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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Drehzahlsensors, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Sensor mit der Steuervorrichtung.
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Aus der
DE 10 2011 080 789 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, in dem Raddrehzahlsensoren zur Erfassung der Raddrehzahl der einzelnen Räder verbaut sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung der Raddrehzahlen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Überwachen eines Drehzahlsensors, der eingerichtet ist, eine Drehzahl zu erfassen und in Pulsen eines periodischen Ausgangssignals moduliert auszugeben die Schritte Erfassen des periodischen Ausgangssignals des Drehzahlsensors und Plausibilisieren des Ausgangssignals basierend auf einem Größenvergleich wenigstens drei aufeinanderfolgender Pulse.
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Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Drehzahlsensor, wie beispielsweise der eingangs genannte Raddrehzahlsensor seine erfasste Drehzahl in Pulsen eines periodischen Signals moduliert ausgeben könnte. Das heißt, dass zum Senden der Drehzahl die einzelnen Pulse des periodischen Signals in Abhängigkeit der Drehzahl, beispielsweise hinsichtlich der Pulsdauer und/oder der Amplitude verformt werden. Empfängerseitig kann dann unter Kenntnis der angewandten Verformungsregel die Drehzahl aus dem verformten periodischen Signal ausgelesen, also demoduliert werden.
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Treten jedoch bei der Erfassung der Drehzahl, bei der Modulation oder bei der Übertragung des modulierten periodischen Signals auf, so kann der Empfänger ohne das Einfügen zusätzlicher redundanter Informationen nicht erkennen, ob die Drehzahl in dem modulierten periodischen Signal richtig oder falsch ist. Wird die Drehzahl selbst falsch erfasst, hilft hier das Einfügen redundanter Informationen überhaupt nicht weiter.
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Im Rahmen des angegebenen Verfahrens wird hier ein anderer Weg eingeschlagen, im Rahmen dessen die empfangene Drehzahl basierend auf einem Größenvergleich der einzelnen Pulse des periodischen Signals plausibilisiert wird. Diesem Vorschlag liegt der Gedanke zugrunde, dass sich die erfasste Drehzahl nicht schlagartig um beliebige Werte ändern kann. Folglich kann sich auch die Form der Pulse nicht schlagartig ändern.
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Das Betrachten wenigstens dreier aufeinanderfolgender Pulse hat den Hintergrund, dass zwei Pulse – ein positiver Puls und ein negativer Puls – in dem periodischen Signal eine Periode formen. Innerhalb dieser Periode kann es modulationsbedingt zu schlagartigen Änderungen in der Pulsform kommen. Der nächste, dritte Puls muss dann aber vom ersten Puls aufgrund der Beschränkung der Drehzahländerung ab.
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Das angegebene Verfahren ist besonders hilfreich, wenn zur Demodulation der Drehzahl aus dem periodischen Signal die Form der Pulse selbst nicht betrachtet wird. Dies ist beispielsweise in dem eingangs genannten Raddrehzahlsensor der Fall, in dem beispielsweise nur die Nullstellen über einen vorbestimmten Zeitraum gezählt werden könnten, um auf die zu erfassende Raddrehzahl zu schließen. Fehlerhafte Pulse, wie sie beispielsweise beim Flippen des Raddrehzahlsensors – also bei der Addition von fehlerhaften Induktionsspannungskomponenten im Rahmen einer fehlerhaften Ausrichtung des Lesekopfes des Raddrehzahlsensors – auftreten können, würden hier zu einer Vervielfachung der Raddrehzahl führen, die bei der eingangs genannten Fahrdynamikregelung zu sicherheitskritischen Zuständen führen könnte.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist der Drehzahlsensor ein linearisierter magnetoresistiver Sensor. Unter einen magnetoresistiven Drehzahlsensor soll ein Sensor fallen, der einen Messaufnehmer mit einem sich in Abhängigkeit eines angelegten magnetischen Feldes ändernden elektrischen Widerstand aufweist, wenn der Messaufnehmer dem Magnetfeld eines sich bewegenden magnetischen Geberelementes ausgesetzt ist. Der magnetoresistive Drehzahlsensor kann auf jede beliebige Weise linearisiert sein. So kann der magnetoresistive Sensor beispielsweise in Form einer an sich bekannten Barberpole-Struktur aufgebaut sein. Alternativ ist es auch möglich, dass der magnetoresistive Messaufnehmer eine nicht geradlinig verlaufende Form aufweist, im Rahmen derer der elektrische Strom durch den magnetoresistiven Messaufnehmer um einen Winkel um die easy axis des magnetoresistiven Messaufnehmers gedreht wird.
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Der Weiterbildung des Verfahrens liegt die Überlegung zugrunde, dass das oben genannte Flippen in einem linearisierten magnetoresistiven Drehzahlsensor besonders schwierig zu handhaben ist. Der eigentliche Hintergrund eines linearisierten magnetoresistiven Drehzahlsensors ist die Ausgabe eines sinusförmigen Signals, bei dem zur Auswertung der Drehzahl lediglich die Schaltflanken der oben genannten Pulse aus dem Messaufnehmer betrachtet werden müssen. Die Linearisierung setzt jedoch einen exakt auf das Geberelement ausgerichteten magnetoresistiver Messaufnehmer voraus. In einem linearisierten magnetoresisitven Drehzahlsensor mit einem nicht exakt ausgerichteten magnetoresistiven Messaufnehmer würden sonst ungewollte Magnetfeldanteile zu Pulsen führen, die die erfasste Drehzahl in ungewollter Weise erhöhen. Diese ungewollten Pulse unterscheiden sich jedoch in ihrer Form von den eigentlich beabsichtigten Pulsen und können durch das angegebene Verfahren daher erkannt werden.
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In einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird zum Plausibilisieren ein Abstand zwischen Schnittstellen der aufeinanderfolgenden Pulse mit einer vorbestimmten Amplitudenschwelle verglichen. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass die zu einer höheren Drehzahl führenden Signalanteile in dem periodischen Signal eine entsprechend kürzere Periodendauer aufweisen sollten. Diese kürzere Periodendauer kann durch einen Vergleich der Schnittstellenabstände ermittelt werden.
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Die Amplitudenschwelle kann auf jeden beliebigen Wert, also beispielsweise auch Null gesetzt werden, so dass als Schnittstelle die Nullstellen betrachtet werden. Besonders bevorzugt wird als Amplitudenschwelle ein von Null verschiedener Wert gewählt, weil so Rauschanteile bei der Erfassung der Drehzahl ausgeblendet werden können.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens kann zum Plausibilisieren eine Amplitude der aufeinanderfolgenden Pulse verglichen werden. Der Amplitudenvergleich bietet eine alternative oder zusätzliche Informationsquelle, um das Ausgangssignal zu plausibilisieren, wodurch die Zuverlässigkeit der Plausibilisierung gesteigert werden kann.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens schlägt die Plausibilisierung fehl, wenn ein Abstand der Schnittstellen und/oder die Amplitude über ein vorbestimmtes Maß hinaus schwanken. Dieser Abstand kann beispielsweise in der oben erwähnten Weise auf einen Wert gesetzt, bei dem eine sich aus dem modulierten periodischen Signal ergebende Drehzahlschwankung physikalisch unplausibel wäre.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens weist jeder Puls im Ausgangssignal eine Pulsdauer und eine Amplitude auf und die Plausibilisierung des Ausgangssignals erfolgt basierend auf Zuordnungen zwischen den Pulsdauern und den Amplituden der wenigstens drei aufeinanderfolgender Pulse. Auf diese Weise erfolgt die Plausibilisierung doppelt, so dass das Plausibilisierungsergebnis gesicherter ermittelt und Fehlentscheidungen im Rahmen des angegebenen Verfahrens vermieden werden können.
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In einer noch anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Ausgeben eines Fehlersignals, wenn die Plausibilisierung fehlschlägt. Auf diese Weise können nachgeschaltete Auswerteeinrichtungen, wie beispielsweise die eingangs genannte Fahrdynamikeinrichtung informiert werden, das ausgegebene periodische Signal mit der Drehzahlinformation nicht zu verwenden, weil die offensichtlich Information falsch ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Drehzahlsensor basierend auf dem Fehlersignal in einen eindeutigen Fehlerzustand überführt werden. Dieser Fehlerzustand kann beispielsweise bis zu seiner nächsten Wartung gehalten werden, um dem Wartungspersonal bei der Fehlerfindung zu helfen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist eines angegebenen Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Sensor eine der angegebenen Steuervorrichtungen.
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In einer besonderen Weiterbildung ist der angegebene Sensor ein Raddrehzahlsensor.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug einen angegebenen Raddrehzahlsensor.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einer Fahrdynamikregelung,
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2 eine schematische Ansicht eines Drehzahlsensors in der Fahrdynamikregelung der 1,
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3 einen zeitlichen Verlauf eines Drehzahlgebersignals des Drehzahlsensors der 2 und
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4 einen zeitlichen Verlauf eines Ausgangssignals des Drehzahlsensors der 2 zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf
1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges
2 mit einer an sich bekannten Fahrdynamikregelung zeigt. Details zu dieser Fahrdynamikregelung können beispielsweise der
DE 10 2011 080 789 A1 entnommen werden.
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Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 4 und vier Räder 6. Jedes Rad 6 kann über eine ortsfest am Chassis 4 befestigte Bremse 8 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen.
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Dabei kann es in einer dem Fachmann bekannten Weise passieren, dass das die Räder 6 des Fahrzeugs 2 ihre Bodenhaftung verlieren und sich das Fahrzeug 2 sogar von einer beispielsweise über ein nicht weiter gezeigtes Lenkrad vorgegebenen Trajektorie durch Untersteuern oder Übersteuern wegbewegt. Dies wird durch an sich bekannte Regelkreise wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) vermieden.
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In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dafür Drehzahlsensoren 10 an den Rädern 6 auf, die eine Drehzahl 12 der Räder 6 erfassen. Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Inertialsensor 14 auf, der Fahrdynamidaten 16 des Fahrzeuges 2 erfasst aus denen beispielsweise eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise ausgegeben werden kann.
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Basierend auf den erfassten Drehzahlen 12 und Fahrdynamikdaten 16 kann eine Auswertevorrichtung in Form eines Reglers 18 in einer dem Fachmann bekannten Weise bestimmen, ob das Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn rutscht oder sogar von der oben genannten vorgegebenen Trajektorie abweicht und entsprechen mit einem an sich bekannten Reglerausgangssignal 20 darauf reagieren. Das Reglerausgangssignal 20 kann dann von einer Stelleinrichtung 22 verwendet werden, um mittels Stellsignalen 24 Stellglieder, wie die Bremsen 8 anzusteuern, die auf das Rutschen und die Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie in an sich bekannter Weise reagieren.
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Der Regler 18 kann beispielsweise in eine an sich bekannte Motorsteuerung des Fahrzeuges 2 integriert sein. Auch können der Regler 18 und die Stelleinrichtung 22 als eine gemeinsame Regeleinrichtung ausgebildet und optional in die zuvor genannte Motorsteuerung integriert sein.
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Anhand einer in 1 gezeigten Drehzahlsensoren 10 soll die vorliegende Erfindung näher verdeutlicht werden, auch wenn die vorliegende Erfindung an beliebigen Sensoren, wie beispielsweise dem Inertialsensor 14 umsetzbar ist.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht einer der Drehzahlsensoren 10 in der Fahrdynamikregelung der 1 zeigt.
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Der Drehzahlsensor 10 ist in der vorliegenden Ausführung als aktiver Drehzahlsensor ausgeführt, der eine drehfest am Rad 6 befestigte Encodersscheibe 25 und einen ortsfest zum Chassis 4 befestigen Lesekopf 28 umfasst.
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Die Encoderscheibe 26 besteht in der vorliegenden Ausführung aus aneinandergereihten Magnetnordpolen 30 und Magnetsüdpolen 32, die gemeinsam ein nicht weiter dargestelltes Gebermagnetfeld erregen. Dreht sich die am Rad 6 befestigte Encoderscheibe 26 mit diesem in eine Drehrichtung 34, dreht sich das Gebermagnetfeld so mit.
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Der Lesekopf 28 umfasst in der vorliegenden Ausführung ein magnetoresistives Element 35 und einen Stützmagneten 36. Das magnetoresistive Element 35 ändert in Abhängigkeit der Winkellage des vom Encoderrad 26 erregten Gebermagnetfeldes seinen elektrischen Widerstand. Diese Änderung des elektrischen Widerstandes hängt in an sich bekannter Weise nicht linear vom der Winkellage des Encoderrades 26 ab. Würde sich das Encoderrad 26 drehen, würde sich der elektrische Widerstand des magnetoresistiven Elementes 35 mit einem quadratischen Sinusverhalten ändern, was jedoch mit einem gewissen Auswerteaufwand verbunden wäre.
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Zur Linearisierung der nichtlinearen Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes des magnetoresistiven Elementes
35 von der Winkellage des Encoderrades
26 ist der Stützmagnet
36 am magnetoresistiven Element
35 vorgesehen. Ein fom Stützmagneten
36 erregtes Stützmagnetfeld ist orthogonal zu den Magnetpolen
30,
32 des Encoderrades
26 angeordnet. Das Stützmagnetfest des Stützmagneten
36 weist in Drehrichtung
34 gesehen eine Radialkomponente
37 und eine Tangentialkomponente
38 auf. Ein Raddrehzahlsensor mit einem derartigen linearisierendem Element ist unter dem Begriff Barberpole-Aufbau bekannt und beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2006 036 197 A1 näher beschrieben.
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Während die die Tangentialkomponente 38 die oben genannte Linearisierung des elektrischen Widerstandes des magnetostriktiven Elementes 35 und damit einen sinusförmigen Verlauf des elektrischen Widerstandes bei der Drehung des Encoderrades 26 in die Drehrichtung 34 bewirkt, stört die Radialkomponente 37 diesen sinusförmigen Verlauf. Daher ist muss der Einfluss der Radialkomponente 37 durch eine mittige Ausrichtung des Lesekopfes 28 und damit des magnetostriktiven Elementes 35 über den Magnetpolen 30, 32 des Encoderrades 26 eliminiert werden. Solange diese Voraussetzung erfüllt ist, ist eine sinusförmige Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes des magnetoresisitiven Elementes 35 von der Winkellage des Encoderrades 26 in die Drehrichtung 34 gegeben.
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Zur Erfassung der Drehzahl
12 braucht dann nur noch die Änderung der Winkellage des Encoderrades und damit die Änderung des elektrischen Widerstandes magnetoresistiven Elementes
35 erfasst werden. Dazu kann das magnetoresistive Element
35 in an sich bekannter Weise an eine nicht weiter dargestellte Widerstandsmessschaltung, wie beispielsweise eine an sich bekannte Brückenschaltung angeschlossen werden. In Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes des magnetstriktiven Elements
35 wird in der Widerstandsmessschaltung ein periodisches Ausgangssignal, nachstehend Drehzahlgebersignal
39 genannt, erzeugt, das in
3 näher dargestellt ist. Basierend auf dem Drehzahlgebersignale
39 kann in an sich bekannter Weise in einer dem Lesekopf
28 nachgelagerten Signalaufbereitungsschaltung
40 ein von der Drehzahl
12 abhängiges und in
4 gezeigtes Pulssignal
42 erzeugt und an den Regler
18 ausgeben. Hierzu und zu weiteren Hintergrundinformationen zu aktiven Raddrehzahlsensoren wird auf den einschlägigen Stand der Technik, wie beispielsweise die
DE 101 46 949 A1 verwiesen.
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Es wird auf 3 Bezug genommen, die in einer gestrichelten Linie den Verlauf einer Signalamplitude 44 des Drehzahlgebersignals 39 des Drehzahlsensors 12 der 2 über die Zeit 46 zeigt.
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Das Drehzahlgebersignal 39 ist vom oben genannten sinusförmigen Verlauf des elektrischen Widerstandes des magnetoresistiven Elementes 35 abhängig. Bei der Einführung geeigneter Amplitudenschwellen 48 kann die zu erfassende Drehzahl 12 beispielsweise durch Zählen von in 3 gezeigter Schnittstellen 50, an denen das Drehzahlgebersignal 39 die Amplitudenschwellen 48 schneidet, über einen vorbestimmten Zeitraum bestimmt werden. Dieses Zählen wird dem Regler 18 durch die Ausgabe von Pulsen 52 in dem Pulssignal 42 ermöglicht, die basierend auf den oben genannten Schnittstellen 50 generiert werden. Dabei werden die Pulse 52 derart generiert, dass eine Schnittstelle 50 an einer oberen Amplitudenschwelle 48 mit einer positiven Schaltflanke 54 in dem Drehzahlgebersignal 39 einen Puls 52 startet und eine Schnittstelle an einer unteren Amplitudenschwelle 48 mit einer negativen Schaltflanke 56 in dem Drehzahlgebersignal 39 den Puls 52 beendet.
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Die so erzeugten Pulse 52 in dem Pulssignal 42 sind in 4 näher dargestellt, die den Verlauf einer Signalamplitude 44 des Pulssignals 42 des Drehzahlsensors 12 der 2 über die Zeit 46 zeigt.
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Ist das magnetoresistive Element 35 jedoch entgegen der oben genannten Voraussetzung radial nicht exakt über den Magnetpolen 30, 32 der Encoderscheibe 26 ausgerichtet, dann beginnt die Radialkomponente 37 des oben genannten magnetischen Stützfeldes des Stützmagneten 36 ebenfalls auf den elektrischen Widerstand des magnetoresistiven Elements 35 Einfluss zu nehmen. Dieser Einfluss lässt sich in dem Drehzahlgebersignal 39 erkennen, das unter Einfluss der Radialkomponente 37 nachstehend als fehlerhaftes Drehzahlgebersignal 39‘ bezeichnet werden soll und in 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Radialkomponente 37 macht sich in dem fehlerhaften Drehzahlgebersignal 39‘ durch zusätzliche Sinusschwingungen 58 bemerkbar, die bei der Auswertung der Drehzahl 12 zusätzliche positive Schaltflanken 54 und negative Schaltflanken 56 darstellen und zu einer doppelt so hohen Drehzahl 12 führen, als im Falle eines exakt ausgerichteten magnetostriktiven Elements 35 über den Magnetpolen 30, 32 der Encoderscheibe 28. Von diesen zusätzlichen Sinusschwingungen 58 sind in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen. In der eingangs genannten Fahrdynamikregelung würde diese doppelt so hohe Drehzahl 12, die nur an einem einzelnen der Räder 6 gemessen wird, zu einem sicherheitskritischen Zustand führen.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführung wird daher die Lage der einzelnen zuvor genannten Schnittstellen 50, die für das fehlerhafte Drehzahlgebersignal 39‘ nachstehend analog mit dem Bezugszeichen 50‘ versehen werden, plausibilisiert.
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Diese Plausibilisierung kann basierend auf der Annahme durchgeführt werden, dass die Abstände der Schnittstellen 50 bei einer konstanten Drehzahl 12 ebenfalls im Wesentlichen gleich weit beabstandet sein müssen. Selbst wenn die Drehzahl 12 zu- oder abnimmt, kann sich der Abstand der Schnittstellen 50 nicht schlagartig ändern, weil sich auch die Drehzahl 12 nicht schlagartig ändern kann. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Abstände bei dem fehlerfreien Drehzahlgebersignal 39 in 3 nicht weiter referenziert.
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Bei dem fehlerhaften Drehzahlgebersignal 39‘ hingegen springen die Abstände 60. Dieses Springen kann beispielsweise in der Signalaufbereitungsschaltung 40 erkannt und entsprechend in dem Pulssignal 42 durch Ausgabe eines besonderen Pulszustandes 62 angedeutet werden, so dass der Regler 18 entsprechend auf das fehlerhafte Drehzahlgebersignal 39 reagieren kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann zur Erkennung des fehlerhaften Drehzahlgebersignals 39‘ auch das Muster der Drehzahlgebersignale 39 analysiert werden. Wie in 3 erkennbar folgt auf zwei Drehzahlgeberpulse 64 mit kleinen Amplituden ein großer Drehzahlgeberpuls 66 mit einer großen Amplitude. Von diesen Drehzahlgeberpulsen 64, 66 sind in 3 nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen. Wird ein derartiges Muster erkannt, kann auf den zuvor beschriebenen Fehler hinsichtlich der nicht exakten Ausrichtung des magnetoresistiven Elements 35 entschieden werden.
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In derselben Weise können alternativ oder zusätzlich auch die Extremwerte, also die Amplituden der Drehzahlgeberpulse 64, 66 ausgewertet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011080789 A1 [0002, 0033]
- DE 102006036197 A1 [0044]
- DE 10146949 A1 [0046]