DE102022206825A1 - Wheel speed sensor interface with Manchester protocol - Google Patents

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Abstract

Sensor (1) zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen einem Encoder (2), mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, und dem Sensor (1), wobei der Sensor (1) zumindest ein Sensorelement (11, 12) sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung (13) aufweist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten Sensorelementausgangssignal (S1,) des zumindest einen Sensorelements (11, 12) ein Bewegungssignal (S3, S4) bereitstellt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass wenigstens ein Bewegungsimpuls (A) pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt wird, wobei die Amplitude und/oder Signalstärke (i2, i3) des Bewegungsimpulses (A) abhängig ist von der durch den Sensor (1) erfassten Bewegungsrichtung des Encoders (2), wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie nach jedem Bewegungsimpuls (A) Zusatzimpulse (B) erzeugt, in welchen Zusatzinformationen codiert sind.Sensor (1) for detecting relative movements between an encoder (2), with a substantially periodic scale and/or pattern, and the sensor (1), the sensor (1) having at least one sensor element (11, 12) and a signal processing device (13), wherein the signal processing device (13) is designed such that it provides a movement signal (S3, S4) as a function of at least a first sensor element output signal (S1,) of the at least one sensor element (11, 12), wherein the signal processing device ( 13) is designed so that at least one movement pulse (A) is generated per detected scale division, the amplitude and / or signal strength (i2, i3) of the movement pulse (A) being dependent on the direction of movement of the encoder detected by the sensor (1). (2), wherein the signal processing device (13) is designed such that after each movement pulse (A) it generates additional pulses (B), in which additional information is encoded.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Sensor vorzuschlagen, welcher relativ kostengünstig und/oder robust und/oder präzise messend ist und/oder welcher eine relativ hohe Auflösung ermöglicht und/oder eine Dreh- bzw. Bewegungsrichtungsinformation bereitstellen kann bei relativ geringem Schaltungsaufwand.The invention is based on the object of proposing a sensor which is relatively inexpensive and/or robust and/or measures precisely and/or which enables a relatively high resolution and/or can provide rotation or movement direction information with relatively little circuitry effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Sensor gemäß Anspruch 1.This object is achieved according to the invention by the sensor according to claim 1.

Der Erfindung liegt vorzugsweise der Gedanke zu Grunde, dass der Sensor zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen einem Encoder, mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, und dem Sensor, wobei der Sensor zumindest ein Sensorelement sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten Sensorelementausgangssignal des zumindest einen Sensorelements ein Bewegungssignal bereitstellt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass wenigstens ein Bewegungsimpuls pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt wird, wobei die Amplitude und/oder Signalstärke des Bewegungsimpulses abhängig ist von der durch den Sensor erfassten Bewegungsrichtung des Encoders, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie nach jedem Bewegungsimpuls Zusatzimpulse erzeugt, in welchen, insbesondere optionale, Zusatzinformationen codiert sind, verwendet wird.The invention is preferably based on the idea that the sensor for detecting relative movements between an encoder, with a substantially periodic scale and/or pattern, and the sensor, wherein the sensor has at least one sensor element and a signal processing device, wherein the signal processing device so is designed to provide a motion signal as a function of at least a first sensor element output signal of the at least one sensor element, wherein the signal processing device is designed such that at least one motion pulse is generated per detected scale division, the amplitude and/or signal strength of the motion pulse being dependent on the Direction of movement of the encoder detected by the sensor, the signal processing device being designed such that after each movement pulse it generates additional pulses in which, in particular optional, additional information is encoded, is used.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass die Amplitude und/oder Signalstärke der Zusatzimpulse verschieden ist, insbesondere geringer, als die Amplitude und/oder Signalstärke des Bewegungsimpulses abhängig von der Bewegungsrichtung.It is preferred that the signal processing device is designed such that the amplitude and/or signal strength of the additional pulses is different, in particular smaller, than the amplitude and/or signal strength of the movement pulse depending on the direction of movement.

Die Signalverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Dauer des Bewegungsimpuls eine erste definierte Zeit aufweist und die Dauer der Zusatzimpulse jeweils eine zweite definierte Zeit aufweist.The signal processing device is preferably designed so that the duration of the movement pulse has a first defined time and the duration of the additional pulses each has a second defined time.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass die Zusatzimpulse wenigstens zwei, insbesondere drei, verschiedene Amplituden und/oder Signalstärken aufweisen können, wodurch pro Zusatzimpulse in Abhängigkeit der Amplituden und/oder Signalstärke und/oder der Phase des Zusatzimpulses 2 oder mehr Bits, insbesondere mindestens 3 Bit oder mehr, codiert werden können.It is preferred that the signal processing device is designed so that the additional pulses can have at least two, in particular three, different amplitudes and/or signal strengths, whereby 2 or more per additional pulse depending on the amplitudes and/or signal strength and/or the phase of the additional pulse Bits, in particular at least 3 bits or more, can be encoded.

Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt, dass mehrere Bewegungsimpulse pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt werden, insbesondere jeweils bei Erfassung von definierten Positionen innerhalb/ entlang einer Maßstabsteilung/ Maßstabsteilungslängen des Encoders, durch den Sensor.Preferably, the signal processing device is designed so that several movement pulses are generated per detected scale division, in particular when the sensor detects defined positions within/along a scale division/scale division lengths of the encoder.

Der Sensor ist vorzugsweise als Geschwindigkeitssensor und/oder Drehzahlsensor und/oder Winkelgeschwindigkeitssensor ausgebildet, insbesondere als Kurbelwellendrehzahlsensor oder Raddrehzahlsensor oder Getriebedrehzahlsensor oder Turboladerdrehzahlsensor.The sensor is preferably designed as a speed sensor and/or rotation speed sensor and/or angular velocity sensor, in particular as a crankshaft speed sensor or wheel speed sensor or transmission speed sensor or turbocharger speed sensor.

Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Sensorelement eine Brückenschaltung mit mindestens zwei Halbbrücken umfasst oder dass der Sensor mindestens zwei Sensorelemente aufweist, wobei die mindestens eine oder zwei Halbbrücken oder die mindestens zwei Sensorelemente jeweils ein Sensorelementausgangssignal bereitstellen, welches der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt wird.It is preferred that the at least one sensor element comprises a bridge circuit with at least two half-bridges or that the sensor has at least two sensor elements, wherein the at least one or two half-bridges or the at least two sensor elements each provide a sensor element output signal which is fed to the signal processing device.

Bevorzugt sind die Sensorelemente bzw. Halbbrücken so ausgebildet und/oder in dem Sensor angeordnet, dabei besonders bevorzugt innerhalb der Sensoranordnung gegenüber dem Encoder so angeordnet und ausgerichtet, dass die Sensorelementausgangssignale der mindestens beiden Sensorelemente bzw. Halbbrücken im Wesentlichen einen sinusförmigen bzw. cosinusförmigen zeitlichen Verlauf aufweisen, ganz besonders bevorzugt mit einem Phasenversatz von im Wesentlichen 90° zueinander.The sensor elements or half-bridges are preferably designed and/or arranged in the sensor, particularly preferably arranged and aligned within the sensor arrangement relative to the encoder in such a way that the sensor element output signals of the at least two sensor elements or half-bridges essentially have a sinusoidal or cosinusoidal time course have, very particularly preferably with a phase offset of essentially 90 ° to one another.

Das wenigstens eine Sensorelement ist vorzugsweise als Magnetfeldsensorelement ausgebildet, insbesondere als AMR-, also als anisotrop magnetoresistives, oder Hall- oder GMR-, also als giant magnetoresistives bzw. auf dem Riesenmagnetowiderstandsprinzip beruhendes Sensorelement, oder TMR-Sensorelement, also als tunnel magnetoresistives Sensorelement ausgebildet.The at least one sensor element is preferably designed as a magnetic field sensor element, in particular as an AMR, i.e. as an anisotropic magnetoresistive, or Hall or GMR, i.e. as a giant magnetoresistive sensor element or based on the giant magnetoresistive principle, or TMR sensor element, i.e. as a tunnel magnetoresistive sensor element .

Der Encoder, mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, ist bevorzugt als permanentmagnetisierter Encoder ausgebildet, insbesondere umlaufend aufweisend alternierend magnetisierte Poolpaare oder alternativ vorzugsweise als ferromagnetischer Zahnradencoder.The encoder, with a substantially periodic scale and/or pattern, is preferably designed as a permanently magnetized encoder, in particular having rotating alternating magnetized pool pairs or alternatively preferably as a ferromagnetic gear encoder.

Die Signalverarbeitungseinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass jede Schaltschwelle eine Hysterese umfasst.The signal processing device is preferably designed so that each switching threshold includes a hysteresis.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie eine eigenständige Bewertung der Drehrichtung/Bewegungsrichtung des Encoders relativ zum Sensor vornimmt.It is preferred that the signal processing device is designed so that it has a independently evaluates the direction of rotation/movement of the encoder relative to the sensor.

Die Bewegungsrichtung ist vorzugsweise als Drehrichtung definiert.The direction of movement is preferably defined as the direction of rotation.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass sie wenigstens eine Stromquelle aufweist und der Bewegungsimpuls als eingeprägtes Stromsignal erzeugt wird.It is preferred that the signal processing device is designed such that it has at least one current source and the movement pulse is generated as an impressed current signal.

Unter einer Signalverarbeitungseinrichtung wird vorzugsweise eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine frei programmierbare Schaltung verstanden.A signal processing device is preferably understood to mean a signal processing circuit and/or a freely programmable circuit.

Die Signalverarbeitungseinrichtung umfasst bevorzugt einen Mikrokontroller bzw. eine elektronische Schaltung mit definierter bzw. festgelegter Logik und/oder Signalverarbeitungsprozessen, welche/r zumindest einige oder sämtlicher Berechnungen und/oder Signalerzeugungen und/oder Anpassungen der Schwellwerte der Schaltschwellen durchführt und entsprechend ausgelegt ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das gewichtete Bewegungssignal als Sensorausgangssignal vom Sensor bereitgestellt wird.The signal processing device preferably comprises a microcontroller or an electronic circuit with defined or fixed logic and/or signal processing processes, which carries out at least some or all of the calculations and/or signal generation and/or adjustments of the threshold values of the switching thresholds and is designed accordingly. The signal processing device is preferably designed such that the weighted movement signal is provided by the sensor as a sensor output signal.

Der Sensor weist zweckmäßigerweise ein Kunststoffgehäuse auf, sowie wenigstens einen bzw. zwei Anschlüsse als Schnittstelle zum Anschluss an eine elektronische Kontrolleinheit eines Kraftfahrzeugsteuer- bzw. Regelungssystems. Der Sensor ist insbesondere als aktiver Sensor ausgebildet und wird mit elektrischer Energie über diese Schnittstelle versorgt.The sensor expediently has a plastic housing and at least one or two connections as an interface for connection to an electronic control unit of a motor vehicle control or regulation system. The sensor is designed in particular as an active sensor and is supplied with electrical energy via this interface.

Der Sensor ist bevorzugt so ausgebildet, dass er zur Erfassung von Drehbewegungen und/oder Linearbewegungen des Encoders relativ zum Sensor geeignet ist.The sensor is preferably designed so that it is suitable for detecting rotary movements and/or linear movements of the encoder relative to the sensor.

Unter dem einem Signalpegel wird vorzugsweise ein Signalwert und/oder eine Amplitude bzw. ein Amplitudenwert verstanden.A signal level is preferably understood to mean a signal value and/or an amplitude or an amplitude value.

Das Sensorelementausgangssignal ist vorzugsweise das Ausgangssignal des Sensorelements selber oder ein daraus direkt erzeugtes Rechtecksignal bzw. im Wesentlichen Rechtecksignal, insbesondere mittels wenigstens einer Verstärkerschaltung und/oder Schmitt-Trigger-Schaltung erzeugt.The sensor element output signal is preferably the output signal of the sensor element itself or a square-wave signal or essentially square-wave signal generated directly therefrom, in particular generated by means of at least one amplifier circuit and/or Schmitt trigger circuit.

Ein an den Sensor angeschlossenes Steuergerät bzw. eine elektronische Kontrolleinheit bzw. eine ECU decodiert vorzugsweise aus dem Sensorausgangssignal eine Drehrichtungsinformation und eine Geschwindigkeitsinformation, insbesondere hinsichtlich jeder Pegeländerung des Sensorausgangssignals.A control device or an electronic control unit or an ECU connected to the sensor preferably decodes direction of rotation information and speed information from the sensor output signal, in particular with regard to each level change in the sensor output signal.

Unter einer Zusatzinformation wird bevorzugt die eine Information über die Luftspaltabmessung bzw. Luftspaltlänge und/oder eine Fehlerinformation und/oder eine Positionszusatzinformation verstanden. Es sind beispielhaft auch weitere übliche Zusatzinformationen übertragbar/ codierbar.Additional information is preferably understood to mean information about the air gap dimension or air gap length and/or error information and/or additional position information. For example, other common additional information can also be transferred/coded.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Sensors als Raddrehzahlsensor in Kraftfahrzeugen.The invention also relates to the use of the sensor as a wheel speed sensor in motor vehicles.

Es zeigen in schematischer Darstellung

  • 1 ein Ausführungsbeispiel des Sensors, welcher an ein Steuergerät angeschlossen ist und
  • 2 beispielhafte Signalverläufe des Sensors.
Show it in a schematic representation
  • 1 an embodiment of the sensor, which is connected to a control device and
  • 2 Example signal curves of the sensor.

Anhand der 1 ist ein Sensor 1 veranschaulicht, dessen
Sensorelementhalbbrücken 11 und 12 jeweils das Magnetfeld des alternierend, permanentmagnetischen Encoders 2 erfassen, und so die Relativbewegung zwischen Encoder 2 und Sensor 1 sowie die Drehrichtung des Encoders 2 erfassen. Die Sensorelementausgangssignale S1, S2 der beiden Sensorelementhalbbrücken 11 und 12 werden Signalverarbeitungseinrichtung 13 bereitgestellt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 ist beispielgemäß so ausgelegt ist, dass sie jeweils wenigstens eine Schaltschwelle hinsichtlich des wenigstens ersten und zweiten Sensorelementausgangssignals aufweist, wobei im Wesentlichen jeweils pro erfasster Maßstabsteilung ein Bewegungsimpuls erzeugt wird, welche als Sensorausgangssignal vom Sensor 1 der ECU 3 bereitgestellt wird. Dieses Sensorausgangssignal ist von seiner Signalform und den Signalpegelwechseln direkt abhängig von der Relativbewegung zwischen Encoder 2 und Sensor 1 und weist beispielgemäß keine Signalkomponenten auf, welche ein einheitlich definierte, zeitlich feste Dauer haben.Based on 1 a sensor 1 is illustrated, whose
Sensor element half-bridges 11 and 12 each detect the magnetic field of the alternating, permanent-magnetic encoder 2, and thus detect the relative movement between encoder 2 and sensor 1 as well as the direction of rotation of encoder 2. The sensor element output signals S1, S2 of the two sensor element half bridges 11 and 12 are provided to the signal processing device 13. The signal processing device 13 is, for example, designed in such a way that it has at least one switching threshold with respect to the at least first and second sensor element output signals, wherein essentially a movement pulse is generated for each detected scale division, which is provided as a sensor output signal by the sensor 1 of the ECU 3. This sensor output signal is directly dependent on its signal shape and the signal level changes on the relative movement between encoder 2 and sensor 1 and, according to the example, does not have any signal components that have a uniformly defined, fixed-time duration.

2 zeigt beispielhafte Bewegungsimpulse. Dabei zeigt 2 a) einen Bewegungsimpuls bzw. Drehzahlimpuls A mit der Amplitude i2, codierend eine erste Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung, und der definierten festen Dauer t1, gefolgt von fünf Zusatzimpulsen B bzw. Zusatzinformationsimpulsen mit jeweils der Amplitude i1. 2 shows exemplary movement impulses. This shows 2a) a movement pulse or speed pulse A with the amplitude i2, encoding a first direction of movement or direction of rotation, and the defined fixed duration t1, followed by five additional pulses B or additional information pulses, each with the amplitude i1.

2 b) veranschaulicht einen Bewegungsimpuls A wie aus a) mit der zweiten Bewegungsrichtung, welche mittels der Amplitude i3 codiert ist. Auch diesem Bewegungsimpuls A folgen Zusatzimpulsen B bzw. Zusatzinformationsimpulsen mit jeweils der Amplitude i1. 2 B) illustrates a movement pulse A as in a) with the second direction of movement, which is coded using the amplitude i3. This movement pulse A is also followed by additional pulses B or additional information pulses, each with the amplitude i1.

Claims (6)

Sensor (1) zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen einem Encoder (2), mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, und dem Sensor (1), wobei der Sensor (1) zumindest ein Sensorelement (11, 12) sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung (13) aufweist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten Sensorelementausgangssignal (S1,) des zumindest einen Sensorelements (11, 12) ein Bewegungssignal (S3, S4) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass wenigstens ein Bewegungsimpuls (A) pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt wird, wobei die Amplitude und/oder Signalstärke (i2, i3) des Bewegungsimpulses (A) abhängig ist von der durch den Sensor (1) erfassten Bewegungsrichtung des Encoders (2), wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie nach jedem Bewegungsimpuls (A) Zusatzimpulse (B) erzeugt, in welchen, insbesondere optionale, Zusatzinformationen codiert sind.Sensor (1) for detecting relative movements between an encoder (2), with a substantially periodic scale and/or pattern, and the sensor (1), the sensor (1) having at least one sensor element (11, 12) and a signal processing device (13), wherein the signal processing device (13) is designed such that it provides a movement signal (S3, S4) depending on at least a first sensor element output signal (S1,) of the at least one sensor element (11, 12), characterized in that the signal processing device (13) is designed such that at least one movement pulse (A) is generated per detected scale division, the amplitude and/or signal strength (i2, i3) of the movement pulse (A) being dependent on that detected by the sensor (1). Direction of movement of the encoder (2), the signal processing device (13) being designed such that after each movement pulse (A), it generates additional pulses (B), in which, in particular optional, additional information is encoded. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass die Amplitude und/oder Signalstärke (i1) der Zusatzimpulse (B) verschieden ist, insbesondere geringer, als die Amplitude und/oder Signalstärke (i2, i3) des Bewegungsimpulses (A) abhängig von der Bewegungsrichtung.Sensor after Claim 1 , characterized in that the signal processing device (13) is designed such that the amplitude and / or signal strength (i1) of the additional pulses (B) is different, in particular less, than the amplitude and / or signal strength (i2, i3) of the movement pulse ( A) depending on the direction of movement. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass die Dauer des Bewegungsimpuls (A) eine erste definierte Zeit aufweist und die Dauer der Zusatzimpulse (B) jeweils eine zweite definierte Zeit aufweist.Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed such that the duration of the movement pulse (A) has a first defined time and the duration of the additional pulses (B) each has a second defined time. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass die Zusatzimpulse (B) wenigstens zwei, insbesondere drei, verschiedene Amplituden und/oder Signalstärken aufweisen können, wodurch pro Zusatzimpulse in Abhängigkeit der Amplituden und/oder Signalstärke und/oder der Phase des Zusatzimpulses 2 oder mehr Bits, insbesondere 3 Bit oder mehr, codiert werden können.Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed such that the additional pulses (B) can have at least two, in particular three, different amplitudes and / or signal strengths, whereby per additional pulses depending on the amplitudes and / or signal strength and / or the phase of the additional pulse 2 or more bits, in particular 3 bits or more, can be coded. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass mehrere Bewegungsimpulse (A) pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt werden, insbesondere jeweils bei Erfassung von definierten Positionen innerhalb/ entlang einer Maßstabsteilung/ Maßstabsteilungslängen des Encoders, durch den Sensor.Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed such that several movement pulses (A) are generated per detected scale division, in particular when detecting defined positions within/along a scale division/scale division lengths of the encoder, through the sensor. Verwendung des Sensors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Raddrehzahlsensor in einem Kraftfahrzeug.Use of the sensor according to at least one of the preceding claims as a wheel speed sensor in a motor vehicle.
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