DE102011121027A1

DE102011121027A1 - Measuring arrangement for determination of distance to magnetic alternating field sources in shock absorber device of motor car, has magnetic field sensors arranged in fixed distance to each other on movement axis

Info

Publication number: DE102011121027A1
Application number: DE102011121027A
Authority: DE
Inventors: Ralf Mönkemöller
Original assignee: Paragon AG
Current assignee: Paragon AG
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: DE102011121027B4

Abstract

The arrangement has a magnetic sensor arrangement (8) by which a characteristic magnetic alternating field signal of magnetic alternating field sources (7) is detectable. The sensor arrangement has two magnetic field sensors arranged in a fixed distance to each other on a movement axis. An evaluation device determines distance between the sources and sensor arrangement based on the signals in a first operation mode and determines variable distance between the sources and sensor arrangement based on the distance, determined in first mode, in a second operation mode. An independent claim is also included for a method for measurement of distance between a magnetic sensor arrangement and a magnetic alternating field source.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zur Bestimmung des Abstandes zu einer magnetischen Wechselfeldquelle, mit einer Magnetsensoranordnung, mittels der ein charakteristisches magnetisches Wechselfeldsignal der magnetischen Wechselfeldquelle erfassbar ist, und einer Auswertevorrichtung, die an die Magnetsensoranordnung angeschlossen ist und mittels der die von der Magnetsensoranordnung erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale der magnetischen Wechselfeldquelle auswert- und in den Abstand zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits umrechenbar sind, und auf ein Verfahren zur Messung des Abstandes zwischen einer Magnetsensoranordnung und einer magnetischen Wechselfeldquelle, bei dem mittels der Magnetsensoranordnung ein charakteristisches magnetisches Wechselfeldsignal der magnetischen Wechselfeldquelle erfasst, an eine Auswertevorrichtung weitergeleitet und in der Auswertevorrichtung in den Abstand umgerechnet wird.The invention relates to a measuring arrangement for determining the distance to an alternating magnetic field source, comprising a magnetic sensor arrangement, by means of which a characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source can be detected, and an evaluation device which is connected to the magnetic sensor arrangement and by means of which detected by the magnetic sensor arrangement characteristic magnetic alternating field signals of the alternating magnetic field source evaluation and in the distance between the alternating magnetic field source on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand be converted, and to a method for measuring the distance between a magnetic sensor array and an alternating magnetic field source, wherein by means of the magnetic sensor array a characteristic alternating magnetic field signal of detected magnetic alternating field source, forwarded to an evaluation device and in the evaluation device in the distance umg is calculated.

Eine entsprechende Messanordnung bzw. ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einer Magnetsensoranordnung und einer magnetischen Wechselfeldquelle ist aus der DE 10 2006 046 372 B3 bekannt. Diese zeigt eine Messanordnung, bei der zu der hinsichtlich ihres Abstandes zu erfassenden magnetischen Wechselfeldquelle eine Referenzfeldquelle vorgesehen ist, die ihrerseits in einem festen Abstand entweder zu dem Magnetfeldsensor der Magnetsensoranordnung oder zur magnetischen Wechselfeldquelle angeordnet ist.A corresponding measuring arrangement or a corresponding method for determining the distance between a magnetic sensor arrangement and an alternating magnetic field source is known from US Pat DE 10 2006 046 372 B3 known. This shows a measuring arrangement in which a reference field source is provided for the magnetic alternating field source to be detected with respect to its distance, which in turn is arranged at a fixed distance either to the magnetic field sensor of the magnetic sensor arrangement or to the alternating magnetic field source.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung zur Bestimmung des Abstandes zu einer magnetischen Wechselfeldquelle bzw. ein entsprechendes Verfahren der eingangs geschilderten Gattung anzugeben, mittels dem bzw. mittels der auch bei einem vergleichsweise geringen technischkonstruktiven Aufwand die Möglichkeit besteht, zuverlässige Entfernungsmessungen im Bereich von Millimetern bis zu einigen hundert Zentimetern zu realisieren, und zwar unabhängig davon, ob in der Messumgebung Störquellen etc. vorhanden sind.Based on the above-described prior art, the present invention seeks to provide a measuring arrangement for determining the distance to an alternating magnetic field source or a corresponding method of the type described above, by means of or by means of the even at a relatively low technical design effort It is possible to realize reliable distance measurements in the range of millimeters up to several hundred centimeters, regardless of whether sources of interference etc. are present in the measuring environment.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Messanordnung zur Bestimmung des Abstandes zu einer magnetischen Wechselfeldquelle dadurch gelöst, dass die Magnetsensoranordnung zumindest zwei Magnetfeldsensoren aufweist, die in einem festen Abstand zueinander auf einer Bewegungsachse angeordnet sind, auf und längs derselben die magnetische Wechselfeldquelle in Bezug auf die Magnetsensoranordnung bewegbar ist, und dass die Auswertevorrichtung in einem ersten und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei mittels der Auswertevorrichtung im ersten Betriebsmodus auf der Grundlage der von den zumindest zwei Magnetfeldsensoren erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale der magnetischen Wechselfeldquelle der Abstand ermittelbar ist und wobei mittels der Auswertevorrichtung im zweiten Betriebsmodus auf der Grundlage des im ersten Betriebsmodus ermittelten Abstandes und eines von einem der zumindest zwei Magnetfeldsensoren erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignals der magnetischen Wechselfeldquelle der variable Abstand zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits ermittelbar ist.This object is achieved with respect to the measuring arrangement for determining the distance to an alternating magnetic field source in that the magnetic sensor arrangement comprises at least two magnetic field sensors which are arranged at a fixed distance to each other on a movement axis, on and along the same magnetic field source with respect to the magnetic sensor arrangement is movable, and that the evaluation device is operable in a first and in a second operating mode, wherein by means of the evaluation device in the first operating mode based on the detected by the at least two magnetic field magnetic characteristic field alternating magnetic field source of the magnetic alternating field source, the distance is determined and wherein by means of the evaluation device in the second operating mode on the basis of the distance determined in the first operating mode and of a characteristic magnet detected by one of the at least two magnetic field sensors The alternating field signal of the alternating magnetic field source, the variable distance between the magnetic alternating field source on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand can be determined.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Messung des Abstandes zwischen einer Magnetsensoranordnung und einer magnetischen Wechselfeldquelle wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das charakteristische magnetische Wechselfeldsignal mittels zumindest zweier in einem festen Abstand zueinander auf einer Bewegungsachse der magnetischen Wechselfeldquelle angeordneter Magnetfeldsensoren der Magnetfeldsensoranordnung erfasst wird, und dass die Auswertevorrichtung in einem ersten und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wobei mittels der Auswertevorrichtung im ersten Betriebsmodus auf der Grundlage der von den zumindest zwei Magnetfeldsensoren erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale der magnetischen Wechselfeldquelle der Abstand ermittelt wird, und wobei mittels der Auswertevorrichtung im zweiten Betriebsmodus auf der Grundlage des im ersten Betriebsmodus ermittelten Abstandes und eines von einem der zumindest zwei Magnetfeldsensoren erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignals der magnetischen Wechselfeldquelle der variable Abstand zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits ermittelt wird. Erfindungsgemäß ist es möglich, mittels elektromagnetischer Felder Abstände bzw. Entfernungen auch in Bereichen, die größer bzw. deutlich größer als 200 mm sind, in einem Kraftfahrzeug, in dem Störfelder auftreten, zuverlässig und exakt zu messen. Im ersten Betriebsmodus der erfindungsgemäßen Messanordnung kann beispielsweise mittels der beiden von den beiden Magnetfeldsensoren gewonnenen charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignalen eine genaue Abstandsmessung vorgenommen werden, die von der absoluten Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle unabhängig ist. Für ein sich im Stand befindliches Kraftfahrzeug kann die entsprechende Erfassung und Auswertung in einem preiswerten Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller für die Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs erfolgen. Im zweiten Betriebsmodus können dann dynamische Bewegungen von Komponenten des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs im Fahrbetrieb erfasst werden, wobei dann die Messanordnung bzw. das entsprechende Verfahren mit Bewegungsfrequenzen von ca. 20 bis 30 Hz zu arbeiten hat. Im ersten Betriebsmodus findet entsprechend eine sehr genaue, aber langsame Messung statt. Während dieser ersten Messung werden die Absolutwerte der Messspannungen erfasst und der Quotient gebildet, um eine von der absoluten Feldstärke unabhängige Entfernungs- bzw. Abstandsinformation zu bekommen. Aus der so gewonnenen Information kann wiederum auf die momentane absolute Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle rückgeschlossen werden, so dass in dem nachfolgenden zweiten Betriebsmodus für eine schnelle und dynamische Messung nur noch das charakteristische magnetische Wechselfeldsignal eines Magnetsensors erfasst, entsprechend der ermittelten absoluten Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle skaliert und einem Abstand zugeordnet wird.With regard to the method for measuring the distance between a magnetic sensor arrangement and an alternating magnetic field source, the object underlying the invention is achieved by detecting the characteristic alternating magnetic field signal by means of at least two magnetic field sensors of the magnetic field sensor arrangement arranged at a fixed distance from one another on a movement axis of the alternating magnetic field source. and that the evaluation device is operated in a first and in a second operating mode, wherein the distance is determined by means of the evaluation device in the first operating mode on the basis of the characteristic magnetic alternating field signals of the alternating magnetic field source detected by the at least two magnetic field sensors, and wherein by means of the evaluation device in the second Operating mode detected on the basis of the determined in the first operating mode distance and one of the at least two magnetic field sensors th characteristic magnetic alternating field signal of the alternating magnetic field source, the variable distance between the alternating magnetic field source on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand is determined. According to the invention, it is possible, by means of electromagnetic fields distances and distances in areas that are larger or significantly larger than 200 mm, in a motor vehicle in which interference fields occur to measure reliably and accurately. In the first operating mode of the measuring arrangement according to the invention, for example, by means of the two characteristic alternating magnetic field signals obtained by the two magnetic field sensors, an accurate distance measurement can be carried out which is independent of the absolute field strength of the alternating magnetic field source. For a motor vehicle in stand-up, the corresponding detection and evaluation can take place in a low-cost microprocessor or microcontroller for the level control of the motor vehicle. In the second operating mode can then dynamic movements of components of the chassis of the motor vehicle be detected while driving, in which case the measuring arrangement or the corresponding method has to work with movement frequencies of about 20 to 30 Hz. In the first operating mode, a very accurate but slow measurement takes place accordingly. During this first measurement, the absolute values of the measured voltages are recorded and the quotient is formed in order to obtain distance information independent of the absolute field strength. From the information thus obtained, it is possible in turn to deduce the instantaneous absolute field strength of the alternating magnetic field source, so that in the subsequent second operating mode only the characteristic alternating magnetic field signal of a magnetic sensor is detected, scaled in accordance with the determined absolute field strength of the alternating magnetic field source and a distance is assigned.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Auswertevorrichtung im ersten Betriebsmodus die in den zumindest zwei Magnetfeldsensoren erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale empfangbar und in ein Verhältnis zueinander setzbar, wobei das Verhältnis zwischen den zumindest zwei charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignalen in den Abstand zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits umrechenbar ist.According to an advantageous embodiment of the measuring arrangement according to the invention or the method according to the invention in the evaluation device in the first operating mode detected in the at least two magnetic field sensors characteristic alternating magnetic field signals can be set and placed in relation to each other, wherein the ratio between the at least two characteristic alternating magnetic field signals in the distance between the alternating magnetic field source on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand is convertible.

Zweckmäßigerweise können in der Auswertevorrichtung im ersten Betriebsmodus Absolutwerte der als Messspannungen ausgebildeten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale erfassbar sein, wobei aus diesen Absolutwerten ein von einer absoluten Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle unabhängiger Quotient gebildet werden kann und so der Abstand zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits berechnet werden kann.Expediently, absolute values of the characteristic alternating magnetic field signals designed as measuring voltages can be detected in the evaluation device in the first operating mode, whereby a quotient independent of an absolute field strength of the alternating magnetic field source can be formed from these absolute values and the distance between the alternating magnetic field source on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand is calculated can be.

In der Auswertevorrichtung kann im zweiten Betriebsmodus auf der Grundlage der im ersten Betriebsmodus der Auswertevorrichtung erfassten absoluten Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle und des von dem einen Magnetfeldsensor erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignals der magnetischen Wechselfeldquelle, das über die erfasste absolute Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle skaliert werden kann, der variable Abstand zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits ermittelt werden.In the evaluation mode, the absolute field strength of the alternating magnetic field source detected in the first operating mode of the evaluation device and the characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source detected by the one magnetic field sensor can be scaled by the detected absolute field strength of the alternating magnetic field source variable distance between the magnetic alternating field source on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand to be determined.

Die Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus kann in der Auswertevorrichtung mittels eines externen Steuersignals realisiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich diese Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus auch mittels eines in der Auswertevorrichtung hinterlegten Algorithmus in Abhängigkeit von den charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignalen der zumindest zwei Magnetfeldsensoren der Magnetsensoranordnung realisiert werden kann.The switching between the first and the second operating mode can be realized in the evaluation by means of an external control signal, alternatively or additionally, this switching between the first and the second operating mode by means of an algorithm stored in the evaluation depending on the characteristic alternating magnetic field signals of at least two magnetic field sensors of the magnetic sensor arrangement can be realized.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine Stoßdämpfervorrichtung, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messanordnung; und 1 a shock absorber device, such as a motor vehicle, with an embodiment of a measuring arrangement according to the invention; and

2 eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung zur Bestimmung des Abstandes zwischen zwei längs einer Achse zueinander beweglichen Bauteilen der Stoßdämpfervorrichtung. 2 a schematic representation of an embodiment of the measuring arrangement according to the invention for determining the distance between two along an axis mutually movable components of the shock absorber device.

Eine in 1 gezeigte Stoßdämpfervorrichtung 1 hat insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik eine weite Verbreitung und kommt üblicherweise zum Einsatz, wenn unterschiedliche Fahrwerksteile in einem vorgebbaren Ausmaß zueinander beweglich angeordnet werden sollen.An in 1 shown shock absorber device 1 has in particular in the field of automotive technology, a widespread use and is usually used when different chassis parts are to be arranged to each other movable to a predetermined extent.

Die in 1 gezeigte Ausführungsform der Stoßdämpfervorrichtung 1 hat zwei Bauteile 2, 3, die längs einer Achse Z zueinander beweglich angeordnet sind. Die Achse Z wird im gezeigten Ausführungsbeispiel der Stoßdämpfervorrichtung 1 durch die Achse einer Kolbenstange 4 gebildet. Des Weiteren ist zwischen den beiden zueinander beweglichen Bauteilen 2, 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 eine Schraubenfeder 5 angeordnet.In the 1 shown embodiment of the shock absorber device 1 has two components 2 . 3 , which are arranged along an axis Z to each other movable. The axis Z is in the illustrated embodiment of the shock absorber device 1 through the axis of a piston rod 4 educated. Furthermore, between the two mutually movable components 2 . 3 the shock absorber device 1 a coil spring 5 arranged.

Die in 1 gezeigte Stoßdämpfervorrichtung 1 ist mit einer in 2 prinzipiell dargestellten Messanordnung 6 ausgerüstet, die der Bestimmung des Abstandes zwischen den beiden längs der Achse Z zueinander beweglichen Bauteilen 2, 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 dient.In the 1 shown shock absorber device 1 is with an in 2 principle shown measuring arrangement 6 equipped to determine the distance between the two along the axis Z to each other movable components 2 . 3 the shock absorber device 1 serves.

Hierzu ist am in 1 unteren Bauteil 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 eine magnetische Wechselfeldquelle 7 vorgesehen, die am Bauteil 3 ortsfest angeordnet bzw. angebracht ist. Am Bauteil 2 der Stoßdämpfervorrichtung 1 ist eine Magnetsensoranordnung 8 vorgesehen, die am Bauteil 2 ebenfalls ortsfest angeordnet bzw. angebracht ist. Für die Anordnung der magnetischen Wechselfeldquelle 7 am Bauteil 3 und der Magnetsensoranordnung 8 am Bauteil 2 ist wesentlich, dass diese auf einer in 2 gezeigten Bewegungsachse X sitzen, welche zur Achse Z, längs der die beiden Bauteile 2, 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 zueinander beweglich sind, parallel verläuft.This is on in 1 lower component 3 the shock absorber device 1 a magnetic alternating field source 7 provided on the component 3 is fixedly mounted or mounted. On the component 2 the shock absorber device 1 is a magnetic sensor arrangement 8th provided on the component 2 also arranged or mounted stationary. For the arrangement of the alternating magnetic field source 7 on the component 3 and the magnetic sensor assembly 8th on the component 2 is essential that this on an in 2 sitting movement axis X, which are to the axis Z, along the two components 2 . 3 the shock absorber device 1 are mutually movable, runs parallel.

Die magnetische Wechselfeldquelle 7 erzeugt ein elektromagnetisches Feld mit einer bekannten Signalfrequenz. Hierzu dienen eine in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellte Spule sowie ein Generator, wobei die Spule ortsfest mit dem Bauteil 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 verbunden ist.The magnetic alternating field source 7 generates an electromagnetic field with a known signal frequency. Serve for this purpose, a coil not shown in detail in the figures and a generator, wherein the coil stationary with the component 3 the shock absorber device 1 connected is.

Die Magnetsensoranordnung 8 zur Messung des elektromagnetischen Felds der magnetischen Wechselfeldquelle 7 ist so ausgestaltet, dass sie in demjenigen Bereich sensitiv ist, der dem Bereich der Signalfrequenz der magnetischen Wechselfeldquelle 7 entspricht. Wie bereits erwähnt, ist die Magnetsensoranordnung 8 ortsfest mit dem Bauteil 2 der Stoßdämpfervorrichtung 1 verbunden.The magnetic sensor arrangement 8th for measuring the electromagnetic field of the alternating magnetic field source 7 is designed such that it is sensitive in that region which is the range of the signal frequency of the alternating magnetic field source 7 equivalent. As already mentioned, the magnetic sensor arrangement 8th stationary with the component 2 the shock absorber device 1 connected.

Zu der Magnetsensoranordnung 8 gehören zumindest zwei Magnetfeldsensoren 9, 10. Diese beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 können in beliebiger Weise als magnetfeldempfindliche Sensorelemente ausgestaltet sein, z. B. als Hall-Sensoren, Induktionsspulen oder auch AMR-, GMR- oder ähnliche Sensoren.To the magnetic sensor arrangement 8th belong at least two magnetic field sensors 9 . 10 , These two magnetic field sensors 9 . 10 can be configured in any way as magnetic field-sensitive sensor elements, for. As Hall sensors, induction coils or AMR, GMR or similar sensors.

Die beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 der Magnetsensoranordnung 8 sind auf der in 2 gezeigten Bewegungsachse X der magnetischen Wechselfeldquelle 7 in einem festen Abstand B zueinander angeordnet. Die beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 der Magnetsensoranordnung und die magnetische Wechselfeldquelle 7 sitzen somit sämtlich auf der in 2 gezeigten Bewegungsachse X.The two magnetic field sensors 9 . 10 the magnetic sensor arrangement 8th are on the in 2 shown movement axis X of the alternating magnetic field source 7 arranged at a fixed distance B to each other. The two magnetic field sensors 9 . 10 the magnetic sensor arrangement and the magnetic alternating field source 7 So all sit on the in 2 shown movement axis X.

Das von den beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 der Magnetsensoranordnung 8 jeweils empfangene charakteristische magnetische Wechselfeldsignal der magnetischen Wechselfeldquelle 7 wird mittels eines Filters, z. B. mittels eines Lock-In-Filters 11, von fremden Signalanteilen getrennt.That of the two magnetic field sensors 9 . 10 the magnetic sensor arrangement 8th respectively received characteristic magnetic alternating field signal of the alternating magnetic field source 7 is by means of a filter, for. B. by means of a lock-in filter 11 , separated from external signal components.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Feldstärke eines Magnetfeldes im Nahbereich in Luft mit dem Faktor 1/r³ abfällt, wobei r den Abstand zwischen der Quelle des Magnetfelds einerseits und dem magnetempfindlichen Sensorelement andererseits bezeichnet. Entsprechend ist bekannt, dass der Gradient eines Magnetfelds im Nahbereich in Luft mit dem Faktor 1/r⁴ abfällt.At this point, it should be noted that the field strength of a magnetic field at close range in air drops by the factor 1 / r ³ , where r denotes the distance between the source of the magnetic field on the one hand and the magnetically sensitive sensor element on the other hand. Accordingly, it is known that the gradient of a magnetic field at close range in air drops by a factor of 1 / r ⁴ .

Indem nun der Quotient bzw. das Verhältnis der beiden von den beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 der Magnetsensoranordnung 8 empfangenen charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale der magnetischen Wechselfeldquelle 7 gebildet wird, wird ein entfernungsabhängiger Wert erhalten, der von der Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle 7 unabhängig ist.By now the quotient or the ratio of the two of the two magnetic field sensors 9 . 10 the magnetic sensor arrangement 8th received characteristic magnetic alternating field signals of the alternating magnetic field source 7 is formed, a distance-dependent value is obtained, which is the field strength of the alternating magnetic field source 7 is independent.

Für die Signalverarbeitung und -auswertung weist die Messanordnung 6 eine Auswertevorrichtung 12 auf, die der am Bauteil 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 vorgesehenen Magnetsensoranordnung 8 zugeordnet bzw. an diese Magnetsensoranordnung 8 angeschlossen ist.For the signal processing and evaluation, the measuring arrangement 6 an evaluation device 12 on, the on the component 3 the shock absorber device 1 provided magnetic sensor arrangement 8th assigned or to this magnetic sensor arrangement 8th connected.

Der Quotient bzw. das Verhältnis der von den beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 der Magnetsensoranordnung 8 erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale kann anlogtechnisch gebildet werden. Hierzu werden die beiden magnetischen Wechselfeldsignale logarithmiert, dann subtrahiert, wobei die sich bei dieser Subtraktion ergebende Differenz anschließend wieder delogarithmiert wird. Entsprechend steht dann eine lineare entfernungsabhängige Spannung zur Verfügung.The quotient or the ratio of the two magnetic field sensors 9 . 10 the magnetic sensor arrangement 8th detected characteristic alternating magnetic field signals can be logically formed. For this purpose, the two alternating magnetic field signals are logarithmic, then subtracted, whereby the resulting difference in this subtraction is then delogarithmiert again. Accordingly, then a linear distance-dependent voltage is available.

Auf die vorstehend genannte Delogarithmierung kann dann verzichtet werden, wenn die nachgeschaltete Applikation mit einer logarithmischen Weginformation arbeiten kann. Alternativ ist es möglich, die Signalauswertung bzw. -verarbeitung mittels eines Mikroprozessors bzw. Mikrocontrollers 13 durchzuführen. Vor der Verarbeitung der charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale im Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller 13 findet dann eine analoge Signalvorverarbeitung statt. Mittels dieser Signalvorverarbeitung werden die charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale durch Verstärkung und/oder Logarithmierung in einen für den Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller 13 geeigneten Spannungsbereich transformiert. Das Bilden des Quotienten bzw. des Verhältnisses und die Zuordnung des so ermittelten Werts zu einer Entfernung bzw. zu einem Abstand A zwischen der magnetischen Wechselfeldquelle 7 einerseits und der Magnetsensoranordnung andererseits und damit zwischen den beiden Bauteilen 2, 3 der Stoßdämpfervorrichtung 1 wird dann digitaltechnisch im Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller 13 ausgeführt.The aforementioned Delogarithmierung can then be dispensed with if the downstream application can work with a logarithmic path information. Alternatively, it is possible, the signal evaluation or processing by means of a microprocessor or microcontroller 13 perform. Before the processing of the characteristic alternating magnetic field signals in the microprocessor or microcontroller 13 then takes place an analog signal preprocessing. By means of this signal preprocessing, the characteristic alternating magnetic field signals are amplified and / or logarithmized into one for the microprocessor or microcontroller 13 suitable voltage range transformed. The forming of the quotient or the ratio and the assignment of the value thus determined to a distance or to a distance A between the alternating magnetic field source 7 on the one hand and the magnetic sensor arrangement on the other hand and thus between the two components 2 . 3 the shock absorber device 1 is then digital technology in the microprocessor or microcontroller 13 executed.

Für die vorstehend erwähnte Verstärkung kann z. B. ein Lock-In-Verstärker 14 eingesetzt werden.For the above-mentioned reinforcement can, for. B. a lock-in amplifier 14 be used.

Bei der anhand der 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung 6 wird eine weitere technische Verbesserung dadurch erreicht, dass das charakteristische magnetische Wechselfeldsignal der magnetischen Wechselfeldquelle 7 bzw. das Sendesignal der magnetischen Wechselfeldquelle 7 ein mit einem Nutzsignal moduliertes, vorzugsweise amplitudenmoduliertes Trägersignal ist. Die magnetische Wechselfeldquelle 7 wird mittels einer im dargestellten Ausführungsbeispiel der Auswertevorrichtung 12 der Messanordnung 6 zugeordneten Steuereinheit 15 mit dem Trägersignal gespeist. Die Frequenz des in die magnetische Wechselfeldquelle 7 eingespeisten Trägersignals ist erheblich größer, typischerweise einhundertmal größer, als die Frequenz eines niederfrequenten Nutzsignals, das dem charkteristischen magnetischen Wechselfeldsignal der magnetischen Wechselfeldquelle 7 entspricht.When using the 1 and 2 shown embodiment of the measuring arrangement according to the invention 6 a further technical improvement is achieved in that the characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source 7 or the transmission signal of the alternating magnetic field source 7 a modulated with a useful signal, preferably amplitude modulated carrier signal. The magnetic alternating field source 7 is by means of a in the illustrated embodiment, the evaluation device 12 of the measuring arrangement 6 associated control unit 15 fed with the carrier signal. The frequency of the into the alternating magnetic field source 7 fed carrier signal is considerably larger, typically one hundred times greater than the frequency of a low-frequency useful signal, the Charkteristic magnetic alternating field signal of the alternating magnetic field source 7 equivalent.

Aufgrund der hohen Frequenz des Trägersignals ergibt sich eine gute magnetische Kopplung, wobei die Signalverarbeitung des die niedrige Frequenz aufweisenden Nutzsignals im niederfrequenten Bereich möglich ist. Die Rückgewinnung des dem charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignal entsprechenden Nutzsignals kann mittels aller bekannten Demodulationsverfahren in einer in der Auswertevorrichtung 12 vorgesehenen Demodulationsstufe 16 erfolgen. Aufgrund der Verarbeitung des Nutzsignals im niederfrequenten Bereich ist es möglich, den Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller 13 der Auswertevorrichtung 12 relativ langsam und damit preiswert zu gestalten.Due to the high frequency of the carrier signal results in a good magnetic coupling, the signal processing of the low frequency having useful signal in the low-frequency range is possible. The recovery of the useful magnetic signal corresponding to the characteristic magnetic field signal can by means of all known demodulation in a in the evaluation 12 provided demodulation stage 16 respectively. Due to the processing of the useful signal in the low-frequency range, it is possible to use the microprocessor or microcontroller 13 the evaluation device 12 relatively slow and therefore inexpensive.

Der bei der Auswertung der charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale der magnetischen Wechselfeldquelle 7 ermittelte Gradient wird bei einer Anordnung der Messanordnung 6 an einer Stoßdämpfervorrichtung wesentlich durch die Kolbenstange 4, die meist aus einem ferromagnetischen Stahl besteht, beeinflusst. Entsprechend ist dieser Gradient des charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignals unterschiedlich zu dem entsprechenden Gradienten des charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignals in Luft. Von daher ist beispielsweise in der Magnetsensoranordnung 8 oder der Auswertevorrichtung 12 eine applikationsspezifische Entfernungstabelle abgelegt, um die erforderlichen Anpassungen vorzunehmen.The in the evaluation of the characteristic alternating magnetic field signals of the alternating magnetic field source 7 determined gradient is in an arrangement of the measuring arrangement 6 on a shock absorber device substantially through the piston rod 4 , which usually consists of a ferromagnetic steel, influenced. Accordingly, this gradient of the characteristic alternating magnetic field signal is different from the corresponding gradient of the characteristic alternating magnetic field signal in air. Therefore, for example, in the magnetic sensor arrangement 8th or the evaluation device 12 An application-specific distance table is filed to make the necessary adjustments.

Um die Betriebssicherheit der vorstehend geschilderten erfindungsgemäßen Messanordnung 6 zu erhöhen und um einen störsicheren Betrieb zu gewährleisten, ist es möglich, die Auswertevorrichtung 12 so auszugestalten, dass mittels ihrer Steuereinheit 15 die Frequenz des in die magnetische Wechselfeldquelle 7 eingespeisten Trägersignals umgeschaltet werden kann. Entsprechend können dann Messungen mit unterschiedlichen Frequenzen des Trägersignals durchgeführt werden. In der Auswertevorrichtung 12 ist ein einfacher Voting Algorhitmus gespeichert, mittels dem dann mit großer Sicherheit auf ein ungestörtes charakteristisches magnetisches Wechselfeldsignal geschlossen werden kann.To the reliability of the above-described measuring arrangement according to the invention 6 To increase and to ensure trouble-free operation, it is possible, the evaluation device 12 in such a way that by means of its control unit 15 the frequency of the into the alternating magnetic field source 7 fed carrier signal can be switched. Accordingly, measurements with different frequencies of the carrier signal can then be carried out. In the evaluation device 12 is stored a simple voting algorithm, by means of which then can be concluded with great certainty on an undisturbed characteristic magnetic alternating field signal.

Im Betrieb der Stoßdämpfervorrichtung 1 kann sich die Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle 7 z. B. durch Temperatureinflüsse erheblich verändern. Aufgrund der im Falle der erfindungsgemäßen Messanordnung 6 vorgenommenen Messung der Signalspannungen und des Bildens des Verhältnisses bzw. des Quotienten aus in beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 der Magnetsensoranordnung 8 empfangenen charkteristischen magnetischen Wechselfeldsignalen wird eine sehr genaue Entfernungsmessung möglich, die von der absoluten Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle 7 unabhängig ist.In operation of the shock absorber device 1 can the field strength of the alternating magnetic field source 7 z. B. change significantly due to temperature influences. Due to the case of the measuring arrangement according to the invention 6 measuring the signal voltages and forming the ratio or quotient in both magnetic field sensors 9 . 10 the magnetic sensor arrangement 8th received characteristic magnetic alternating field signals, a very accurate distance measurement is possible, the absolute field strength of the alternating magnetic field source 7 is independent.

Wenn z. B. eine Niveauregulierung eines Kraftfahrzeugs im Stand durchgeführt werden soll, ist es möglich, das vorstehend geschilderte Mess- und Auswertungs- sowie Verarbeitungsverfahren mittels eines preiswerten Mikroprozessors bzw. Mikrocontrollers vorzunehmen, wobei die charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignale beider Magnetfeldsensoren 9, 10 berücksichtigt werden können.If z. B. a level control of a motor vehicle is to be performed in the state, it is possible to carry out the above-described measurement and evaluation and processing method by means of a low-cost microprocessor or microcontroller, wherein the characteristic magnetic alternating field signals of both magnetic field sensors 9 . 10 can be considered.

Sofern jedoch dynamische Bewegungen von Fahrwerkskomponenten im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erfasst werden sollen, muss die vorstehend geschilderte Messanordnung bzw. müssen ihr nachgeschaltete Applikationseinheiten mit Bewegungsfrequenzen von ca. 20 bis 30 Hz arbeiten können. Daher kann die vorstehend geschilderte erfindungsgemäße Messanordnung in zwei Betriebsmodi betrieben werden.If, however, dynamic movements of chassis components are to be detected while driving the motor vehicle, the above-described measuring arrangement or its downstream application units must be able to operate with movement frequencies of approximately 20 to 30 Hz. Therefore, the above-described measuring arrangement according to the invention can be operated in two operating modes.

Mittels der Auswertevorrichtung 12 wird im ersten Betriebsmodus auf der Grundlage der von den zumindest zwei Magnetfeldsensoren 9, 10 erfassten charakteristischen magnetischen Wechselfeldsignalen der magnetischen Wechselfeldquelle 7 der Abstand A ermittelt, wobei bei dieser Messung im ersten Betriebsmodus die Absolutwerte der Messspannungen erfasst und der vorstehend bereits mehrfach erwähnte Quotient bzw. das vorstehend bereits mehrfach erwähnte Verhältnis gebildet wird, um eine von der absoluten Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle 7 unabhängige Entfernungsinformation in Form des Abstandes A zu bekommen.By means of the evaluation device 12 is in the first mode of operation based on that of the at least two magnetic field sensors 9 . 10 detected characteristic alternating magnetic field signals of the alternating magnetic field source 7 determines the distance A, wherein in this measurement in the first operating mode, the absolute values of the measured voltages detected and the already multiply mentioned quotient or the above already multiply mentioned ratio is formed to one of the absolute field strength of the alternating magnetic field source 7 get independent distance information in the form of the distance A.

Aus den derart gewonnenen Daten kann wiederum auf die momentane absolute Feldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle 7 rückgeschlossen werden. In dem nunmehr nachfolgenden zweiten Betriebsmodus der Messanordnung 6 kann für eine schnelle und dynamische Messung nur noch ein charakteristisches magnetisches Wechselfeldsignal eines der beiden Magnetfeldsensoren 9, 10 erfasst werden. Dieses erfasste magnetische Wechselfeldsignal wird entsprechend der rückgeschlossenen bzw. berechneten absoluten Feldstärke bzw. Quellfeldstärke der magnetischen Wechselfeldquelle 7 skaliert und dann dem jeweils sich ergebenden Abstand zwischen der Magnetsensoranordnung 8 einerseits und der magnetischen Wechselfeldquelle 7 andererseits zugeordnet.From the data thus obtained, in turn, the current absolute field strength of the alternating magnetic field source 7 be inferred. In the now following second operating mode of the measuring arrangement 6 For a fast and dynamic measurement, only one characteristic alternating magnetic field signal of one of the two magnetic field sensors can be used 9 . 10 be recorded. This detected alternating magnetic field signal is corresponding to the inferred or calculated absolute field strength or source field strength of the alternating magnetic field source 7 scaled and then the respective resulting distance between the magnetic sensor array 8th on the one hand and the magnetic alternating field source 7 on the other hand.

Die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi der Messanordnung 6 kann z. B. durch ein externes Steuersignal oder durch einen in der Signalverarbeitung der Auswertevorrichtung 12 hinterlegten Algorithmus erfolgen. The switching between the different operating modes of the measuring arrangement 6 can z. B. by an external control signal or by a signal processing in the evaluation device 12 deposited algorithm done.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006046372 B3 [0002]

Claims

Measuring arrangement for determining the distance to an alternating magnetic field source ( 7 ), with a magnetic sensor arrangement ( 8th ), by means of which a characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source ( 7 ) is detectable, and an evaluation device ( 12 ) connected to the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is connected and by means of which of the magnetic sensor assembly ( 8th ) detected characteristic alternating magnetic field signals of the alternating magnetic field source ( 7 ) and the distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) are convertible on the other hand, characterized in that the magnetic sensor arrangement ( 8th ) at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ), which are arranged at a fixed distance (B) from each other on a movement axis (X), on and along which the magnetic alternating field source ( 7 ) with respect to the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is movable, and that the evaluation device ( 12 ) is operable in a first and in a second operating mode, wherein by means of the evaluation device ( 12 ) in the first operating mode on the basis of the of the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) detected characteristic alternating magnetic field signals of the alternating magnetic field source ( 7 ) the distance (A) can be determined and wherein by means of the evaluation device ( 12 ) in the second operating mode on the basis of the distance (A) determined in the first operating mode and of one of the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) detected characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source ( 7 ) the variable distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is determinable on the other hand.

Measuring arrangement according to claim 1, in the evaluation device ( 12 ) in the first operating mode that in the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) and the ratio between the at least two characteristic alternating magnetic field signals can be set in the distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is convertible on the other hand.

Measuring arrangement according to claim 1 or 2, in the evaluation device ( 12 ) in the first operating mode, absolute values of the characteristic alternating magnetic field signals formed as measuring voltages can be detected, from these absolute values an absolute field strength of the alternating magnetic field source ( 7 ) Independent quotient and thus the distance (A) between the magnetic alternating field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is calculable on the other hand.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, in the evaluation device ( 12 ) in the second operating mode on the basis of the in the first operating mode of the evaluation device ( 12 ) detected absolute field strength of the magnetic alternating field source ( 7 ) and of the one magnetic field sensor ( 9 . 10 ) detected characteristic magnetic alternating field signal of the alternating magnetic field source ( 7 ), which is determined by the recorded absolute field strength of the alternating magnetic field source ( 7 ), the variable distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is determinable on the other hand.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, in the evaluation device ( 12 ) the switching between the first and the second operating mode by means of an external control signal can be realized.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, in the evaluation device ( 12 ) the switching between the first and the second operating mode by means of a in the evaluation device ( 12 ) stored algorithm as a function of the characteristic alternating magnetic field signals of at least two Magnetic field sensors ( 9 . 10 ) of the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is feasible.

Method for measuring the distance (A) between a magnetic sensor arrangement ( 8th ) and an alternating magnetic field source ( 7 ), in which by means of the magnetic sensor arrangement ( 8th ) a characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source ( 7 ), to an evaluation device ( 12 ) and in the evaluation device ( 12 ) is converted into the distance (A), characterized in that the characteristic alternating magnetic field signal by means of at least two at a fixed distance (B) to each other on a movement axis (X) of the alternating magnetic field source ( 7 ) arranged magnetic field sensors ( 9 . 10 ) of the magnetic field sensor arrangement ( 8th ) is detected, and that the evaluation device ( 12 ) is operated in a first and in a second operating mode, wherein by means of the evaluation device ( 12 ) in the first operating mode on the basis of the of the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) detected characteristic alternating magnetic field signals of the alternating magnetic field source ( 7 ) the distance (A) is determined, and wherein by means of the evaluation device ( 12 ) in the second operating mode on the basis of the distance (A) determined in the first operating mode and of one of the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) detected characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source ( 7 ) the variable distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is determined on the other hand.

Method according to Claim 7, in which in the evaluation device ( 12 ) in the first operating mode that in the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) are received and set in relation to each other and the ratio between the at least two characteristic alternating magnetic field signals in the distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is converted on the other hand.

Method according to Claim 7 or 8, in which in the evaluation device ( 12 ) in the first operating mode, absolute values of the characteristic alternating magnetic field signals formed as measuring voltages are detected, from these absolute values an absolute field strength of the alternating magnetic field source ( 7 ) Independent quotient formed and so the distance (A) between the magnetic alternating field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is calculated on the other hand.

Method according to one of claims 7 to 9, wherein in the evaluation device ( 12 ) in the second operating mode on the basis of the in the first operating mode of the evaluation device ( 12 ) detected absolute field strength of the magnetic alternating field source ( 7 ) and of the one magnetic field sensor ( 9 . 10 ) detected characteristic alternating magnetic field signal of the alternating magnetic field source ( 7 ), which is determined by the recorded absolute field strength of the alternating magnetic field source ( 7 ), the variable distance (A) between the alternating magnetic field source ( 7 ) on the one hand and the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is determined on the other hand.

Method according to one of claims 7 to 10, wherein in the evaluation device ( 12 ) the switching between the first and the second operating mode is realized by means of an external control signal.

Method according to one of claims 7 to 11, wherein in the evaluation device ( 12 ) the switching between the first and the second operating mode by means of a in the evaluation device ( 12 ) stored algorithm as a function of the characteristic alternating magnetic field signals of the at least two magnetic field sensors ( 9 . 10 ) of the magnetic sensor arrangement ( 8th ) is realized.