Einsatz des Sensors im Joystick.

Einsatz des Sensors im Joystick. Melexis

Da alle Arten von Fahrzeugen mit immer mehr elektrischer/elektronischer Technik ausgestattet werden, um deren Größe, Gewicht und Kosten zu verringern, wird eine präzise Sensorik für die hochentwickelten Steuerungsfunktionen, die die Sicherheit und den Betrieb moderner Fahrzeuge garantieren sollen, immer wichtiger. Ältere Linear- und Drehwinkelsensoren, die auf einer Erfassung mittels Potenziometer und Optik basieren, werden durch moderne Magnetsensoren ersetzt, die keine Ungenauigkeiten oder einen vorzeitigen Ausfall aufgrund von Schmutz, Staub und Vibrationen in Fahrzeugen aufweisen.

Triaxis-Sensoren

Sensor zur Erfassung der Linearbewegung.

Sensor zur Erfassung der Linearbewegung. Melexis

Eine der Technologien, die Magnetsensoren im Automotive-Bereich vorantreiben, sind die Triaxis-Sensoren von Melexis. Sie sind nun in der dritten Generation erhältlich und von sich aus unempfindlich gegenüber den vielen magnetischen Streufeldern, wie sie in modernen Fahrzeugen auftreten können.

Eine Herausforderung bleibt jedoch bestehen: Jedes Erfassungssystem mit Magnetsensor weist eine Nichtlinearität auf, die durch Faktoren verursacht wird, die den Erfassungsmechanismus selbst als auch verschiedene mechanische Toleranzen innerhalb des Systems umfassen.

Um dem entgegenzuwirken, verfügen Melexis’ Triaxis-Positionsprozessoren der Serie MLX9037x über eine integrierte Linearkompensation, mit der sich die Leistungsfähigkeit des Sensorsystems erheblich verbessern lässt. Dies ist entscheidend für die hohe Präzision, die in den heutigen anspruchsvollen Automotive-Anwendungen erforderlich ist.

Integrierte Linearkompensation

Vergleich verschiedener Kalibrierungsmöglichkeiten für lineare Bewegungen von ±8 mm. Melexis

Bild 1: Vergleich verschiedener Kalibrierungsmöglichkeiten für lineare Bewegungen von ±8 mm. Melexis

Die Sensoren MLX90371 und MLX90372 bieten einen Bereich von 2 bis 32 Kalibrierungspunkten, die entsprechend der Nichtlinearität der Anwendung und der gewünschten Genauigkeit des Ausgangs frei wählbar sind. Eine niedrigere Anzahl von Kalibrierungspunkten kann sich für Anwendungen mit einer niedrigen Anfangs-Nichtlinearität eignen, während sich eine höhere Anzahl von Punkten für eine lineare Bewegung mit langem Hub eignet oder wenn eine erhebliche Anfangs-Nichtlinearität vorhanden ist.

Bild 1 beschreibt, wie sich bei einer steigenden Zahl von Kalibrierungspunkten erhebliche Verbesserungen bei der Nichtlinearität ergeben. Da das Diagramm zwei verschiedene Skalen für 2 und 4 sowie 16 und 32 Punkte aufweist, können Nichtlinearitätsfehler (NLE) bis zu 28° bei der 2-Punkt-Kalibrierung auftreten. Sie verringern sich jedoch auf maximal 1,25° und 0,8° bei der 16- beziehungsweise 32-Punkt-Kalibrierung.

Durchführung der Kalibrierung

Um die Kalibrierung durchzuführen, kommt das Programmiergerät PTC-04 zum Einsatz, das speziell für die effiziente und präzise Kalibrierung der programmierbaren Sensoren von Melexis entwickelt wurde. Dieser ähnelt einem EEPROM-Programmer und benötigt lediglich einen PC mit einem RS-232- oder USB-Anschluss. Der PTC-04 verfügt über ein eigenes einstellbares Netzteil und misst sowohl Spannung als auch Strom mit einer Auflösung von 16 Bit. Er bietet auch mehrere Konfigurationsmöglichkeiten für das Prototyping und die Serienfertigung. Alle programmierbaren Triaxis-, linearen Hall- sowie Latch- und Switch-Sensoren von Melexis lassen sich damit programmieren.

Sensoreinsatz bei einer Welle.

Sensoreinsatz bei einer Welle. Melexis

Um einen der Sensoren MLX90371/MLX90372 zu kalibrieren, muss lediglich das zu kalibrierende System zusammengebaut und der PTC-04-Programmer über die Strom-, Masse- und Ausgangspins mit dem Sensor verbunden werden. Durch Bewegen des Magneten in mehrere (bis zu 32) Positionen und Kalibrieren des Sensorausgangs lässt sich der anfängliche NLE während des Betriebs kompensieren und dadurch verringern.

Während der Kalibrierung lässt sich auch der Ausgang an die Anforderungen der Anwendung anpassen. Neben der NLE-Kalibrierung kann der Ausgang zum Beispiel so eingestellt werden, dass die volle Messspanne bei jedem Winkel einer Drehpositionsmessung oder bei jeder Länge einer Linearmessung erreicht wird. Dadurch liefert der Sensor in allen Anwendungen maximale Auflösung und Genauigkeit.