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Zündungstechnik Kompetenz im Automobil, Teil 4 Dieselkaltstarttechnologie & Sensorik Elektronik © Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern BERU PSG-Glühkerze (mit integriertem Brennraumsensor): zukunftsweisend in der Emissionsreduktion ■ Zuverlässige Messung des Brennraumdrucks unter Serienbedingungen ■ Hohe Genauigkeit und Langzeitstabilität ■ Ermöglicht erstmals den Serieneinsatz von Closed-Loop- Regelungen im Dieselmotor ■ Druckmesselemente ohne direkten Brennraumkontakt ■ Trägt zur Einhaltung der Emissionsvorschriften Euro IV, Euro V, Tier II und LEV II bei ■ Mit piezoresistivem Drucksensor ■ Messbereich bis zu 200 bar Die innovative BERU Drucksensor-Glühkerze PSG (Pressure Sensor Glowplug) www.beru.com Diese Glühkerze reagiert auf Druck. Prompt. Diese Glühkerze ist mit einem Drucksensor ausgestattet. So kann sie – neben ihrer Aufgabe des Vor-, Nach- oder Zwischenglühens – den realen Brennraumdruck ermitteln. Ermöglicht wird dies durch einen im Glühkerzenkörper elastisch gelagerten, beweglichen Heizstab, der den Druck auf eine Metallmembran mit einer Messbrücke überträgt. Diese Signale werden von einem eigens hierfür entwickelten ASIC aus gewertet. Wenn auch Sie an intelligenten Glühkerzen interessiert sind und wissen wollen, wie innovative Dieselkaltstarttechnologie die Schadstoffemission Ihrer Motoren optimieren kann, rufen Sie uns an: ++49-7141-132-235. Oder senden Sie uns eine Mail: technology@beru.de. BERU GEWINNER INNOVATION AWARD 2006 Der Spezialist für Zündungstechnik, Dieselkaltstarttechnologie, Elektronik und Sensorik
© Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern 24lA UTOMOTIVE Getriebe genannt, das neben einem differentiellen Hall- Sensor auch zwei AMR-Sensoren mit einem Arbeitsluftspalt von bis zu 8 mm verwendet. Die zwei AMR-Sensoren messen hierbei die Turbinendrehzahl mittels eines Polrades. Der Einsatz von zwei Sensoren erklärt sich aus dem schwierigen Umfeld aus Luftspalt und Temperatur, das eine redundante Information notwendig macht. Genau hier bietet sich nun ein Übergang auf I-GMR basierende Sensoren an. Diese erlauben auf Grund der höheren Empfindlichkeit einerseits den Verzicht auf Redundanz und anderseits eine Kostenreduktion des Polrades. Bild 2: Blockdiagramm für die Winkelberechnung. 5-6.2007l KOMPONENTEN Eine Drehrichtungserkennung wird in verschiedenen Getriebearten bzw. Zusatzfunktionen (Anfahrhilfen, Rückwärtsgangerkennung) gefordert. Hier bietet GMR ein exakteres Drehzahlsignal an und erlaubt damit auch eine Verbesserung in der Erkennung von Vibrationen. I-GMR Winkel-Sensor Die sensitiven Bereiche der GMR-Brücke ändern ihren Widerstand jeweils in Abhängigkeit der Magnetfeldänderung zur Referenzschicht. Diese Änderungen können dann ihrerseits herangezogen werden, um die genaue Ausrichtung des Magnetfelds zu bestimmen. Die einfachste Möglichkeit, die Magnetfeldausrichtung zu bestimmen, ist, den Winkel aus der Sinus- und Kosinus-Komponente des Magnetfelds zu bestimmen. Entscheidend ist hierbei, dass nur die Richtung des Magnetfeldes zu einer Änderung führt, die absolute Größe des Feldes aber keinen Einfluss hat. Die beiden Werte für X und Y werden als Spannungen der beiden GMR-Brücken gemessen, deren Referenzschichten senkrecht zueinander angeordnet sind. X steht hierbei für die Kosinus- und Y für die Sinus-Komponente der Kreiskoordinaten des Winkelsignals. Diese Gleichung ist selbstverständlich nur gültig für einen Winkelbereich von -90° bis +90°. Alle Winkel über diesen Bereich hinaus müssen erst in diesen Winkelbereich umgerechnet werden. Ein sehr wichtiger Punkt ist die Ungenauigkeit der konvertierten Winkelkomponenten X und Y. Die hauptsächlichen Fehler wie Amplitudenfehler und Offsetfehler können mittels arithmetischer Operationen korrigiert werden. Der Offsetfehler kann von den X- und Y-Komponenten subtrahiert und die Amplitudenvariation durch Multiplikation eliminiert werden. Grundsätzlich kann der Datenstrom in zwei Hauptteile untergliedert werden: einen analogen sowie einen digitalen Signalverarbeitungsbereich. Der analoge Teil besteht aus einer analogen Signalerzeugung (GMR-Spannungen), einer Vorkonditionierung sowie der Analog-Digital-Wandlung. Der digitale Bereich besteht aus einer ausstattungsabhängigen digitalen Signalverarbeitung, einer Winkelberechnung und einer Signalnachverarbeitung, so z. B. für ein spezielles Interface. (Bild 2) Der analoge Abschnitt beinhaltet die Blöcke auf der linken Hälfte des Schemas bis hin zum Analog-Digital-Wandler, der die Daten in den digitalen Bereich umsetzt. Die Winkelberechnung selbst benötigt beide Komponenten X und Y. Der errechnete Winkel wird danach noch bezüglich Skalierung und Offset angepasst. © automotive In Infineons derzeit verfügbarem Produkt TLE 5010 wird die Signalaufbereitung bis zum Post-Processing durchgeführt. Die Winkelberechnung findet im dahinterliegenden Mikrocontroller statt. Solche Systeme werden beispielsweise im Bereich der Lenkwinkelerfassung aufgebaut. Zukünftige Produkte werden auch über eine integrierte Winkelberechnung verfügen. Zusammenfassung Im Bereich der Drehzahlmessung bietet der GMR-Effekt gegenüber anderen Technologien Vorteile im Bereich der Empfindlichkeit. Dieser Vorteil kann unterschiedlich genutzt werden: der Arbeitsluftspalt kann erhöht, die relative Phasengenauigkeit verbessert oder die Kosten des Magnetkreises reduziert werden. Zusätzlich bietet ein innovatives Schaltungskonzept einen klaren, deterministischen Signalpfad. Ansätze zur Winkel- und Positionserfassung mit I-GMR wurden vorgestellt. Die ersten Produkte sind bereits im Serieneinsatz. In Zukunft wird es möglich sein, mit einer intelligenten Recheneinheit direkt Winkelwerte auszugeben und somit neue Anwendungen zu erschließen. Die Integrationsfähigkeit der GMR-Brücken in etablierte Halbleiterprozesse ermöglicht eine schnelle Umsetzung. Damit bietet die I-GMR-Technologie eine interessante Alternative zu bestehenden Sensorprinzipien. (oe) Ernst Katzmaier, Manager Application Engineering, Powertrain & Magnetics, Sense & Control, Infineon Technologies E-Mail: ernst.katzmaier@infineon.com Infineon Technologies @ www.infineon.com
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