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Title: Systemarchitektur und Signalverarbeitung für die Diagnose von magnetischen ABS-Sensoren
Other Titles: System Architecture and Signal Processing for the Diagnosis of Magnetic Speed Sensors
Authors: Krey, Martin
Subject (DDC): Ingenieurwissenschaften
Subject: Antiblockiersystem
Ordnungsanalyse
Winkeläquidistante Abtastung
Eigendiagnose
Order Tracking
Angular Sampling
Self-Diagnosis
Issue Date: 2015
Document Type: Thesis
Abstract: 
Das Antiblockiersystem (ABS) ist ein weit verbreitetes Fahrstabilisierungssystem im Automobil. Die für die ABS-Regelung benötigte aktuelle Drehzahl der Fahrzeugräder wird von Raddrehzahlsensoren aufgenommen, die sich an jedem Fahrzeugrad befinden. Diese Sensoren liefern elektrische Signale an das ABS-Steuergerät. Für die Funktion des Antiblockiersystems ist es erforderlich, dass die Signale hoch zuverlässig, verfügbar und auswertbar sind. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer erweiterten Zustandserkennung für Raddrehzahlsensoren. Bei diesen Sensoren handelt es sich um magnetische Sensoren, die entweder auf induktiver Basis, auf Hall-Basis oder auf magnetoresistiver Basis arbeiten. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf Raddrehzahlsensoren auf Basis des anisotropen magnetoresistiven Effekts (AMR). Aus der Literatur ist bekannt, dass der AMR-Effekt außerhalb eines festgelegten Arbeitspunktes ein stark nichtlineares Verhalten aufweist. Dieses führt im Fahrzeugbetrieb des AMR-Sensors bei bestimmten Einbaupositionen zu Verzerrungen im Sensorsignal. In dieser Arbeit wurde durch eine messtechnische Analyse des Gesamtsystems aus Encoder und Sensor kritische Sensor-Positionen ermittelt. Die Sensorsignale zeigen in diesen Bereichen besonders ausgeprägte charakteristische Verzerrungen. Das nichtlineare Verhalten der AMR-Sensoren wird mit einem 2D-Sensorkennfeld beschrieben. Die Kennfelder verschiedener AMR-Sensoren wurden mit einem neu entwickelten Verfahren messtechnisch ermittelt. Das magnetische System aus AMR-Sensor und Encoder besitzt ebenfalls nichtlineare Eigenschaften. Für die Analyse der magnetischen Feldstärken, die auf den AMR-Sensor einwirken, wurden magnetostatische Feldsimulationen durchgeführt. Die aus den Simulationen bestimmten Feldstärken ermöglichen die Synthese einer elektrischen Sensorausgangsspannung über das Sensorkennfeld. Das Verfahren der Synthese verdeutlicht die Ursachen für auftretende Signalverzerrungen. Die Verzerrungen im Sensorsignal lassen sich über das Spektrum auswerten. Dort entstehen durch die Verzerrung harmonische Frequenzanteile der Grundschwingung. Da die Frequenz des Sensorsignals im Fahrbetrieb ständigen Schwankungen unterliegt, machte dieses die Entwicklung eines mitlaufenden Abtastverfahren erforderlich. Es erlaubt die Nutzung der diskreten Fourier-Transformation zur Bestimmung der harmonischen Anteile. Für den Grad der Verzerrung des Sensorsignals wurden neue Indikatoren definiert, die an den bekannten Klirrfaktor aus der Audiotechnik angelehnt sind. Für die Integration der Harmonischenanalyse und der Berechnung der Indikatoren direkt in einem Sensor sind enge Parameter bezüglich Chipfläche und Stromaufnahme einzuhalten. Um diese Parameter einzuhalten wurden optimierte Architekturen für die digitale Signalverarbeitung entwickelt und implementiert. Im Rahmen der Arbeit wurden Experimentalplattformen auf Mikrocontroller- und FPGA-Basis zur Evaluation der Algorithmen entwickelt. Weiterhin wurde einer der entwickelten Algorithmen in einen Mixed-Signal-ASIC basierend auf CMOS-Technologie integriert. Im abschließenden Kapitel werden diese Experimentalplattformen vorgestellt und bewertet.
Organization Units (connected with the publication): Technische Informatik 
DOI: https://doi.org/10.24405/546
Advisor: Klauer, Bernd 
Exam date: 2015-01-13
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