DE10061004A1 - Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl einer Welle - Google Patents

Abstract

Die Drehzahl einer Welle läßt sich mit zwei Sensoreinheiten und einer mehrere Gebersektoren aufweisenden Geberanordnung ermitteln. Durch die Drehung der Welle werden die Gebersektoren an den Sensoreinheiten vorbeibewegt, welche daraufhin digitale Sensorsignale abgeben, deren Signalflanken jeweils einen Zeitpunkt markieren, zu dem ein Sektorübergang zwischen benachbarten Gebersektoren an der betreffenden Sensoreinheit vorbeibewegt wird. Meßfehler werden kompensiert, indem die Toleranzen der Gebersektoren ermittelt und bei der Berechnung der Drehzahl der Welle berücksichtigt werden. Das neue Verfahren soll unabhängig von den Toleranzen der Gebersektoren sein. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß mindestens ein einem Eichmeßwert entsprechender Drehwinkel der Welle als Korrekturwinkel berechnet wird, wobei der Eichmeßwert gleich dem während einer Eichmessung ermittelten Zeitabstand zwischen zwei dem gleichen Sektorübergang entsprechenden Signalflanken der Sensorsignale ist, und daß die Drehzahl der Welle aus dem mindestens einen Korrekturwinkel und dem Zeitabstand zwischen zwei durch den gleichen Sektorübergang generierten Signalflanken der Sensorsignale berechnet wird. DOLLAR A Steuerung von Verstellantrieben in Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 198 35 091 C1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Drehzahl einer Welle mit einer Sensoranord­ nung und einer Geberanordnung erfaßt, wobei die Geberanordnung als Multipolma­ gnetrad ausgebildet ist, das mehrere als Magnetpole ausgeführte Gebersektoren aufweist und wobei die Sensoranordnung zwei als Hallsensoren ausgeführte Sen­ soreinheiten aufweist, an denen die Gebersektoren und die durch die Randbereiche der Gebersektoren gebildeten Sektorübergänge bei sich drehender Welle vorbeibe­ wegt werden. Jede der beiden Sensoreinheiten gibt dabei ein Sensorsignal ab, das Signalflanken aufweist, die entstehen, wenn ein Sektorübergang an der betreffenden Sensoreinheit vorbeibewegt wird. Die Drehzahl der Welle wird durch Auswertung von Meßwerten ermittelt, welche jeweils der Zeit entsprechen, die ein Gebersektor be­ nötigt, um vollständig an einer der Sensoreinheiten vorbeibewegt zu werden. Da die Meßwerte von der Breite der Gebersektoren abhängig sind und die Gebersektoren aufgrund von Fertigungstoleranzen in der Breite stark variieren, werden die Ferti­ gungstoleranzen der Gebersektoren ermittelt und bei der Signalauswertung berück­ sichtigt. Die Toleranzen der Gebersektoren werden dabei durch eine Eichmessung ermittelt, bei der die Welle gedreht wird und die Zeitabstände zwischen steigenden und/oder fallenden Signalflanken der Sensorsignale gemessen und ausgewertet werden.

Wesentlich ist, daß die Signalauswertung zur Ermittlung der Drehzahl der Welle sek­ torbezogen erfolgt, da jeder Gebersektor einen eigenen toleranzbedingten Beitrag zum auszuwertenden Meßwert liefert. Dies stellt einen beachtlichen Nachteil dar, da eine fehlerhafte Zuordnung zwischen den Meßwerten und den Gebersektoren zu falschen Drehzahlwerten führen kann. Eine derartige fehlerhafte Zuordnung kann beispielsweise dann auftreten, wenn eine zur Signalauswertung vorgesehene Aus­ wertevorrichtung bei Beginn der Drehbewegung noch nicht betriebsbereit ist, weil sie beispielsweise erst aus einem Schlafmodus in einen Normalbetriebsmodus ge­ schaltet werden muß, was zur Folge hat, daß eine während der Aktivierung der Aus­ wertevorrichtung erfolgte Drehung nicht erkannt wird und die detektierten Signal­ flanken der Sensorsignale somit dem falschen Gebersektor zugeordnet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das unabhängig von den Toleranzen der Breiten der Gebersektoren ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird die Drehzahl der Welle mit einer mindestens zwei Sensorein­ heiten aufweisenden Sensoranordnung und mit einer mehrere Gebersektoren auf­ weisenden Geberanordnung ermittelt. Dabei werden die Gebersektoren der Geber­ anordnung und somit auch die durch die Randbereiche der Gebersektoren gebilde­ ten Sektorübergänge durch die Drehung der Welle an den Sensoreinheiten vorbei­ bewegt, so daß jede Sensoreinheit ein Sensorsignal abgibt, das Signalflanken auf­ weist, die in Antwort auf die Drehung der Geberanordnung dann entstehen, wenn ein Sektorübergang an dieser Sensoreinheit vorbeibewegt wird. Zur Kompensation von Meßfehlern wird eine Eichmessung vorgenommen, bei der mindestens ein Eichmeßwert ermittelt wird, der dem Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgen­ den und durch den gleichen Sektorübergang generierten Signalflanken der Sensor­ signale entspricht. Aus dem Eichmeßwert oder, falls mehrere Eichmeßwerte ermit­ telt werden, aus jedem Eichmeßwert wird dann ein Korrekturwinkel berechnet, der einen diesem Eichmeßwert entsprechenden Drehwinkel der Welle darstellt. Die ak­ tuelle Drehzahl der Welle wird dann aus dem berechneten Korrekturwinkel oder, falls mehrere Eichmeßwerte ermittelt und somit mehrere Korrekturwinkel berechnet werden, aus einem der berechneten Korrekturwinkel und dem aktuellen Zeitabstand zwischen zwei durch den gleichen Sektorübergang generierten Signalflanken der Sensorsignale berechnet.

Vorteilhafterweise werden die Zeitabstände zwischen den jeweils durch den glei­ chen Sektorübergang generierten Signalflanken der Sensorsignale kontinuierlich erfaßt. Die momentane Drehzahl der Welle wird dann ermittelt, indem der Korrek­ turwinkel durch den Zeitabstand zwischen den letzten beiden durch den gleichen Sektorübergang generierten Signalflanken der Sensorsignale dividiert wird.

Vorzugsweise wird der Zeitabstand zwischen zwei durch den gleichen Sektorüber­ gang generierten Signalflanken der Sensorsignale durch Messung des Zeitabstands zwischen aufeinanderfolgenden steigenden und/oder fallenden Signalflanken der Sensorsignale ermittelt.

Des weiteren werden vorzugsweise Sensoreinheiten mit hystereseförmigem Schalt­ verhalten verwendet. Dadurch wird sichergestellt, daß keine Schwingungen entste­ hen, wenn die Welle angehalten wird und ein Sektorübergang sich dann in der Nähe einer der Sensoreinheiten befindet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Eichmessung während einer Bewegungsphase der Welle vorgenommen, in der die Welle mit konstanter Geschwindigkeit oder konstanter Beschleunigung gedreht wird.

Vorteilhafterweise wird der berechnete Korrekturwinkel auf Plausibilität geprüft und nur bei vorliegender Plausibilität ausgewertet, wobei vorzugsweise nur Korrekturwin­ kel, die in einem vorgegebenen Winkelbereich liegen, als plausibel identifiziert wer­ den.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden mehrere Eichmeßwerte ermittelt und es wird aus jedem Eichmeßwert ein Korrekturwinkel berechnet. Aus den berechneten Korrekturwinkeln wird dann durch Mittelwertsbildung ein mittlerer Korrekturwinkel berechnet, der als aktueller Korrekturwinkel der Berechnung der Drehzahl der Welle zugrundegelegt wird. Dabei ist es denkbar, eine vorgegebene Anzahl von Korrekturwinkeln zu berechnen und bei der Mittelwertsbildung eine Mit­ telung über diese vorgegebene Anzahl von Korrekturwinkeln vorzunehmen, oder kontinuierlich neue Korrekturwinkel zu berechnen und den aktuellen Korrekturwinkel durch gleitende Mittelwertsbildung über eine vorgegebene Anzahl von Korrekturwin­ keln zu berechen. Weiterhin ist es denkbar, so viele Korrekturwinkel zu berechnen, bis ihre Varianz kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und eine Mittelung nur über diese Korrekturwinkel vorzunehmen. Vorzugsweise wird die Drehzahl der Welle be­ reits während der Erfassung der zur Mittelwertsbildung erforderlichen Anzahl von Korrekturwinkeln berechnet, wobei die Berechnung auf der Grundlage eines bereits berechneten Korrekturwinkels oder mehrerer bereits berechneten Korrekturwinkeln erfolgt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden auf einfache Weise Störungen kom­ pensiert, die beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Schaltschwellen und unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Sensoreinheiten, unterschiedlichen Intensi­ täten der von den Gebersektoren erzeugten und von den Sensoreinheiten detektier­ ten physikalischen Größe und Ungenauigkeiten in der Positionierung der Sensorein­ heiten entstehen. Da die Schaltschwellen und Empfindlichkeiten der Sensoreinhei­ ten stark temperaturabhängig sind, werden durch die Kompensation der von diesen Größen herrührenden Störungen gleichzeitig auch temperaturbedingte Störungen kompensiert. Die Kompensation der Störungen hat weiterhin den Effekt, daß die Abstände zwischen den Sensoreinheiten und der Geberanordnung nicht mehr kri­ tisch sind, so daß die Sensoreinheiten nicht in einer zur Geberanordnung konzentri­ schen Fläche angeordnet sein müssen sondern auch in einer zur Drehachse der Welle parallelen Ebene angeordnet sein können.

Das Verfahren eignet sich bestens zur Steuerung von Verstellantrieben in Kraftfahr­ zeugen, beispielsweise zur Steuerung von Fensterhebern, Schiebedächern, Trenn­ wänden oder Sitzen, und ermöglicht die Realisierung von kostengünstigen Ein­ klemmschutzsystemen für diese Verstellantriebe. Mit dem Verfahren lassen sich insbesondere bürstenlose, d. h. elektronisch kommutierte Motoren steuern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm mit Signalen, die mit der Vorrichtung aus Fig. 1 verarbeitet werden,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß Fig. 1 wird die Drehzahl einer Welle 4 mit einer Vorrichtung ermittelt, die eine mit der Welle 4 fest verbundene Geberanordnung 1 mit mehreren Gebersekto­ ren P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, eine Sensoranordnung mit zwei Sensoreinheiten 10, 20 und eine Auswerteeinrichtung 3 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ist die Geberanordnung 1 als achtpoliges Magnetrad ausgeführt, das acht ab­ wechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisierte Magnetpole als Gebersek­ toren P1, P2, . . . P8 aufweist. Die Geberanordnung 1 weist somit acht durch die Randbereiche der Gebersektoren P1, . . . P8 gebildete Sektorübergänge P12, P23, P34, P45, P56, P67, P81 auf, wobei es sich bei den Sektorübergängen P12, P34, P56 und P78 beispielsweise um Süd-Nord-Übergänge und bei den übrigen Sektor­ übergängen P23, P45, P67, P81 um Nord-Süd-Übergänge handelt. Die erste Sen­ soreinheit 10 weist ein als Hallsensor ausgeführtes erstes Sensorelement 100, eine diesem Sensorelement 100 nachgeschaltete erste Verstärkereinheit 101 und eine dieser Verstärkereinheit 101 nachgeschaltete erste Komparatorstufe 102 mit Hyste­ reseschaltverhalten auf. Entsprechend weist die zweite Sensoreinheit 20 ein eben­ falls als Hallsensor ausgeführtes zweites Sensorelement 200, eine diesem Senso­ relement 200 nachgeschaltete zweite Verstärkereinheit 201 und eine dieser Ver­ stärkereinheit 201 nachgeschaltete zweite Komparatorstufe 202 mit Hysterese­ schaltverhalten auf. Die Sensorelemente 100, 200 sind gegeneinander derart ver­ setzt angeordnet, daß der Winkelabstand α zwischen ihnen gleich dem halben mitt­ leren Sektorwinkel γ eines Gebersektors P1 ist, d. h. es gilt α = 360°/(2.n), wobei n für die Anzahl der Gebersektoren P1 . . . P8 steht. Im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel sind die Sensorelemente 100, 200 um 4 mm von der Geberanordnung 1 beab­ standet und die Sensorelemente 100, 200 um einen Winkelabstand α = 22,5° von­ einander beabstandet. Diese Werte müssen nicht mit hoher Genauigkeit eingehalten werden, da eventuelle Toleranzen durch das Auswerteverfahren kompensiert wer­ den.

Durch die Drehung der Welle 4 werden die Gebersektoren P1, . . . P8 und somit auch die Sektorübergänge P12, . . . P81 an den Sensorelementen 100 bzw. 200 der Sen­ soreinheiten 10 bzw. 20 vorbeibewegt. Die Sensorelemente 100, 200 geben dabei in Antwort auf die Drehbewegung der Geberanordnung 1 jeweils ein analoges Sen­ sorelementsignal s10 bzw. s20 ab. Die analogen Sensorelementsignale s10, s20 werden dann in den Verstärkereinheiten 101 bzw. 201 verstärkt und durch die Komparatorstufen 102 bzw. 202 in digitale Sensorsignale s1 bzw. s2 umgesetzt, welche dann der Auswerteeinrichtung 3 zur Auswertung zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt als Beispiel den zeitlichen Verlauf der Sensorelementsignale s10, s20 und der Sensorsignale s1, s2, den man ab einem Beobachtungszeitpunkt t0 erhält, wenn die Welle 4 mit konstanter Geschwindigkeit in Uhrzeigerrichtung gedreht wird. Gemäß der Figur weisen die Sensorelementsignale s10, s20 und die Sensorsignale s1, s2 Signalflanken auf, die in Antwort auf die Drehbewegung der durch die Welle 4 angetriebenen Geberanordnung 1 entstehen. Die Sensorelementsignale s10, s20 sind dabei aufgrund des gewählten Winkelversatzes α zwischen den Sensorelemen­ ten 100, 200 um 90° gegeneinander in der Phase versetzt. Die Drehrichtung der Welle läßt sich dabei aus dem Vorzeichen des Phasenversatzes ermitteln.

Die erste nach dem Zeitpunkt t0 auftretende steigende Signalflanke a120 des er­ sten Sensorelementsignals s10 entsteht dabei dann, wenn ein bestimmter Sektor­ übergang, beispielsweise der als Süd-Nord-Übergang ausgeführte erste Sektorüber­ gang P12, am ersten Sensorelement 100 vorbeibewegt wird. Sobald der Signalpegel des ersten Sensorelementsignals s10 eine erste Schaltschwelle u10 der ersten Sensoreinheit 10 überschreitet, ändert sich auch der Signalpegel des ersten Sen­ sorsignals s1 von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel. Diese Signalpegeländerung erfolgt zum Zeitpunkt t1 und hat die Entstehung der dem ersten Sektorübergang P12 zugeordneten Signalflanke H1 zur Folge. Anschließend bewirkt der gleiche Sek­ torübergang P12 beim Vorbeidrehen am zweiten Sensorelement 200 eine steigende Signalflanke b120 im zweiten Sensorelementsignal s20. Zum Zeitpunkt t2 über­ schreitet das zweite Sensorelementsignal s20 dann eine erste Schaltschwelle u20 der zweiten Sensoreinheit 20 und der Signalpegel des zweiten Sensorsignals s2 ändert sich daraufhin von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel; dies hat die Ent­ stehung der dem ersten Sektorübergang P12 zugeordneten Signalflanke H2 im zwei­ ten Sensorsignal s2 zur Folge. Die ersten beiden steigenden Signalflanken H1, H2 im ersten bzw. zweiten Sensorsignal s1 bzw. s2 markieren die Zeitpunkte t1 bzw. t2, zu denen der erste Sektorübergang P12 am ersten bzw. zweiten Sensorelement 100 bzw. 200 vorbeibewegt wird. Das Zeitintervall ΔT1 = t2 - t1 ist somit ein Maß für die Zeit, die benötigt wird, um den ersten Sektorübergang P12 vom ersten zum zweiten Sensorelement 100 bzw. 200 zu bewegen.

Bei der weiteren Drehung bewirkt dann der zweite Sektorübergang P23 beim Vor­ beidrehen am ersten Sensorelement 100 eine fallende Signalflanke a230 im ersten Sensorelementsignal s10 und zum Zeitpunkt t3, zu dem das erste Sensorelementsi­ gnal s10 eine zweite Schaltschwelle u11 der ersten Sensoreinheit 10 unterschreitet, eine Änderung des Signalpegels des ersten Sensorsignals s1 von High auf Low; d. h. zum Zeitpunkt t3 entsteht die dem zweiten Sektorübergang P23 zugeordnete Si­ gnalflanke H3 im ersten Sensorsignal s1. Entsprechend bewirkt der zweite Sektor­ übergang P23 beim Vorbeidrehen am zweiten Sensorelement 200 eine fallende Si­ gnalflanke b230 im zweiten Sensorelementsignal s20 und zum Zeitpunkt t4, zu dem das zweite Sensorelementsignal s20 eine zweite Schaltschwelle u21 der zweiten Sensoreinheit 20 unterschreitet, eine Änderung des Signalpegels des zweiten Sen­ sorsignals s2 von High auf Low. Zum Zeitpunkt t4 wird somit die dem zweiten Sek­ torübergang P23 zugeordnete Signalflanke H4 im zweiten Sensorsignal s2 generiert. Die ersten beiden fallenden Signalflanken H3, H4 der Sensorsignale s1 bzw. s2 markieren somit die Zeitpunkte t3 bzw. t4, zu denen der zweite Sektorübergang P23 am ersten bzw. zweiten Sensorelement 100 bzw. 200 vorbeibewegt wird. Das Zeitin­ tervall ΔT2 = t4 - t3 ist somit ein Maß für die Zeit, die benötigt wird, um den zweiten Sektorübergang P23 vom ersten zum zweiten Sensorelement 100 bzw. 200 zu be­ wegen.

In entsprechender Weise werden durch die verbleibenden Sektorübergänge P34, . . . P81 ebenfalls Signalflanken in den Sensorelementsignalen s10, s20 und den Sen­ sorsignalen s1, s2 generiert. Jeder Sektorübergang P12, . . . P81 generiert dabei pro Umdrehung der Welle 4 in jedem Sensorelementsignal s10, s20 und in jedem Sen­ sorsignal s1, s2 eine Signalflanke. Durch einfaches Zählen läßt sich somit feststel­ len, welche der Signalflanken dem gleichen Sektorübergang zugeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit acht Sektorübergängen ist jede achte Signal­ flanke eines Sensorsignals s1 bzw. s2 dem gleichen Sektorübergang zugeordnet. Somit sind die zum Zeitpunkt t1 bzw. t5 auftretenden Signalflanken H1 und H5 des Sensorsignals s1 dem ersten Sektorübergang P12 zugeordnet. Das Zeitintervall T1 = t5 - t1 ist daher ein Maß für die Zeit, die benötigt wird, um den ersten Sektor­ übergang P12 und somit auch die Welle 4 um eine volle Umdrehung zu drehen. Ent­ sprechend ist das Zeitintervall T2 = t6 - t2 eine Maß für die Zeit, die benötigt wird, um den zweiten Sektorübergang P23 um eine volle Umdrehung weiterzudrehen. Die Zeitintervalle T1, T2 stellen daher eine Drehperiode der Welle 4 dar.

Die Sensorelementsignale S10, s20 können unterschiedliche Amplituden aufweisen. Diese Unterschiede können beispielsweise durch unterschiedliche Empfindlichkei­ ten der Sensorelemente 100, 200 oder unterschiedliche Abstände zwischen den Sensorelementen 100, 200 und der Geberanordnung 1 bedingt sein. Weiterhin kön­ nen die Schaltschwellen u10, u12, u20, u21 - diese werden vorteilhafterweise durch die Auswerteeinrichtung 3 vorgegeben - temperaturbedingt stark schwanken. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat insbesondere eine Änderung der Amplitude des Sensorelementsignals s20 oder der Schaltschwelle u20 dann eine beachtliche Ver­ schiebung des Zeitpunkts t2 zur Folge, wenn die Schaltschwelle u20 nahe am Ma­ ximum des Sensorelementsignals s20 liegt. Um Meßfehler bei der Ermittlung der Drehzahl der Welle 4 zu vermeiden, ist es daher erforderlich, Störanteile aus dem Meßergebnis zu kompensieren, die durch Streuungen der Empfindlichkeiten und der Schaltschwellen der Sensoreneinheiten 10, 20, durch Streuungen der Abstände zwischen den Sensorelementen 100, 200 und der Geberanordnung 1 sowie durch Streuungen der Intensität der von den Sensoreinheiten 10, 20 auszuwertenden Grö­ ße bedingt sind.

Zur Kompensation dieser Störanteile wird während einer Bewegungsphase der Welle 4, in der die Welle 4 mit konstanter Geschwindigkeit oder konstanter Beschleuni­ gung gedreht wird, eine Eichmessung durchgeführt. Eine derartige Bewegungsphase mit konstanter Geschwindigkeit oder Beschleunigung läßt sich auf einfache Weise detektieren, indem durch Auswertung eines der Sensorsignale s1 bzw. s2 die Dreh­ periode der Welle 4 über mehrere Umdrehungen ermittelt wird. Im vorliegenden Beispiel liegt ab dem Beobachtungszeitpunkt t0 eine Bewegungsphase mit konstan­ ter Drehgeschwindigkeit vor.

Bei der Eichmessung wird durch Auswertung der steigenden Signalflanken H1, H2 der Sensorsignale s1, s2 der Zeitversatz t2 - t1 zwischen den Sensorsignalen s1, s2 als Eichmeßwert ΔT1 ermittelt. Zudem wird auch durch Auswertung der fallenden Signalflanke H3, H4 der Sensorsignale s1, s2 der Zeitversatz t4 - t3 zwischen den Sensorsignalen s1, s2 als weiterer Eichmeßwert ΔT2 ermittelt. Des weiteren werden noch die einer Drehperiode der Welle 4 entsprechenden Zeitintervalle

T1 = t5 - t1

und

T2 = t6 - t3

durch Auswertung von jeweils zwei, dem gleichen Sektorübergang zugeordneten, steigenden bzw. fallenden Signalflanken H1, H5 bzw. H3, H6 des Sensorsignals s1 ermittelt. Aus den ermittelten Zeiten werden dann ein den steigenden Signalflanken zugeordneter Korrekturwinkel Θ1 für die Drehzahlermittlung durch Auswertung von steigenden Signalflanken und ein den fallenden Signalflanken zugeordneter Korrek­ turwinkel Θ2 für die Drehzahlermittlung durch Auswertung von fallenden Signalflan­ ken nach folgenden Gleichungen berechnet:

Θ1 = 360°.ΔT1/T1,

Θ2 = 360°.ΔT2/T2.

Die Korrekturwinkel Θ1, Θ2 sind somit ein Maß des Verhältnisses zwischen dem Zeitversatz zweier Signalflanken, von denen die eine durch einen bestimmten Sek­ torübergang in dem einen Sensorsignal s1 und die andere durch den gleichen Sek­ torübergang in dem anderen Sensorsignal s2 generiert wird, und der Zeit, die für eine volle Umdrehung dieses bestimmten Sektorübergangs benötigt wird.

Weiterhin wird der Zeitversatz ΔTm zwischen den Sensorsignalen s1, s2 als Zeit­ meßwert ΔTm1 bzw. ΔTm2 fortlaufend ermittelt und aktualisiert. Der Zeitmeßwert ΔTm1 ist dabei gleich dem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden steigenden Signalflanken der beiden Sensorsignale s1 und s2 und der Zeitmeßwert ΔTm2 ist gleich dem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden fallen­ den Signalflanken der beiden Sensorsignale s1, s2. Die zu einem bestimmten Zeit­ punkt geltende Drehzahl n der Welle 4 wird dann aus dem unmittelbar davor ermit­ telten aktuellen Zeitmeßwert ΔTm1 bzw. ΔTm2 nach der Gleichung

n = Θ1/ΔTm1

bzw.

n = Θ2/ΔTm2

berechnet. Die Berechnung der Drehzahl n erfolgt somit in Abhängigkeit der Stei­ gungsrichtung der ausgewerteten Signalflanken.

Das Verfahren läßt sich verbessern, indem die berechneten Korrekturwinkel Θ1, Θ2 vor der Berechnung der Drehzahl n auf Plausibilität geprüft werden. Wenn einer der Korrekturwinkel Θ1, Θ2 nicht plausibel ist, dann wird er als ungültig verworfen und die Messung wird so oft wiederholt, bis man für diesen Korrekturwinkel einen plau­ siblen Wert erhält. Die Plausibilitätsprüfung kann dabei vorsehen, daß die Korrek­ turwinkel Θ1, Θ2 als nicht plausibel identifiziert werden, wenn sie voneinander um mehr als einen vorgegebenen Wert, beispielsweise um mehr als 5°, abweichen und/oder um mehr als einen bestimmten Wert, beispielsweise um mehr als 15°, von dem Winkelabstand α zwischen den Sensorelementen 100, 200 abweichen.

Weiterhin läßt sich die Störsicherheit des Verfahrens auf einfache Weise erhöhen, indem mehrere Werte für die Korrekturwinkel Θ1, Θ2 ermittelt werden, aus denen dann jeweils durch Mittelwertsbildung die geltenden Korrekturwinkel Θ1, Θ2 be­ rechnet werden, welche dann als aktuelle Korrekturwinkel der Berechnung der Drehzahl n zugrundegelegt werden. Dabei ist es denkbar, eine vorgegebene Anzahl von Werten für die Korrekturwinkel Θ1, Θ2 zu ermitteln oder lediglich soviele Werte für die Korrekturwinkel Θ1, Θ2 zu ermitteln, bis die Varianz dieser Werte kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Weiterhin ist es denkbar, fortlaufend neue Werte für die Korrekturwinkel Θ1, Θ2 zu ermitteln und aus diesen Werten durch gleitende Mittel­ wertsbildung die geltenden Korrekturwinkel Θ1, Θ2 zu berechnen. Denkbar ist es zudem, daß die Drehzahl n bereits während der Mittelwertsbildung, d. h. noch bevor sämtliche zur Mittelwertsbildung erforderlichen Werte der Korrekturwinkel Θ1, Θ2 ermittelt worden sind, aus bereits ermittelten Werten berechnet werden.

Die Eichmessung kann während einer speziell zum Zwecke der Eichung initiierten Bewegung der Welle 4 und/oder bei jedem Starten einer die Welle 4 antreibenden Antriebsvorrichtung vorgenommen werden. Sie kann aber auch während des be­ stimmungsgemäßen Betriebs dieser Antriebsvorrichtung vorgenommen werden, was eine fortlaufende Aktualisierung der Korrekturwinkel Θ1, Θ2 und eine Adaption der Korrekturwinkel Θ1, Θ2 an momentane Betriebsbedingungen ermöglicht.

Ferner ist es denkbar, daß für jede Drehrichtung der Welle 4 eigene Korrekturwinkel Θ1, Θ2 berechnet werden und daß die Drehzahl n drehrichtungsabhängig aus dem der jeweiligen Drehrichtung entsprechenden Korrekturwinkel berechnet wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden sowohl die steigenden als auch die fallenden Signalflanken der Sensorsignale s1, s2 ausgewertet. Denkbar ist aber auch eine Drehzahlermittlung, bei der lediglich die steigenden Signalflanken oder lediglich die fallenden Signalflanken der Sensorsignale s1, s2 ausgewertet werden. Weiterhin ist es denkbar, für jeden Sektorübergang einen eigenen Korrekturwinkel zu berechnen und die Berechnung der Drehzahl n sektorübergangsbezogen vorzu­ nehmen.

Die Sensorelemente 100, 200 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als analoge Hallsensoren ausgeführt. Die Sensoreinheiten 10, 20 können aber auch als digitale bipolare Hallschalter ausgeführt sein, die vorteilhafterweise zur Gewährleistung einer Schalthysterese unterschiedliche Schaltschwellen für die Detektion von Nord-Süd- und Süd-Nord-Übergängen aufweisen.

Das Verfahren läßt sich ohne weiteres auch auf Vorrichtungen mit anderen Arten von Geberanordnungen übertragen. Wesentlich ist lediglich, daß durch die Drehung der Geberanordnung eine optische, magnetische, induktive oder kapazitive Größe variiert wird und daß Sensoreinheiten als Nehmer verwendet werden, die geeignet sind, die Änderungen dieser Größe zu detektieren. So läßt sich das Verfahren bei­ spielsweise auf Vorrichtungen übertragen, die Magnetgabelschranken, Lichtgabel­ schranken, Unterbrecherscheiben, Scheiben mit Farbmarkierungen oder Zahnräder als Geberanordnungen und dazu passende Sensoreinheiten aufweisen.

Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Welle 4, die ein Zahnrad als Geberanordnung 1 aufweist. Die Gebersektoren werden dabei durch die Zahn-Lücken-Folgen gebildet. Als Sensoreinheiten 10, 20 werden kapazi­ tive, induktive oder magnetische Positionssensoren verwendet, die jeweils ihren Abstand zur Geberanordnung 1 erfassen und jeweils ein diesem Abstand entspre­ chendes Signal als Sensorsignal s1, s2 an die Auswerteeinrichtung 3 abgeben.

Claims (10)

1. Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl (n) einer Welle (4) mit einer mindestens zwei Sensoreinheiten (10, 20) aufweisenden Sensoranordnung und mit einer mehre­ re Gebersektoren (P1, . . . P8) aufweisenden Geberanordnung (1), wobei die Geber­ sektoren (P1, . . . P8) bei sich drehender Welle (4) an den Sensoreinheiten (10, 20) vorbeibewegt werden und jede Sensoreinheit (10, 20) ein Sensorsignal (s1, s2) ab­ gibt, das Signalflanken (H1, . . . H6) aufweist, die entstehen, wenn ein Sektorüber­ gang (P12, . . . P81) zwischen benachbarten Gebersektoren (P1, . . . P8) an dieser Sen­ soreinheit (10, 20) vorbeibewegt wird, und wobei vor der Ermittlung der Drehzahl (n) mindestens ein Eichmeßwert (ΔT1, ΔT2) als Zeitabstand zwischen zwei durch den gleichen Sektorübergang generierten Signalflanken (H1, H2; H3, H4) der Sensorsi­ gnale (s1, s2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem oder jedem er­ mittelten Eichmeßwert (ΔT1, ΔT2) ein diesem Eichmeßwert (ΔT1, ΔT2) entspre­ chender Drehwinkel der Welle (4) als Korrekturwinkel (Θ1, Θ2) berechnet wird und daß die aktuelle Drehzahl (n) der Welle (4) aus dem oder einem der berechneten Korrekturwinkel (Θ1, Θ2) und dem aktuellen Zeitabstand (ΔTm1, ΔTm2) zwischen zwei durch den gleichen Sektorübergang generierten Signalflanken der Sensorsi­ gnale (s1, s2) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Drehzahl (n) der Welle (4) ermittelt wird, indem der oder einer der Korrekturwinkel (Θ1, Θ2) durch den Zeitabstand zwischen den letzten beiden durch den gleichen Sektorüber­ gang generierten Signalflanken der Sensorsignale (s1, s2) dividiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitabstand (ΔT1, ΔT2, ΔTm1, ΔTm2) zwischen zwei durch den gleichen Sektorübergang gene­ rierten Signalflanken der Sensorsignale (s1, s2) durch Messung des Zeitabstands zwischen aufeinanderfolgenden steigenden Signalflanken (H1, H2) und/oder fallen­ den Signalflanken (H3, H4) der Sensorsignale (s1, s2) ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Eichmeßwert (ΔT1, ΔT2) während einer Drehphase der Welle (4) ermittelt wird, in der die Welle (4) sich mit konstanter Geschwindigkeit oder kon­ stanter Beschleunigung dreht.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Korrekturwinkel (Θ1, Θ2) auf Plausibilität geprüft und nur bei vorliegender Plausibilität ausgewertet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur Korrekturwinkel (Θ1, Θ2), die in einem vorgegebenen Winkelbereich liegen, als plausibel identifiziert werden.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eichmeßwerte (ΔT1, ΔT2) ermittelt werden, daß aus jedem Eichmeßwert (ΔT1, ΔT2) ein Korrekturwinkel (Θ1, Θ2) berechnet wird und daß aus den Korrek­ turwinkeln (Θ1, Θ2) durch Mittelwertsbildung ein mittlerer Korrekturwinkel berech­ net wird, der als aktueller Korrekturwinkel der Berechnung der Drehzahl (n) der Welle (4) zugrundegelegt wird.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß fortlaufend neue Eichmeßwerte (ΔT1, ΔT2) zur fortlaufenden Aktualisierung des oder der Korrekturwinkel (Θ1, Θ2) ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoreinheiten (10, 20) mit hystereseförmigen Schaltverhalten verwendet werden.

10. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche zur Steue­ rung von Verstellantrieben in Kraftfahrzeugen.