作用間隔がケーシングの回転角度に比例して変化することを意味する。
【００６０】
それに応じてセンサ信号１４のレベル、厳密に言えばセンサ装置１の測定用電圧部分１５のレベルが変化する（図４参照）。これによりセンサ装置１の測定用電圧部分１５の評価に基づいて、ケーシング１７の回転角度位置が求められる。その際には（本発明によっていつでも別個に評価可能な診断用信号部分１６を介して）同時にセンサ装置１の永続的な検査と場合により自動的な較正が前述したように行われ得る。また前記センサ装置１は機能状態の監視と何らかの欠陥に関する監視も永続的に可能であり、万一欠陥が生じた場合には、必要に応じて緊急時のプログラムを導入したりユーザーに相応の情報を提供することも可能である。
【００６１】
場合によってセンサ装置１は、システムの可用性と冗長性並びに欠陥への対応性を高めるために二重に設けられていてもよい。このことは、換言すれば、少なくともホールセンサ２と診断用導体４を含めたセンサ装置１がダブルで存在することを意味する。それに対して電子制御系１０は、コスト的な理由からシングルで実施可能である。その場合には、電子制御系１０のセンサとのコンタクトの数が、二重に存在するセンサ装置１に応じて二倍になる。
【００６２】
そのような二重に存在するセンサ装置１のケースでは、複数あるセンサのうちの１つに欠陥が生じると、システムはセンサの故障にもかかわらず可動させることができ、故障したセンサからの信号は本発明による診断機能に基づいて、第２のセンサにより完全に補填ないし置換される。
【００６３】
その結果として明らかなことは、本発明を用いることによって、信頼性と測定精度の点で非常にレベルの高い、診断可能なセンサ装置、ないしはセンサ装置の機能性を診断するための方法が得られることである。本発明によるセンサ装置と本発明による方法は、完全でかつ永続的な、ホールセンサ素子の定量的診断と較正を可能にする。これにより例えば温度ドリフトや機械的な緊張に基づく測定エラーは除去される。
【符号の説明】
【００６４】
１ センサ装置
２ ホールプローブ
３ 評価回路
４ 診断用導体
５ 磁界
６ 出力側
７ マグネット
８ ドライバ装置
９ バイアス抵抗
１０ 電子制御系
１１ 矩形波信号
１２ 診断用電流
１３ 制御電圧
１４ 加算信号
１５ 測定用電圧部分
１６ 診断用電圧部分
１７ ケーシング
１８ ジブ
１９ 連結ピン
２０ 変速段Ｐ−Ｒ−Ｎ−Ｄ
２１ 軸受け
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念による、ホールプローブを備えたセンサ装置の位置を検出するための測定装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
ホールプローブは従来技術からも公知である。基本的にホールプローブは、導電性のセンサ面を含んでおり、該センサ面には給電電流が通流する。ここにおいて電流の流れたセンサ面との相互作用において磁界が形成されると、センサ面における可動電荷担体に対するローレンツ力に基づいて、電荷担体のそれまでの移動方向を横切るような方向への偏倚が生じる。これによりセンサ面の２つの側方縁部の間で測定可能な電圧と電界が生成される。
【０００３】
このようなホール電圧として公知の電圧は、センサに作用する磁界の磁束密度とセンサ面を流れる給電電流の積に比例している。このようにしてホール電圧の測定を用いて（既知の給電電流強度のもとで）、センサに作用する磁束密度が比例係数に基づいて求められる。その際の比例係数はセンサ面の幾何学的構造の寸法に依存する。
【０００４】
この種のホールプローブないしホールセンサは、集積されたホールセンサ素子の形態で公知である。この場合本来のホールセンサには処理装置が後置接続される。この処理装置はホールセンサから送出されたホール信号を評価のために処理し、当該ホール信号から得られた出力信号を送出する。このホールセンサと処理装置は唯１つのケーシングに集積化されていてもよい。
【０００５】
ホールセンサは例えば２つの機械的な構成部材の相対位置を無接触にかつ摩耗なしで検出するのに用いることが可能である。これに対してホールセンサは２つの機械的構成部材のうちの一方に設けられる。それに対して磁界形成部材、有利には永久磁石は、２つの機械的構成部材のもう一方に設けられる。当該２つの機械的構成部材の相対的な移動のもとでは、磁界を形成する構成部材の磁界強度と磁力線の角度がホールセンサの箇所において変化し、それに伴ってホールセンサによって生成されるホール電圧も変化する。これにより２つの機械的構成部材の相対位置の変化が記憶され、ホールセンサの相応の較正のケースでは測定ないしは定量的に求められる。
【０００６】
しかしながら基本的にホールセンサのもとでは、例えば電子的な欠陥に基づくセンサ素子の故障の危険性が生じ得る。その他にも様々な作動温度や、外部からの磁界の影響、あるいはホールセンサの感度や特性を変えるような機械的な緊張などに基づいて測定信号のエラーも起こり得る。
【０００７】
従来のホールセンサ素子では、このような欠陥に基づいて故障が発生すると、ないしは前述のような周辺条件に起因してホールセンサの信号にエラーが生じると、ホールセンサ素子の機能性を、センサが組み込まれた状態ないしは作動させた状態では十分に検査することができないという問題が頻繁に生じ、そのような欠陥は識別されないままであった。さらに従来技術では、ホールセンサ自体のみでなく、ホールセンサに組み込まれる電子評価回路系（これは大抵はセンサ素子の本体と共に１つのチップケーシングに収容されている）の診断に関してもごく僅かな手段しか提供できていない。
【０００８】
ドイツ連邦共和国特許出願公開DE 100 47 994 A1 明細書からは、組み込まれた状態でホールセンサの診断が実施できるホールセンサ素子が公知である。ここではホールセンサ素子を流れる電流が周期的に変更され、それに応じたセンサ出力電圧の変化から当該センサの機能性を逆推論されている。しかしながらこの公知の手法は、ホールセンサ素子及び／又は後置接続されている電子評価系が全体として機能し得るか否か、あるいは複数の構成要素における故障の有無が、大ざっぱに分析されて確定されているだけである。ここでは、当該の故障がホールセンサ素子自体に係わるものなのかそれとも電子評価系に係わるものなのかを確定することもできないし、センサの出力信号のエラーが例えば外部からの影響によるものなのかどうかを見極められるように定量的な分析を行うことすらできない。そのためこのような公知技術においては、ホールセンサ素子が例えば機械的な緊張にさらされて、そのことが原因で誤った信号を送出しているかどうかを見極めることも不可能である。なぜならこのようなケースでは、ホールセンサ素子の出力信号の変化がホールセンサ素子の機械的な緊張若しくはその他のエラーに由来しているのか、あるいは測定された磁界の変化に相当しているだけなのかを確定することができないからである。
【０００９】
本発明の課題はこのような背景技術に基づいて、センサ装置の包括的な診断が実施可能な、ホールプローブを備えた診断可能なセンサ装置を提供すること、ないしはそのようなホールセンサ装置の機能診断のための方法を提供することである。特にこの場合本発明の課題は、ホールセンサ素子の診断だけでなく、ホールセンサ素子の電子評価系の診断も実施することができるようにすることである。その上さらにセンサ装置の品質的な診断のみならず、定量的な診断も行うことができるようにする。それによってセンサ装置の較正も、あるいは変化した周辺環境条件に基づいて生じた測定エラーの除去も可能になる。
【００１０】
前記課題は請求項１の特徴部分に記載の本発明による診断可能な測定装置によって、ないしは請求項９の特徴部分に記載の本発明による機能診断のための方法によって解決される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態は従属請求項にも記載されている。
【００１２】
まずそれ自体公知の形式で測定装置は磁界の強度の検出に用いられる。これのために当該測定装置は少なくとも１つのホールプローブを備えたセンサ装置を含んでいる。この場合ホールプローブは、当該ホールプローブを貫通する磁界とホールプローブを流れる給電電流に依存して、ホール電圧を生成するために調整される。
【００１３】
本発明による測定装置は、ホールプローブからガルバニック絶縁されて有利にはその近傍に配置された電気的な診断用導体と、該診断用導体を通って流れる診断用電流を生成するためのドライバ装置によって特徴付けられている。
【００１４】
この場合診断用導体には、ドライバ装置を用いて所定の電気的な診断用電流が流され、この診断用電流に起因してホールプローブに作用する磁界も生成される。これにより、ホールプローブには所定の大きさのホール電圧が生成される。この診断用電流に起因するホール電圧が評価され、その評価に基づいて、ホールプローブ自体の機能のみならず、ホールプローブの評価電子系の機能も逆推論することが可能になる。
【００１５】
特に有利には、診断用電流の大きさと、それによって引き起こされるホール電圧の大きさとの間の関係も構築される。なぜなら診断用電流の所定の大きさには、診断用導体の所定の磁界強度が対応付けられ、さらにこの磁界強度に結びつくホール電圧の所定の目標値も対応付けられるからである。このようにして、ホールプローブないしその評価電子系の機能性に対する品質的な逆推論のみならず定量的な逆推論も関係づけることが可能になる。さらに相応の正確な評価のもとでは、ホールプローブないし測定装置の較正も実施できる。すなわち、診断用電流の既知の大きさと、それによって引き起こされるホール電圧の大きさ、並びに前記診断用電流に結び付けられるホール電圧の目標値からは、相応の補正値を求めることも可能になる。これにより、例えばホールプローブの温度補償を行うことが可能になり、それによってホールプローブの精度と信頼性、及び温度安定性が著しく向上される。
【００１６】
本発明による測定装置を用いれば、次のような場所に使用することのできる診断可能な磁界センサも得ることができる。すなわち安全上の理由から信頼性の高いセンサの故障識別が求められる場所、例えばセンサの故障によって人的損害若しくは装置の損傷が避けられないような場所である。
【００１７】
また本発明による測定装置は従来技術と次のような点で異なっている。すなわち前述した従来技法のように外的な磁界の存在を何ら必要とすることなく、ホールプローブ若しくは評価電子系の機能性を検査することができる点である。それどころか本発明によれば診断の基礎となる磁界は、診断用導体と診断用電流によって生成されており、このことは、診断用の磁界の強度が既知であることを意味し、必要に応じて設定することもできるという付加的な利点をもたらす。そのため、ホールプローブの例えば機械的な緊張状態も識別ないし診断することができるようになる。なぜならそのような緊張はホール電圧に相応のエラーを引き起こし、このエラーが本発明によれば既知の診断用電流と既知の診断用磁界に基づいて記憶され得るからである。
【００１８】
診断用導体とホールプローブの間のガルバニック絶縁は、特に確実な診断に寄与し、さらに診断用電圧ないし診断用電流からのホールプローブの保護にも役立つ。
【００１９】
本発明によれば、まず最初に一度、診断用電流がどのような種類でどの位の大きさであるのかに依存することなく実現される。これは診断用電流を確定する変化がわかるようになるまで行われる。このことから診断用磁界の磁界強度が算出され、この磁界強度によって生成されるホール電圧も算出され得る。
【００２０】
本発明の特に有利な実施形態によれば、診断用電流はそれ自体公知の形式で周期的に変化する電流強度を有し、あるいは固定の既知のパルスパターンが診断用電流に付加される。このようにしてホールプローブから送出されるホール電圧を測定用電圧部分と診断用電圧部分に分割する有利な手段が得られる。このことは、外部からの磁界ないしは既知若しくは未知の障害的な磁界が存在するような場合でも、ホールプローブの完全で、場合によっては定量的な診断を行うことができる利点となる。
【００２１】
診断電流が既知のパルスパターンの形態で存在するならば、ホールプローブから送出されるホール電圧のもとでも相応のパルスパターンが確定できる。そしてこのホール電圧内に存在するパルスの数と特にそのレベルに基づけば、場合によって測定信号に重畳する診断信号と測定信号の間の分離を正確に行うことが可能になる。特にホール電圧内に存在するパルスの振幅が正確に測定できれば、この測定された振幅と診断用電流の既知の振幅に基づいて、前述したように、測定装置ないしはホールプローブの完璧な診断が行えるようになる。
【００２２】
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、ホールプローブと診断用導体が共に１つのプローブケーシング内に収容される。その場合特に１つのチップケーシングであるならば、ホールプローブとその評価電子系並びに診断用導体もその中に納めることができるようになる。このことは、特に、診断用導体とホールプローブの間の相対的な位置が正確にかつ確実に確定できるようになるという利点に結びつく。それにより、ホールプローブ領域において診断用導体によって形成される磁界の固有の較正を行う必要もなくなる。さらにこのことによって診断用導体の最適な保護とセンサ装置の快適な操作性が得られるようになる。
【００２３】
本発明のさらに有利な実施形態によれば、センサ装置は集積化された電流測定センサである。このことは、換言すれば、診断用導体が当該の電流測定センサのチップケーシング内に配設された分路抵抗ないし測定用シャント抵抗によって形成されること意味する。このケースでは電流測定センサはセンサと評価電子系の同時診断の際の未知の電流強度の測定に用いられるのではなく、診断用電流の形態で既知である電流強度の設定を用いて未知の大きさの磁界の測定のために用いられる。
【００２４】
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、測定装置は、センサ装置ないしホールプローブに対して付加的に可動に配置されたマグネットを有する。この場合このマグネットの磁界によって生成されるホール電圧に基づいて、センサ装置とマグネットの間の相対的な位置ないしは間隔の検出が行われる。その場合有利には、センサ装置とマグネットは相互に相対的に回転可能ないしは相互に相対的にシフト可能である。
【００２５】
このことは、一般的に２つの相対的に可動な機械的構成部材の相対位置の検出に当該測定装置が用いられることを意味する。その際センサ装置は相対的に可動な２つの構成部材の一方に配置され、マグネットは相対的に可動な２つの構成部材のもう一方に配置される。
【００２６】
このような背景のもとで、本発明による測定装置の可能で有利な適用範囲は、自動車の電子技術分野、特にシフトバイワイヤによって制御される自動車用変速機の操作装置の分野である。その場合には当該のホールセンサ測定装置が操作レバーのシフト位置の特に摩耗ないし摩擦の少ない検出のために用いられる。
【００２７】
この種の操作装置では、車両客室内の変速機操作レバーの目下のシフト状態の検出のために、例えば操作レバーに１つのマグネットが配置され、この配置されたマグネットが所定のシフト位置のもとでセンサ装置ないしは該センサ装置のホールプローブの作用領域内に所定の大きさの磁界を生成する。
【００２８】
本発明による測定装置を自動車に適用した場合には、自動車内に配設された診断用電子系によってセンサ測定装置の障害又は欠陥が即座に識別され、相応に診断される。さらに、自動車内に配設された診断用電子系を用いることによって、変速機操作装置内に適用されたホールセンサ測定装置の機能性に関する監視が永続的に実施でき、場合によっては補正も可能である。センサ装置の障害若しくは欠陥が識別されたときには、ドライバにそのことをシグナリングすること、ないしは当該欠陥に割当てられたセーフティプログラムを実行させることが可能である。このようにして、変速機の生じ得るエラー操作が回避され、それと共に生じ得るドライバの負傷ないし車両の損傷が回避される。
【００２９】
本発明はさらにホールセンサ装置の機能性診断のための方法にも関している。この場合このホールセンサ装置は、少なくとも１つのホールプローブと、該ホールプローブからガルバニック絶縁された診断用導体、並びにドライバ装置を含んでいる。この場合このドライバ装置は、診断用導体に対する、予め定められる振幅経過で変化する電気的な診断用電流の印加に用いられる。この本発明による方法は、以下に述べるステップを含んでいる。
【００３０】
まず、センサ装置の制御電子系により、ホール電圧測定の前提条件としてホールプローブに通流する所定の給電電流が生成される。
【００３１】
次にさらなるステップにおいて、電気的な診断用電流を診断用導体に印加する。このことは換言すれば、相応のドライバ回路を用いて、所定の周期で変化する電気的な診断用電流を診断用導体に通流させることを意味する。この場合前記２つの第１のステップの順序は任意ないしはどちらが先であってもよい。
【００３２】
続いてさらなる方法ステップでは、ホールプローブによって生成されたホール電圧が検出される。このホール電圧は、さらなる方法ステップにおいて、測定用電圧部分と診断用電圧部分に分割される。このホール電圧の測定用電圧部分と診断用電圧部分への分割は、基本的に単純な差分形成によって行われてもよい。なぜなら診断用電流の振幅経過と診断用電流に起因するホール電圧の目標量が既知だからである。ホールプローブによって送出されたホール電圧とパルス状の診断用電流に引き起こされるホール電圧部分の目標量の間の差分形成によって、ホールプローブの測定電圧部分が求められる。
【００３３】
このようにして、ホールプローブに対して作用する外部磁界の尺度としての測定用電圧部分も、診断用電流によって生成された磁界の尺度としての診断用電圧部分も既知となり、さらなる方法ステップへのつながりにおいて別個に評価される。
【００３４】
この本発明による方法によって、通常作動モード中においてもホールセンサ装置の永続的な診断が可能にある。診断用電流と診断用導体を用いて生成された診断用磁界と、何らかの外部磁界、例えば永久磁石による磁界との重畳、並びにその後のホールプローブ信号の診断用電圧部分と測定用電圧部分への再度の分離に基づいて、測定用信号と診断用信号の相互作用は何ら生じない。
【００３５】
その際本発明の方法によれば有利には、ホールセンサ装置の機能性の有無に関する品質的な診断が行われるだけでなく、ホールプローブの信号が適正でかつそのつどの存在する磁界に比例しているか否かに関する定量的な診断も行われ得る。この理由から本発明による方法は有利には、ホールプローブの永続的な監視と場合によってはホールプローブの較正も実施可能となる。このことは、例えば温度ドリフト又はホールプローブの機械的緊張に基づく信号エラーが出現している場合に重要となる。
【００３６】
本発明による方法は、まず一度は、可変の電気的な診断用電流がどのような振幅経過を有するかに左右されずに実現される。これは当該経過が既知か若しくは正確に予測できるようになり、かつ診断用電圧部分が測定用電圧部分から差分形成を用いて再び分離できるようになるまで続けられる。
【００３７】
本発明による方法の特に有利な実施形態によれば、電気的な診断用電流は、パルス状の振幅経過を有する。そのようなパルス状の振幅経過によって有利には、ホールプローブの出力信号の中からそのようなパルスが急峻な信号エッジに基づいて特に容易にかつ正確に識別でき、それによって高い信頼性のもとで測定用部分電圧から分離できる。
【００３８】
本発明による方法のさらに別の有利な実施形態によれば、ホールプローブの出力信号の評価の枠内で、所定の期間内で検出されたパルスの数の評価、ないしはパルスの振幅の評価が行われる。この場合パルスの数の評価は、ホールセンサ装置の特に簡単で品質的な診断を可能にする。その際に給電された診断用電流のパルスの数と同じではない数に相応するパルスが所定の固定期間内で記録された場合には、センサ装置の欠陥が推論され得る。それとは異なって、前述したような診断用電圧部分のパルス振幅の評価は、特にセンサ装置の定量的な診断ないし較正を可能にする。
【００３９】
本発明による方法を自動車、特に操作素子を用いた変速機の操作領域に用いる背景のもとでは、本発明のさらに有利な実施形態が可能であり、その際には、センサ装置に対して相対的に可動な構成部材に、マグネットが設けられる。この場合は測定用電圧部分に基づいてセンサ装置とマグネットの間の相対位置が検出される。それにより有利には、車両用変速機のセレクトレバーの位置が検出される。その際にはセンサ装置ないしはマグネットが操作装置のベースないしセレクトレバーに配置され、セレクトレバーの移動のもとでセンサ装置とマグネットの間の相対的な移動が行われる。この相対移動はセンサ装置の領域ないしはセンサ装置のホールプローブ領域において作用するマグネットの磁界に変化を引き起こす。これにより、相応の較正の後で、セレクトレバーと操作装置のベースとの間のそのつどの相対位置に対する推論が可能となる。
【００４０】
以下では本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態による測定装置のセンサ装置を概略的に示した図
【図２】図１に対応する本発明による測定装置の実施形態を示した図
【図３】図２による測定装置のホールプローブのアイドリング中の出力電圧を概略的に表した図
【図４】図２及び図３による測定装置のホールプローブの作動中の出力電圧を示した図
【図５】本発明による測定装置のセンサ装置とマグネットの配置構成を示した図
【図６】図５によるセンサ装置とマグネットの相応の配置構成を示した図
【００４２】
図１には本発明の実施形態による測定装置のセンサ装置１が簡単に示されている。
【００４３】
ここではホールプローブ２が識別され、このホールプローブ２の４つの縁部は通常は電子的な給電評価回路３に接続されている。このようにしてホールプローブ２はホール効果の発生に不可欠な給電電流を印加される。ホールプローブ２の給電電流に対して平行な束縁部における磁界の発生のもとで相応のホール電圧が取り出され、記憶される。
【００４４】
図示のセンサ装置１は、ホールプローブ２からガルバニック絶縁された診断用導体４を含んでおり、この診断用導体４は、ドライバ装置８（図１中は図示されず、図２中に示されている）によって給電される。この診断用導体４には所定の診断用電流が流れる。
【００４５】
診断用導体４を流れる診断用電流によって、診断用導体周りで当該診断用電流によって惹起される磁界５が形成される。この磁界５はホールプローブ２を貫通し、それと共にホールプローブ２を通る給電電流と平行に延在するホールプローブ２の両縁部において相応のホール電圧を引き起こす。
【００４６】
このホール電圧はセンサ装置１の評価回路３によって取り込まれ、増幅されて相応の信号として当該センサ装置１の出力側６から送出される。
【００４７】
図２には、図１によるセンサ装置が本発明による測定装置にどのように接続されているのかが示されている。この図２では、図１によるセンサ装置１の他に、このセンサ装置１に対して相対的な動きが可能なマグネットも識別可能である。例えばマグネット７は変速機操作装置のセレクトレバーに設けられていてもよい。それに対してセンサ装置１は、操作装置のケーシングないしはベースに設けられる。
【００４８】
センサ装置１の他に、測定装置はドライバ装置８、バイアス抵抗９、電子制御系１０を含んでいる。この電子制御系１０は、本発明によるセンサ装置１の診断のために必要な全ての制御シーケンスをコーディネートしている。これに対しては、電子制御系１０から送出される矩形波信号１１によるドライバ装置８の駆動制御が係わっている。この矩形波信号１１はドライバ装置８によって増幅され、矩形の振幅経過を伴うパルス状の診断用電流１２の形態で、当該センサ装置１に設けられている診断用導体４に印加される。前記測定装置は、その他に診断用導体４を流れる電流の制限と診断用導体４を流れる電流強度の検出のためにバイアス抵抗９を含んでいる。このバイアス抵抗９においては電圧降下が生じ、これはそのつどの診断用電流１２の経過に比例する、診断用電流１２のようにパルス状の制御電圧１３として電子制御系１０に印加される。
【００４９】
さらに電子制御系１０は、センサ装置１の出力側６にも接続され、これによって相応に増幅されたホールプローブ２の信号１４が電子制御系１０に供給される。センサ装置１から送出されるホールプローブ２の信号１４は、一度は加算信号１４として表わされる。これは、ホールプローブ２の箇所において形成されるマグネット７と診断用導体４の重畳磁界に相応している。
【００５０】
ドライバ装置８自体の既知の特徴と、バイアス抵抗９を介して測定される診断用電流１２に基づけば、診断用導体４を流れる電流の強度と、ホールプローブ２領域における診断用導体４によって形成される磁界の大きさもわかる。そのためこのような既知の関係に基づいて、ホールプローブ２によって形成される目標診断信号が算出され、さらにホールプローブ２から送出された加算信号１４との重畳によって、再び加算信号１４から消去されるかないしは加算信号１４から分離され、これによってホールプローブのマグネット７に由来する純粋なアナログ信号が得られる。
【００５１】
図３及び図４には、センサ装置１から送出された加算信号１４の例が示されている。この場合この加算信号１４は前述したように、まずマグネット７と診断導体４の磁界の重畳から生じる。
【００５２】
図３は、センサ装置１に相対するマグネット７が静止している状態でのケースでのセンサ装置１の出力電圧ないし加算信号１４が示されている。これは例えば変速機用の操作装置において、操作レバーが動かされていない時のセンサ装置１の信号状態である。ここでは、縦軸にプロットされている測定信号１５が加算信号１４の成分として時間軸（横軸）に亘って一定に保持されている。この場合加算信号１４の測定用電圧部分１５の高さから、マグネット７とセンサ装置１の間の間隔が推定でき、例えば変速機においては操作レバーの絶対位置の推定に利用できる。
【００５３】
測定用電圧部分１５との重畳の結果として、診断用導体４を通るパルス状の診断用電流１２から生じるパルス状の診断用電圧部分１６が識別される。本発明によれば、この診断用電圧部分１６の有無とそのパルス状の振幅から、センサ装置１の機能状態と正確な較正が逆推論可能となる。なぜなら診断用電流１２の強度と、診断用電流１２から引き起こされる磁界の大きさ、並びにそれによって生じる診断用信号の目標値の大きさが既知であり、診断用信号１６の実際値と比較することが可能だからである。
【００５４】
図４には、センサ装置１に対してマグネット７が不均一に移動した場合、ないしはセンサ装置１を装備した変速機操作レバーが相応に移動した場合の、センサ装置１の加算信号１４が示されている。ここでも加算信号１４は、一方の、マグネット７の磁界から得られた測定用電圧部分１５と、他方の、診断用導体４のパルス状の磁界５から得られた診断用電圧部分１６との重畳からなる。
【００５５】
ここでも、診断用信号１６の既知の振幅目標量に基づいて、マグネット７ないし診断用電流１２に由来する信号１５及び１６の算術的分離が行われ、それによって前記２つの信号１５及び１６が別個に評価される。このようにして、パルス状の診断用電圧部分１６の評価に基づいて、センサ装置１の機能状態と適性な較正が逆推論され、それに対して加算信号１４の測定用電圧部分１５の高さに基づいて、マグネット７とセンサ装置１の間の間隔距離、ないしはセンサ装置１に対する操作レバーの相対位置が逆推論できる。
【００５６】
特にセンサ装置１によって送出された診断用電圧部分の実際値１６と、電子制御系１０によって算出された診断用信号目標値との比較によって、センサ装置１の定量的な診断ないしは較正が実施できるようになる。例えば診断用信号の実際値１６の振幅が、この信号用に算出若しくは記憶されている目標値よりも大きい場合には、診断用電圧部分１６の測定された振幅実際値１６が再び目標値と一致するようになるまでホールプローブ２によって導入される給電電流の相応の補正が行われる（ここでは低減）。このようにして、例えばホールプローブ２の温度ドリフト、又は機械的な緊張が識別され、場合によっては自動的に補償される。このことは測定装置の信頼性と測定精度の向上に著しく貢献する。
【００５７】
図５及び図６には、本発明による測定装置のさらなる実施形態が示されている。ここではまずフライパン形状のケーシング１７が識別される。このケーシング１７は、有利にはセンサ装置１を障害から最適に守るために金属で形成されている。ケーシング１７は、そのジブ１８を介して可動の連結ピン１９に係合し、その場合この可動の連結ピン１９は、変速機の図示されていないセレクトレバーに結合され、セレクトレバーの移動を行う。
【００５８】
図５及び図６において相応のアルファベットで示されている個々の変速段Ｐ−Ｒ−Ｎ−Ｄの間でセレクトレバーを動かした場合には、前記ジブ１８を介してケーシング１７もケーシング軸受け２１を中心として相応に回転する。
【００５９】
図６から明らかなように、ケーシング１７の内部には、実質的に弓形の永久磁石７が配設されている。この永久磁石は、その弓形形状部に沿って斜面の形態でリニアに厚みを増している。この永久磁石７は図６からわかるようにセンサ装置１に作用を及ぼしている。センサ装置１はケーシング１７に接続されるのではなく、例えば図には示されていないが操作装置のベース部分に固定されている。このことは、ケーシング１７と該ケーシングに接続されている永久磁石７の回転運動のもとで、永久磁石７とセンサ装置１の間の作用間隔がケーシングの回転角度に比例して変化することを意味する。
【００６０】
それに応じてセンサ信号１４のレベル、厳密に言えばセンサ装置１の測定用電圧部分１５のレベルが変化する（図４参照）。これによりセンサ装置１の測定用電圧部分１５の評価に基づいて、ケーシング１７の回転角度位置が求められる。その際には（本発明によっていつでも別個に評価可能な診断用信号部分１６を介して）同時にセンサ装置１の永続的な検査と場合により自動的な較正が前述したように行われ得る。また前記センサ装置１は機能状態の監視と何らかの欠陥に関する監視も永続的に可能であり、万一欠陥が生じた場合には、必要に応じて緊急時のプログラムを導入したりユーザーに相応の情報を提供することも可能である。
【００６１】
場合によってセンサ装置１は、システムの可用性と冗長性並びに欠陥への対応性を高めるために二重に設けられていてもよい。このことは、換言すれば、少なくともホールセンサ２と診断用導体４を含めたセンサ装置１がダブルで存在することを意味する。それに対して電子制御系１０は、コスト的な理由からシングルで実施可能である。その場合には、電子制御系１０のセンサとのコンタクトの数が、二重に存在するセンサ装置１に応じて二倍になる。
【００６２】
そのような二重に存在するセンサ装置１のケースでは、複数あるセンサのうちの１つに欠陥が生じると、システムはセンサの故障にもかかわらず可動させることができ、故障したセンサからの信号は本発明による診断機能に基づいて、第２のセンサにより完全に補填ないし置換される。
【００６３】
その結果として明らかなことは、本発明を用いることによって、信頼性と測定精度の点で非常にレベルの高い、診断可能なセンサ装置、ないしはセンサ装置の機能性を診断するための方法が得られることである。本発明によるセンサ装置と本発明による方法は、完全でかつ永続的な、ホールセンサ素子の定量的診断と較正を可能にする。これにより例えば温度ドリフトや機械的な緊張に基づく測定エラーは除去される。
【符号の説明】
【００６４】
１ センサ装置
２ ホールプローブ
３ 評価回路
４ 診断用導体
５ 磁界
６ 出力側
７ マグネット
８ ドライバ装置
９ バイアス抵抗
１０ 電子制御系
１１ 矩形波信号
１２ 診断用電流
１３ 制御電圧
１４ 加算信号
１５ 測定用電圧部分
１６ 診断用電圧部分
１７ ケーシング
１８ ジブ
１９ 連結ピン
２０ 変速段Ｐ−Ｒ−Ｎ−Ｄ
２１ 軸受け
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界強度を検出するための測定装置であって、
前記測定装置は、少なくとも１つのホールプローブ（２）を備えたセンサ装置（１）を含み、
前記ホールプローブ（２）は、当該ホールプローブ（２）を貫通する磁界（５）と当該ホールプローブ（２）を通流する給電電流に依存してホール電圧（１４）を生成するように調整されている測定装置において、
前記ホールプローブ（２）からガルバニック絶縁された電気的な診断用導体（４）と、
前記診断用導体（４）を流れる電気的な診断用電流（１２）を生成するためのドライバ装置（８）とが設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記診断用電流（１２）は、周期的に変化する既知の電流強度を有している、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記診断用電流（１２）に、固定的な既知のパルスパターンを付加する、請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記ホールプローブ（２）と診断用導体（４）は１つの共通のセンサ装置ケーシングに収容されている、請求項１から３いずれか１項記載の測定装置。
【請求項５】
前記センサ装置（１）は、ホール効果に基づく集積された電流測定センサである、請求項１から４いずれか１項記載の測定装置。
【請求項６】
前記センサ装置（１）に対して相対的に可動に設けられたマグネット（７）を有しており、この場合前記ホールプローブ（２）が、ホール電圧（１４）に基づいて前記センサ装置（１）とマグネット（７）の間の相対的な位置の検出を行う、請求項１から５いずれか１項記載の測定装置。
【請求項７】
前記センサ装置（１）とマグネット（７）は、相互に相対的に回転可能に設けられている、請求項６記載の測定装置。
【請求項８】
前記センサ装置（１）とマグネット（７）は、相互に相対的にシフト可能に設けられている、請求項６記載の測定装置。
【請求項９】
少なくとも１つのホールプローブ（２）と、
前記ホールプローブ（２）からガルバニック絶縁された診断用導体（４）と、
前記診断用導体（４）に所定の周期で変化する電気的な診断用電流（１２）を印加するためのドライバ装置（８）とを含んでいる、ホールセンサ装置（１）の機能診断のための方法において、
前記方法が以下のステップ、すなわち、
ａ）ホールプローブ（２）を通流する電気的な給電電流を生成するステップと、
ｂ）電気的な診断用電流（１２）を診断用導体（４）に印加するステップと、
ｃ）ホールプローブ（２）のホール電圧（１４）を検出するステップと、
ｄ）前記ホール電圧（１４）を測定用電圧部分（１５）と診断用電圧部分（１６）に分割するステップと、
ｅ）前記前記診断用電圧部分（１６）の振幅経過をホールセンサ装置（１）の診断目的で評価するステップとを有していることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記電気的な診断用電流（１２）は、パルス状の振幅経過を有している、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
診断用電圧部分（１６）の所定の期間内に検出されたパルスの数を評価する、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
診断用電圧部分（１６）のパルス振幅の評価を行う、請求項９から１１いずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ装置（１）に対して相対的に移動する構成部材にマグネット（７）を設け、この場合測定用電圧部分（１５）に基づいて、前記センサ装置（１）とマグネット（７）の間の相対的な位置の検出を行う、請求項９から１２いずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
車両用変速機のセレクトレバーの位置が検出される、請求項９から１３いずれか１項記載の方法。
【請求項１】
磁界強度を検出するための測定装置であって、
前記測定装置は、少なくとも１つのホールプローブ（２）を備えたセンサ装置（１）を含み、
前記ホールプローブ（２）は、当該ホールプローブ（２）を貫通する磁界（５）と当該ホールプローブ（２）を通流する給電電流に依存してホール電圧（１４）を生成するように調整されている測定装置において、
前記ホールプローブ（２）からガルバニック絶縁された電気的な診断用導体（４）と、
前記診断用導体（４）を流れる電気的な診断用電流（１２）を生成するためのドライバ装置（８）とが設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記診断用電流（１２）は、周期的に変化する既知の電流強度を有している、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記診断用電流（１２）に、固定的な既知のパルスパターンを付加する、請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記ホールプローブ（２）と診断用導体（４）は１つの共通のセンサ装置ケーシングに収容されている、請求項１から３いずれか１項記載の測定装置。
【請求項５】
前記センサ装置（１）は、ホール効果に基づく集積された電流測定センサである、請求項１から４いずれか１項記載の測定装置。
【請求項６】
前記センサ装置（１）に対して相対的に可動に設けられたマグネット（７）を有しており、この場合前記ホールプローブ（２）が、ホール電圧（１４）に基づいて前記センサ装置（１）とマグネット（７）の間の相対的な位置の検出を行う、請求項１から５いずれか１項記載の測定装置。
【請求項７】
前記センサ装置（１）とマグネット（７）は、相互に相対的に回転可能に設けられている、請求項６記載の測定装置。
【請求項８】
前記センサ装置（１）とマグネット（７）は、相互に相対的にシフト可能に設けられている、請求項６記載の測定装置。
【請求項９】
少なくとも１つのホールプローブ（２）と、
前記ホールプローブ（２）からガルバニック絶縁された診断用導体（４）と、
前記診断用導体（４）に所定の周期で変化する電気的な診断用電流（１２）を印加するためのドライバ装置（８）とを含んでいる、ホールセンサ装置（１）の機能診断のための方法において、
前記方法が以下のステップ、すなわち、
ａ）ホールプローブ（２）を通流する電気的な給電電流を生成するステップと、
ｂ）電気的な診断用電流（１２）を診断用導体（４）に印加するステップと、
ｃ）ホールプローブ（２）のホール電圧（１４）を検出するステップと、
ｄ）前記ホール電圧（１４）を測定用電圧部分（１５）と診断用電圧部分（１６）に分割するステップと、
ｅ）前記前記診断用電圧部分（１６）の振幅経過をホールセンサ装置（１）の診断目的で評価するステップとを有していることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記電気的な診断用電流（１２）は、パルス状の振幅経過を有している、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
診断用電圧部分（１６）の所定の期間内に検出されたパルスの数を評価する、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
診断用電圧部分（１６）のパルス振幅の評価を行う、請求項９から１１いずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ装置（１）に対して相対的に移動する構成部材にマグネット（７）を設け、この場合測定用電圧部分（１５）に基づいて、前記センサ装置（１）とマグネット（７）の間の相対的な位置の検出を行う、請求項９から１２いずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
車両用変速機のセレクトレバーの位置が検出される、請求項９から１３いずれか１項記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５１６８４２（Ｐ２０１１−５１６８４２Ａ）
【公表日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０２２２５（Ｐ２０１１−５０２２２５）
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００９／０５００１２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２１３５２
【国際公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（５０６０５４５８９）ツェットエフ フリードリヒスハーフェン アクチエンゲゼルシャフト (151)
【氏名又は名称原語表記】ＺＦ Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓｈａｆｅｎ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｄ−８８０３８ Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓｈａｆｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００９／０５００１２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２１３５２
【国際公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（５０６０５４５８９）ツェットエフ フリードリヒスハーフェン アクチエンゲゼルシャフト (151)
【氏名又は名称原語表記】ＺＦ Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓｈａｆｅｎ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｄ−８８０３８ Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓｈａｆｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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