-
Die Erfindung betrifft eine Wegsignal-Erfassungsschaltung zur Erfassung eines Wegs eines Stößels in einem Stellglied und insbesondere auf eine Schaltungsanordnung zur Erfassung eines Stößelwegs in einem Fußbremsmodul als einer Komponente eines elektronischen Bremssystems in Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
-
In einem elektronischen Bremssystem für beispielsweise eine pneumatische Betriebsbremse eines Nutzfahrzeugs realisiert ein Fußbremsmodul (FBM) in der Regel eine Funktion, bei welcher zwei redundante elektrische Sensoren einen Bremswunsch eines Fahrers erfassen, indem sie den Betätigungsweg eines in dem Fußbremsmodul angeordneten Stößels messen, und den Messwert als ein Wegsignal an ein zentrales Steuergerät übertragen, das daraus eine Bremsanforderung berechnet, und eine Funktion, bei welcher analog zu einem konventionellen Fußbremsventil ein oder zwei Steuerdrücke entsprechend einer Pedalbetätigung durch den Fahrer ausgesteuert werden.
-
Bekannt ist hierbei die Erfassung des Wegsignals in einem Fußbremsmodul mittels eines Reihenschwingkreises mit Temperaturmessung und/oder Temperaturkompensation, bei welcher eine Wegänderung des Stößels in einer Frequenzänderung in einer Messspule zur Wegmessung resultiert und über eine Referenzspule mit einem festen Spulenwert eine Plausibilisierung und eine Temperaturkompensation durchführbar ist.
-
Hierbei führt die durch die Schaltanordnung einen Parallelschwingkreis ausbildende Gesamtanordnung aufgrund der Erzeugung und Einkopplung von Spannungen, welche auf den Oszillator störend wirken, zu Problemen im Hinblick auf die elektromagnetische Störsicherheit.
-
Zur Erfüllung geltender Sicherheitsanforderungen müssen ferner sowohl die Erfassungs- und Parameterbereiche, in welchen in einem redundanten System einzelne Messspulen liegen müssen, als auch die tatsächlichen Bereiche der Messspulen überwacht werden, damit im Fehlerfall eine Umschaltung auf ein pneumatisches Backup- oder Reservebremssystem umgeschaltet werden kann.
-
Eine gattungsgemäße Wegsignal-Erfassungsschaltung zur Erfassung eines Wegs eines Stößels in einem Stellglied ist in der
DE 36 03 950 A1 offenbart. Dort ist bei einem induktiven temperaturkompensierten Stellungsmelder ein Tauchanker hoher magnetischer Permeabilität vorgesehen, der innerhalb von Messspulen verschiebbar ist. In Abhängigkeit von der Lage des Tauchankers wird eine unterschiedliche Spuleninduktivität hervorgerufen, die in einer angeschlossenen Auswerteschaltung verarbeitet wird. Dabei wird die Messspule mit einer baugleichen Kompensationsspule in einer Wechselstrombrücke angeordnet, um eine Temperaturkompensation sowie eine Überprüfungsmöglichkeit der Funktionsfähigkeit des Stellungsmelders zu erzielen.
-
Die
DE 100 31 237 A1 offenbart einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Elektromagneten und mit einer Messvorrichtung zur Erfassung und Regelung einer vom Aktuator erzeugten Bewegung, die eine in den Schwingkreis geschaltete Messspule aufweist, in der ein vom Aktuator bewegbares Bauteil verschiebbar ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Wegerfassung von Stellgliedern mit geringen Kosten und Überwachung eines Reihenschwingkreises unter Verwendung von Standardbauteilen zu schaffen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
-
Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, eine kostengünstige Erfassung von zumindest zwei temperaturkompensierten Wegsignalen von Stößeln von Stellgliedern unter Verwendung eines Reihenschwingkreises und mittels einer Schaltungsanordnung zu ermöglichen, welche aus dem Reihenschwingkreis, einem Oszillator bzw. Operationsverstärker und mehreren Analogmultiplexern oder Analogschaltern zur Umschaltung von Messspulen bzw. Induktivitäten in dem Reihenschwingkreis besteht.
-
Gemäß diesem allgemeinen Gedanken der Erfindung ist die Schaltungsanordnung vorteilhaft in beliebigen Stellgliedern nutzbar, erlaubt bei zusätzlicher Verwendung einer Referenzspule ferner die Durchführung einer Temperaturkompensation und einer Plausibilisierung der Messungen, Messwerte und erfassten Stößelwege, und verursacht nur geringen Aufwand für Material und (Standard-)Bauteile.
-
Die Erfindung basiert dabei auf einer Wegsignal-Erfassungsschaltung zur Erfassung eines Wegs eines Stößels in einem Stellglied, beinhaltend zumindest zwei Messspulen, die den Weg des Stößels in einem Betätigungsbereich des Stößels erfassen; und zumindest zwei Schalteinrichtungen, die jeweils einer der zumindest zwei Messspulen derart zugeordnet sind, dass durch Betätigen der Schalteinrichtungen zumindest eine der zwei Messspulen für die Erfassung des Wegs des Stößels auswahlbar ist; wobei die zumindest zwei Messspulen derart in einer Reihenschaltung angeordnet sind, dass sie in einem Schwingkreis nutzbar sind, und die Auswahl der zumindest einen auswahlbaren Messspule durch ein niederohmiges Überbrücken einer dann zumindest einen nicht ausgewählten der zumindest zwei Messspulen durch Schließen der der zumindest einen nicht ausgewählten Messspulen zugeordneten Schalteinrichtung erfolgt.
-
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird dabei eine der zumindest zwei Messspulen als Plausibilisierungsspule zur Prüfung verwendet, ob das von der zumindest einen auswahlbaren Messspule erfasste Wegsignal in einem für die Erfassung zutreffenden Bereich von Werten und/oder Parametern liegt. Die für die Plausibilisierung herangezogene Messspule erfasst den Weg des Stößels des Stellglieds in einem Frequenzbereich, der sich von dem der zumindest einen auswahlbaren Messspule unterscheidet, und mit einer Kennlinie, bei der sich zumindest die Steigung von der Kennlinie der zumindest einen auswahlbaren Messspule unterscheidet, wobei eine elektronische Verarbeitungseinrichtung die von der für die Plausibilisierung herangezogenen Spule erfassten Werte und Größen auf die Betriebs- und Erfassungsbereiche der zumindest einen auswahlbaren Messspule umrechnet und mit den von der zumindest einen auswahlbaren Messspule erfassten Werte und Größen vergleicht.
-
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung ist in dem Schwingkreis eine Referenzspule zur Temperaturkompensation eines Oszillators und zur Plausibilisierung angeordnet, ob das von der zumindest einen auswahlbaren Messspule erfasste Wegsignal in einem für die Erfassung zutreffenden Bereich von Werten und/oder Parametern liegt. Dabei erfasst die für die Plausibilisierung herangezogene Referenzspule den Weg des Stößels des Stellglieds in einem Frequenzbereich, der sich von dem der zumindest einen auswählbaren Messspule unterscheidet, und mit einer Kennlinie, bei der sich zumindest die Steigung von der Kennlinie der zumindest einen auswahlbaren Messspule unterscheidet, wobei eine elektronische Verarbeitungseinrichtung die von der für die Plausibilisierung herangezogenen Spule erfassten Werte und Größen auf die Betriebs- und Erfassungsbereiche der zumindest einen auswahlbaren Messspule umrechnet und mit den von der zumindest einen auswahlbaren Messspule erfassten Werte und Größen vergleicht. Der in der Schaltungsanordnung angeordnete Oszillator stellt für die zumindest zwei Messpulen einen vorbestimmten Betriebsfrequenzbereich bereit. Weiterhin ist ein Schmitt-Trigger vorgesehen, der ein Wegerfassungssignal der zumindest einen auswählbaren Messspule an eine elektronische Verarbeitungseinrichtung ausgibt.
-
Bevorzugt bildet dazu eine Kapazität mit den zumindest zwei Messspulen einen Reihenschwingkreis.
-
Vorteilhaft weisen in der Wegsignal-Erfassungsschaltung die zumindest zwei Messspulen unterschiedliche Frequenzbereiche und Kennlinien mit unterschiedlicher Steigung auf.
-
Auch bevorzugt sind die Schalteinrichtungen Analogumschalter mit zwei Schaltstellungen oder Analog-Multiplexer.
-
Vorteilhaft ist außerdem, wenn sich die Erfassungsbereiche der zumindest zwei Messspulen in dem Schwingkreis nicht überlappen.
-
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Wegsignal-Erfassungsschaltung in einem elektronischen Bremssystem einer Betriebsbremsanlage eines Nutzfahrzeugs angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, sowohl Frequenz- und Erfassungsbereiche, in welchen die zumindest zwei Messspulen liegen müssen, als auch die Frequenz- und Erfassungsbereiche der einzelnen Messpulen, redundant zu überwachen und in einem festgestellten Fehlerfall auf eine pneumatische Backup-Bremsanlage des Nutzfahrzeugs umzuschalten.
-
Vorzugsweise ist es vorteilhaft möglich, dass die Plausibilisierung bejaht wird, wenn der Vergleich nach der Umrechnung ergibt, dass ein durch die zumindest eine auswahlbare Messspule erfasster Weg des Stößels des Stellglieds innerhalb eines Sollbereichs von Sollwerten und Sollgrößen mit einer Abweichung von kleiner als ±0,5 mm zuzüglich einer vorbestimmten Toleranz liegt, und im Hinblick auf zu erfüllende Sicherheitsanforderungen weiter vorteilhaft, dass die Plausibilisierung bejaht wird, wenn der Vergleich nach der Umrechnung ergibt, dass ein durch die zumindest eine auswahlbare Messspule erfasster Weg des Stößels des Stellglieds innerhalb eines Sollbereichs von Sollwerten und Sollgrößen mit einer Abweichung von ±0,2 mm zuzüglich einer vorbestimmten Toleranz liegt.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Wegsignal-Erfassungsschaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine prinzipielle Realisierung einer Schaltungsanordnung zur Wegerfassung in einem Fußbremsmodul eines elektronischen Bremssystems von Fahrzeugen; und
-
2 vereinfacht eine prinzipielle Ausführungsform der Wegsignal-Erfassungsschaltüng gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 zeigt eine Prinzipschaltung einer Ausführung einer Wegsignal-Erfassungsschaltung in einem Fußbremsmodul eines elektronischen Bremssystems beispielsweise eines Nutzfahrzeugs. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Nutzfahrzeuge oder Fahrzeuge allgemein beschränkt, sondern auf jedem technischen Gebiet anwendbar, auf dem Wege von sich bewegenden Teilen mittels Spulen zu erfassen sind.
-
In dieser Schaltungsanordnung sind eine erste Messspule oder Messinduktivität 1, eine Referenzspule 2 und eine zweite Messspule 3 in einer Reihenschaltung angeordnet. Ein erster Anschluss der ersten Messspule 1 ist mit einem ersten Anschluss eines Kondensators oder einer Kapazität 4 verbunden, und ein zweiter Anschluss der zweiten Messspule 3 ist mit einem Ausgang eines Oszillators bzw. Operationsverstärkers 5 verbunden. Ein zweiter Anschluss der ersten Messspule 1 ist ferner mit einem ersten Anschluss der Referenzspule 2 verbunden, und ein zweiter Anschluss der Referenzspule 2 ist mit einem ersten Anschluss der zweiten Messspule 3 verbunden. Weiter ist ein zweiter Anschluss des Kondensators 4 mit einem Eingang des Oszillators 5 verbunden.
-
Zwischen den Spulen 1 bis 3, dem Kondensator 4 und dem Oszillator 5 sind zur Steuerung der einzelnen Spulen 1 bis 3 ein erster Schalter S1 und ein zweiter Schalter S2 derart verschaltet, dass ein erster Anschluss 6 des ersten Schalters S1 mit dem zweiten Anschluss der ersten Messspule 1 und dem ersten Anschluss der Referenzspule 2 sowie einem zweiten Anschluss 10 des zweiten Schalters S2 verbunden ist, ein zweiter Anschluss 7 des ersten Schalters S1 mit dem ersten Anschluss der ersten Messspule 1 und dem ersten Anschluss des Kondensators 4 verbunden ist, ein dritter Anschluss 8 des ersten Schalters S1 mit dem zweiten Anschluss der Referenzspule 2 und dem ersten Anschluss der zweiten Messspule 3 sowie mit einem ersten Anschluss 9 des zweiten Schalters S2 verbunden ist, und ein dritter Anschluss 11 des zweiten Schalters S2 mit einem Schmitt-Trigger 12 als einer Komparatorschaltung mit Mitkopplung sowie dem Ausgang des Oszillators 5 und dem zweiten Anschluss der zweiten Messspule 3 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 12 wird einer Steuereinrichtung, beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit des elektronischen Bremssystems, zur werteren Auswertung und Verarbeitung zugeführt.
-
Die Schalter S1 und S2 werden in einem bevorzugten Fall durch entsprechende Analog-Multiplexer gebildet, d. h. bilden Analog-Umschalter mit jeweils 2 Anschlusskontakten zur Ansteuerung bzw. Umschaltung mittels zwei Schaltstellungen. In diesem bevorzugten Fall wird daher keine Decodierschaltung und dergleichen benötigt.
-
Es wird angemerkt, dass in den jeweiligen Schaltstellungen der Schalter S1 und S2 entweder an dem Schalter S1 der erste Anschluss 6 mit dem zweiten Anschluss 7 und an dem Schalter S2 der erste Anschluss 9 mit dem zweiten Anschluss 10 verbunden sind und mithin die zweite Messspule 3 ausgewählt ist, oder wie in 1 gezeigt an dem Schalter S1 der erste Anschluss 6 mit dem dritten Anschluss 8 und an dem Schalter S2 der erste Anschluss 9 mit dem dritten Anschluss 11 verbunden sind und mithin die erste Messspule 1 ausgewählt ist, oder an dem Schalter S1 der erste Anschluss 6 mit dem zweiten Anschluss 7 und an dem Schalter S2 der erste Anschluss 9 mit dem dritten Anschluss 11 verbunden sind und mithin die Referenzspule 2 ausgewählt ist, oder an dem Schalter S1 der erste Anschluss 6 mit dem dritten Anschluss 8 und an dem Schalter S2 der erste Anschluss 9 mit dem zweiten Anschluss 10 verbunden sind und mithin die erste und die zweite Messspule 1 und 3 in einer Reihenschaltung ausgewählt sind.
-
Nicht ausgewählte Spulen sind in diesen vier Schaltmöglichkeiten jeweils niederohmig überbrückt bzw. kurzgeschlossen.
-
In der vorgenannten Schaltungsanordnung dient die zweite Messspule 3 als eine Plausibilisierungsspule zur Plausibilitätsprüfung des erfassten Messwerts der ersten Messspule 1 derart, dass durch die zweite Messspule 3 ein anderer Teil des Stößelwegs in einem anderen Frequenzbereich und mit einer anderen Kennliniensteigung erfasst und unter Einbezug einer Toleranz in den Erfassungsbereich der ersten Messspule 1 umgerechnet wird, wobei die zweite Messspule 3 eine geringere Auflösung als die erste Messspule 1 benötigt und aufweist, solange diese für eine Aussage ”plausibel oder nicht plausibel” im Sinne von ”genügt Anforderungen” oder ”genügt Anforderungen nicht” hinreicht. In der Praxis sind bei einem Nutzfahrzeug mit einer Bremsdruckaussteuerung von 0 bis 10 bar, einer Pedalwegübersetzung von 1:6 bis 1:7, einem Gesamtweg der Stößelwegerfassung von 9 mm mit einem Leerweg von 0,75 mm und einem Stößelweg von 7 mm zwischen bremsdrucklos und maximalem Bremsdruck beispielsweise Plausibilisierungsbereiche von kleiner als ±0,5 mm darstellbar. Die Referenzspule 2 mit einem festen Spulenwert wird dann, wenn eine Abweichung des Referenzsignals zu einem kalibrierten Wert ermittelt und die Abweichung als Änderung bzw. Delta für die Messspulen übernommen wird, ebenfalls zur Plausibilisierung und zur Temperaturkompensation des Oszillators herangezogen.
-
Somit können Teilkurzschlüsse oder Nebenschlüsse der ersten Messspule 1 über die Erfassung mittels der zweiten Messspule 3 erfasst werden, in welchem Fall die erfassten bzw. umgerechneten Erfassungswertbereichs nicht mehr zueinander passen und damit die Plausibilität der Wegmessung verneint wird. Letztlich ist diese Anordnung jedoch nur bedingt redundant, da zum einen auch die zweite Messspule 3 fehlerhaft sein kann, bzw. aufgrund der Auslegung der zweiten Messspule 3 diese die erste Messspule 1 im Fehlerfall nicht ohne weiteres ersetzen kann.
-
Die in 2 gezeigte Ausführungsform daher nutzt anders als die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung zur Herstellung einer redundanten Erfassung mehrere in Reihe verschaltete Messspulen 1 bis X in demselben Reihenschwingkreis zur Erfassung mehrerer Wegsignale, wobei jeder einzelnen Messspule 1 bis X jeweils ein Schalter S1 bis SX derart parallel geschaltet ist, dass jeweils ein erster Anschluss einer Messspule mit einem ersten Anschluss eines dieser Messspule zugeordneten Schalters verbunden ist, und jeweils ein zweiter Anschluss der Messspule mit einem zweiten Anschluss des dieser zugeordneten Schalters verbunden ist.
-
Ferner ist der erste Anschluss der ersten Messspule 1, der mit dem ersten Anschluss des Schalters S1 verbunden ist, außerdem mit einem ersten Anschluss eines Kondensators bzw. einer Kapazität 14 verbunden, ist ein zweiter Anschluss des Kondensators 14 mit einem Eingang eines Ozillators bzw. Operationsverstärkers 15 verbunden, ist ein Ausgang des Oszillators 15 mit einem Eingang eines Schmitt-Triggers 16 verbunden, und ist der Ausgang des Oszillators 15 werter mit einem zweiten Anschluss des (letzten) Schalters SX und einem zweiten Anschluss der (letzten) Messspule X verbunden. Es wird angemerkt, dass die Funktionen des Oszillators 15 und des Schmitt-Triggers 16 dieselben sind wie diejenigen des Oszillators 5 und des Schmitt-Triggers 12 in 1.
-
In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist es durch geeignetes Ansteuern der Schalter S1 bis SX, beispielsweise durch einen Multiplexer oder im Falle von Analogschaltern eines Analog-Multiplexers, möglich, nur eine beliebige der Messspulen 1 bis X durch Schließen aller Schalter mit Ausnahme des der beliebigen der Messspulen zugeordneten einen Schalters auszuwählen und zu aktivieren (d. h., alle Messspulen mit Ausnahme einer gewünschten werden kurzgeschlossen), oder eine beliebige Kombination der Messspulen durch Schließen der Schalter der nicht zu dieser Kombination gehörenden Messspulen auszuwählen und zu aktivieren. Ferner kann eine dieser Messspulen 1 bis X oder eine zusätzliche Spule als Referenzspule zur Durchführung einer Temperaturkompensation und Plausibilisierung wie in der Schaltungsanordnung nach 1 ausgebildet sein.
-
Aufgrund des Schließens der den nicht zur Messung verwendeten Messspulen zugeordneten Schalter, d. h. des Überbrückens oder Kurzschließens dieser Messspulen, wird eine entsprechend niederohmige Gesamtanordnung unter Vermeidung einer Parallelstruktur erzielt, welche wesentlich verringerte Einkopplungen von den Oszillator 15 störenden Spannungen aufweist.
-
Ferner sind aufgrund der Vielzahl möglicher Messspulen, d. h. der Aufhebung der Beschränkung auf zwei Messspulen wie in 1, die Erfassung mehrerer Wegsignale, die Überwachung von Wertebereichen, in welchen die einzelnen Messspulen liegen müssen, und auch die Überwachung der Wertebereiche einzelnen Messspulen selbst möglich. Dies wiederum erlaubt es, Fehler der einzelnen Messspulen aufgrund der sich dann ändernden Frequenzänderung derselben festzustellen und redundant auf ein pneumatisches Backup- bzw. Reservesystem umzuschalten.
-
Es wird angemerkt, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nicht auf Stellglieder in Fußbremsmodulen elektronischer Bremssysteme von Nutzfahrzeugen beschränkt sind, sondern deren Einsatz und Verwendung in beliebigen Stellgliedern verwandter und/oder ähnlicher Anwendungsgebiete einer Stößelwegerfassung, beispielsweise in Getrieben und dergleichen, möglich sind.
-
Modifikationen, die zu der detaillierten Beschreibung der Erfindung hierin ähnlich sind, sind für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich und sind daher nicht als Abweichen von Gegenstand der Erfindung und Verlassen deren Schutzumfangs wie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert zu werten.
