DE102023100075A1 - Speed measuring device and method for operating the same - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlmessvorrichtung (1), welche beispielsweise an einem Fahrzeug, wie etwa einem Kraftfahrzeug, zur Messung von Drehzahlen nutzbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit dieser Drehzahlmessvorrichtung. Gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Drehzahlmessvorrichtung (1) eine Radarvorrichtung (2) aufweist, dass die Radarvorrichtung (2) einen Radarsender (3a), einen Radarempfänger (3b) und eine elektronische Auswerteeinheit (4) aufweist, dass die Auswerteeinheit (4) zur drehzahlbezogenen Auswertung eines von dem Radarsender (3a) gesendeten und von einem Messobjekt (10) zu dem Radarempfänger (3b) zurückreflektierten Radarsignals (8) ausgebildet ist, und dass das Messobjekt (10) um eine Drehachse (17) drehbar angeordnet ist sowie an seiner Oberfläche Radarstrahlen reflektierende und/oder Radarstrahlen absorbierende Elemente (11) und/oder solche Strukturen aufweist.The invention relates to a speed measuring device (1) which can be used, for example, on a vehicle, such as a motor vehicle, to measure speeds. The invention also relates to a method for operating such a measuring device and to a vehicle with this speed measuring device. According to the invention, the speed measuring device (1) has a radar device (2), the radar device (2) has a radar transmitter (3a), a radar receiver (3b) and an electronic evaluation unit (4), the evaluation unit (4) is designed for speed-related evaluation of a radar signal (8) sent by the radar transmitter (3a) and reflected back from a measurement object (10) to the radar receiver (3b), and the measurement object (10) is arranged so as to be rotatable about an axis of rotation (17) and has elements (11) and/or structures such as these on its surface which reflect and/or absorb radar beams.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlmessvorrichtung, welche beispielsweise an einem Fahrzeug, wie etwa einem Kraftfahrzeug, zur Messung von Drehzahlen nutzbar ist. Solche Drehzahlen können zum Beispiel Raddrehzahlen, Getriebedrehzahlen und/oder Motordrehzahlen sein. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit derselben.The invention relates to a speed measuring device which can be used, for example, on a vehicle, such as a motor vehicle, to measure speeds. Such speeds can be, for example, wheel speeds, transmission speeds and/or engine speeds. The invention also relates to a method for operating such a measuring device and a vehicle with the same.

Drehzahlmessvorrichtungen werden in Fahrzeugen, wie beispielsweise Nutzkraftwagen, Personenkraftwagen und Fahrzeugkombinationen mit Zugfahrzeug und Anhängefahrzeug oder Anhängegerät unter anderem zur Ermittlung von Raddrehzahlen, Getriebewellendrehzahlen und Motorwellendrehzahlen genutzt. Die ermittelten Drehzahlinformationen werden im Antriebsstrang des Fahrzeugs beispielsweise zur Antriebssteuerung der angetriebenen Fahrzeugräder und/oder zur Schaltsteuerung eines automatischen oder automatisierten Schaltgetriebes benötigt.Speed measuring devices are used in vehicles such as commercial vehicles, passenger cars and vehicle combinations with a towing vehicle and trailer or trailer device, among other things, to determine wheel speeds, transmission shaft speeds and engine shaft speeds. The speed information determined is required in the vehicle's drive train, for example, to control the drive of the driven vehicle wheels and/or to control the gear shift of an automatic or automated manual transmission.

Drehzahlmessvorrichtungen für Fahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie arbeiten bisher mit zumindest einem Drehzahlsensor, welcher ein induktives Messprinzip, ein auf dem Hall-Effekt beruhendes Messprinzip oder ein anders magnetische Messprinzip nutzt. Der Drehzahlsensor ist dabei mit einem Fahrzeugbauteil, beispielsweise einem Radkasten, fest verbunden. Zur Drehzahlmessvorrichtung gehört auch ein Inkrementenrad, welches an dem drehbaren Messobjekt, beispielsweise an einer Radnabe eines Fahrzeugrades oder einer Welle direkt oder indirekt befestigt ist. Das Inkrementenrad weist zudem eine Teilung in Form von Zähnen, Löchern oder ähnlichen Strukturen auf.Speed measuring devices for vehicles are known in various designs. They currently work with at least one speed sensor, which uses an inductive measuring principle, a measuring principle based on the Hall effect or another magnetic measuring principle. The speed sensor is firmly connected to a vehicle component, for example a wheel housing. The speed measuring device also includes an increment wheel, which is directly or indirectly attached to the rotating measuring object, for example to a wheel hub of a vehicle wheel or a shaft. The increment wheel also has a division in the form of teeth, holes or similar structures.

Eine bekannte Bauform eines Drehzahlsensors ist der induktive Sensor. Ein induktiver Drehzahlsensor besteht aus einem Permanentmagneten und einem von einer Induktionsspule umgebenen weichmagnetischen Polstift. Der Polstift steht einem Inkrementenrad in Form eines ferromagnetischen Zahnrades unmittelbar gegenüber. Bei einer Drehung des Inkrementenrades bewegen sich unterschiedliche Bestandteilen des Zahnrades an dem Polstift vorbei. Dadurch wird eine zeitliche Änderung eines Magnetflusses in der Induktionsspule verursacht, wodurch dort eine sich ändernde elektrische Spannung induziert wird. Als Ausgangssignal des Drehzahlsensors werden zeitlich beabstandete Drehzahlimpulse erzeugt, mittels denen die Drehzahl des Zahnrades bestimmt werden kann. Die Amplitude des Ausgangssignals nimmt allerdings mit sinkender Drehzahl stark ab, sodass dieser Drehzahlsensor für sehr kleine Drehzahlen nicht geeignet ist. Zudem kann ein solcher Drehzahlsensor nicht zwischen Drehzahlimpulsen und Schwankungen in der Größe des Luftspaltes zwischen dem Polstift und dem Zahnrad unterscheiden. Daher benötigt solch ein Drehzahlsensor einen sehr kleinen Luftspalt zwischen dem Polstift und dem Inkrementenrad im Bereich von einem Millimeter sowie eine geringe Fertigungstoleranz bei der Einstellung dieses Luftspaltes. Luftspaltunterschiede aufgrund von Fertigungstoleranzen führen daher zu einer relativ ungenauen Drehzahlmessung. Derartige Drehzahlmessvorrichtungen sind jedoch vergleichsweise kostengünstig herstellbar, da der Sensor keine elektronische Schaltung benötigt, um ein drehzahlabhängiges Ausgangssignal zu erzeugen.A well-known type of speed sensor is the inductive sensor. An inductive speed sensor consists of a permanent magnet and a soft magnetic pole pin surrounded by an induction coil. The pole pin is directly opposite an increment wheel in the form of a ferromagnetic gear. When the increment wheel rotates, different components of the gear move past the pole pin. This causes a temporal change in the magnetic flux in the induction coil, which induces a changing electrical voltage there. The output signal of the speed sensor is generated in the form of time-spaced speed pulses, which can be used to determine the speed of the gear. However, the amplitude of the output signal decreases sharply as the speed decreases, so this speed sensor is not suitable for very low speeds. In addition, such a speed sensor cannot distinguish between speed pulses and fluctuations in the size of the air gap between the pole pin and the gear. Therefore, such a speed sensor requires a very small air gap between the pole pin and the increment wheel in the range of one millimeter as well as a small manufacturing tolerance when setting this air gap. Air gap differences due to manufacturing tolerances therefore lead to a relatively inaccurate speed measurement. However, such speed measuring devices can be manufactured relatively inexpensively because the sensor does not require an electronic circuit to generate a speed-dependent output signal.

Aufgrund der genannten Nachteile werden für die Messung von Raddrehzahlen, Getriebedrehzahlen und/oder Motordrehzahlen heute bevorzugt Magnetsensoren eingesetzt, bei denen die Amplitude des Ausgangssignals nicht von der Drehzahl abhängt. Diese Eigenschaft einer drehzahlunabhängigen Signalamplitude besitzen Hall-Sensoren, da diese nach einem magnetostatischen Prinzip arbeiten. Herkömmliche Hall-Sensoren ermöglichen Luftspalte zwischen einem Sensorkopf und dem drehenden Bauteil von bis zu 3 mm.Due to the disadvantages mentioned above, magnetic sensors are now preferred for measuring wheel speeds, transmission speeds and/or engine speeds, as the amplitude of the output signal does not depend on the speed. Hall sensors have this property of a speed-independent signal amplitude because they work according to a magnetostatic principle. Conventional Hall sensors allow air gaps of up to 3 mm between a sensor head and the rotating component.

Die erwähnten Drehzahlsensoren haben sich zwar bewährt, jedoch haben sie alle den Nachteil, dass der Luftspalt zwischen dem rotierenden Messobjekt und dem Sensor im Millimeterbereich doch sehr klein sein muss. Die Qualität des Messsignals hängt dabei stark von der Einhaltung des vorgegebenen Luftspalts ab. In einigen Fällen können sogar andere Magnetfelder die erzeugten Drehzahlsignale stören. Die Installation dieser bekannten Sensoren ist hinsichtlich Baugröße und Einbauort relativ unflexibel. Zudem sind Drehzahlmessvorrichtungen mit den bekannten Sensoren in Fahrzeugen häufig mechanischen Belastungen, Temperaturschwankungen, Verschmutzungen und Feuchte ausgesetzt. Durch den lediglich kleinen zulässigen Luftspalt der bekannten Drehzahlmessvorrichtungen sind die Möglichkeiten bei der Konstruktion des Einbauraums, beispielsweise die Gestaltung einer Radaufhängung oder einer Getriebestruktur, eingeschränkt. Zudem ist der Montageaufwand zur Anbringung des Drehzahlsensors aufgrund des notwendigen kleinen Luftspaltes sehr aufwendig.The speed sensors mentioned have proven themselves, but they all have the disadvantage that the air gap between the rotating measuring object and the sensor must be very small in the millimeter range. The quality of the measurement signal depends heavily on compliance with the specified air gap. In some cases, other magnetic fields can even interfere with the speed signals generated. The installation of these known sensors is relatively inflexible in terms of size and installation location. In addition, speed measuring devices with the known sensors in vehicles are often exposed to mechanical stress, temperature fluctuations, dirt and moisture. Due to the small permissible air gap of the known speed measuring devices, the options for designing the installation space, for example the design of a wheel suspension or a transmission structure, are limited. In addition, the assembly work for attaching the speed sensor is very complex due to the small air gap required.

Aus der DE 10 2017 007 399 A1 ist ein Drehzahlsensor für ein Nutzfahrzeug zur Messung magnetischer Impulse eines sich drehenden Körpers bekannt, mit einem Sensorträger und einem in dem Sensorträger aufgenommenen Magnetsensor in Form eines Hall-IC bekannt. Dieser Hall-IC ist direkt gegenüber einem Polrad positioniert, wobei der Sensorträger und der Hall-IC sind zum Schutz gegenüber Umwelteinflüssen von einem Spritzgussgehäuse umgeben sind. Dieser bekannte Hall-IC ist zwar durch die Kapselung vor Umwelteinflüssen weitgehend geschützt, weist aber die genannten Nachteile hinsichtlich der geforderten geringen Größe des Luftspaltes auf.From the EN 10 2017 007 399 A1 A speed sensor for a commercial vehicle for measuring magnetic pulses of a rotating body is known, with a sensor carrier and a magnetic sensor in the form of a Hall IC accommodated in the sensor carrier. This Hall IC is positioned directly opposite a pole wheel, with the sensor carrier and the Hall IC being surrounded by an injection-molded housing to protect them from environmental influences. This known Hall IC is Although it is largely protected from environmental influences by the encapsulation, it has the disadvantages mentioned above with regard to the required small size of the air gap.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahlmessvorrichtung vorzustellen, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist und zudem kostengünstig herstellbar sowie beim Einbau einfach montierbar ist. Insbesondere soll die Drehzahlmessvorrichtung größere Luftspalte als bisher üblich zu einem Messobjekt oder zu einem mit dem Messobjekt verbundenen Inkrementenrad ermöglichen. Zudem soll die Messvorrichtung für den Einsatz an rotierenden Bauteilen in von Umgebungseinflüssen stark belasteten Bereichen eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wie einem Baustellenfahrzeug geeignet sein. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Drehzahlmessvorrichtung vorzustellen.Against this background, the invention is based on the object of presenting a speed measuring device which does not have the disadvantages mentioned and is also inexpensive to manufacture and easy to install. In particular, the speed measuring device should enable larger air gaps than previously usual to a measuring object or to an increment wheel connected to the measuring object. In addition, the measuring device should be suitable for use on rotating components in areas of a vehicle that are subject to high environmental influences, in particular a commercial vehicle such as a construction vehicle. A further object is to present a method for operating such a speed measuring device.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung in den jeweils zugeordneten Unteransprüchen definiert sind.The solution to these problems results from the features of the independent claims, while advantageous embodiments and further developments of the invention are defined in the respective associated subclaims.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Drehzahlmessvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Radarvorrichtung aufweist,
dass die Radarvorrichtung einen Radarsender, einen Radarempfänger und eine elektronische Auswerteeinheit aufweist,
dass die Auswerteeinheit zur drehzahlbezogenen Auswertung eines von dem Radarsender gesendeten und von einem Messobjekt zu dem Radarempfänger zurückreflektierten Radarsignals ausgebildet ist,
und dass das Messobjekt um eine Drehachse drehbar angeordnet ist sowie an seiner Oberfläche Radarstrahlen reflektierende und/oder Radarstrahlen absorbierende Elemente und/oder solche Strukturen aufweist.To solve this problem, the speed measuring device is characterized in that it has a radar device,
that the radar device has a radar transmitter, a radar receiver and an electronic evaluation unit,
that the evaluation unit is designed for speed-related evaluation of a radar signal transmitted by the radar transmitter and reflected back to the radar receiver by a measuring object,
and that the measuring object is arranged to rotate about an axis of rotation and has elements and/or structures on its surface that reflect and/or absorb radar beams.

In der Fahrzeugtechnik werden bereits Radarvorrichtungen eingesetzt, um Objekte in der weiten oder nahen Umgebung des eigenen Fahrzeuges zu detektieren, beispielsweise vorausfahrende Fahrzeuge oder Fußgänger sowie parkende Fahrzeuge, Hindernisse oder Bauten im Randbereich des Fahrzeugs. Bei einer solchen Radarvorrichtung werden von einem Radarsender elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit ausgesendet. Die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen werden an einer radarempfindlichen Oberfläche eines Objektes zurück reflektiert und von einem Radarempfänger empfangen. Meistens arbeiten Radarvorrichtungen pulsmoduliert, wobei die Laufzeit Δt zwischen dem Senden eines Radarimpulses und dem Empfangen des Radarechos gemessen wird. Aus der Laufzeit Δt kann der Abstand r zu dem erfassten Objekt gemäß der Formel r = Δt / 2 x c bestimmt werden, wobei c für die Lichtgeschwindigkeit steht.Radar devices are already being used in automotive engineering to detect objects in the immediate or distant vicinity of the vehicle, for example vehicles or pedestrians ahead, as well as parked vehicles, obstacles or buildings in the edge area of the vehicle. In such a radar device, electromagnetic waves are emitted at the speed of light from a radar transmitter. The emitted electromagnetic waves are reflected back by a radar-sensitive surface of an object and received by a radar receiver. Radar devices usually work pulse-modulated, with the transit time Δt between the transmission of a radar pulse and the reception of the radar echo being measured. From the transit time Δt, the distance r to the detected object can be determined using the formula r = Δt / 2 x c, where c is the speed of light.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass eine Radarmessung genutzt werden kann, um Drehzahlen von Wellen, Fahrzeugrädern oder Getrieberädern, also innerhalb des Bereiches eines Fahrzeugs zu messen. Das Messprinzip unterliegt grundsätzlich nicht der erwähnten Einschränkung und Nachteile der bekannten Drehzahlmessvorrichtungen, welche nur einen Luftspalt im Millimeterbereich zwischen der Messvorrichtung und einem Messobjekt zulassen. Bei einer Radarvorrichtung gemäß der Erfindung werden demnach von einem Radarsender elektromagnetische Wellen ausgesendet, welche an einer radarempfindlichen Oberfläche eines Messobjektes, beispielsweise an den Zähnen eines Inkrementenrades oder Zahnrades zu dem Radarempfänger zurück reflektiert werden. Aus der Zahnfrequenz, also der Anzahl der mittels der Radarvorrichtung gezählten Zähne oder Zahnzwischenräume pro Sekunde, und der Anzahl der Zähne beziehungsweise Zahnzwischenräume des Zahnrades kann die Drehzahl beziehungsweise die Drehgeschwindigkeit des Zahnrads berechnet werden.The invention was based on the knowledge that a radar measurement can be used to measure the speed of shafts, vehicle wheels or gear wheels, i.e. within the range of a vehicle. The measuring principle is fundamentally not subject to the aforementioned limitations and disadvantages of the known speed measuring devices, which only allow an air gap in the millimeter range between the measuring device and a measuring object. In a radar device according to the invention, electromagnetic waves are therefore emitted by a radar transmitter, which are reflected back to the radar receiver on a radar-sensitive surface of a measuring object, for example on the teeth of an increment wheel or gear. The speed or rotational speed of the gear can be calculated from the tooth frequency, i.e. the number of teeth or tooth spaces counted by the radar device per second, and the number of teeth or tooth spaces on the gear.

Die Inkremente eines drehbaren Bauteils brauchen aber nicht zwangsläufig als Zähne und Zahnlücken ausgebildet sein, denn auch Einsenkungen oder Erhebungen an einer ansonsten umfangsrunden Oberfläche einer Welle oder Seitenfläche einer Scheibe erfüllen den gewünschten Zweck, nämlich der Erzeugung von messbaren Laufzeitunterschieden des Radarstrahls.However, the increments of a rotatable component do not necessarily have to be designed as teeth and tooth gaps, because depressions or elevations on an otherwise circumferentially round surface of a shaft or side surface of a disk also serve the desired purpose, namely the generation of measurable differences in the time of flight of the radar beam.

Überraschenderweise konnte bereits mit Komponenten eines handelsüblichen Radarsystem, wie sie im Fahrzeugbereich für Einparkhilfen oder automatische Bremssysteme eingesetzt werden, eine Drehzahlmessvorrichtung mit einer Radarvorrichtung aufgebaut werden, welche bei einem Abstand zwischen der Messvorrichtung und einem Zahnrad von mehreren Zentimetern ein gut auswertbares Radarsignal erzeugt. Derartige am Markt verfügbare Radarsysteme arbeiten mit gepulsten Radarsignalen mit Pulslängen von Mikrosekunden bis Pikosekunden im Frequenzbereich zwischen 50 Ghz und 100 Ghz, also mit Wellenlängen im Millimeterbereich. Es hat sich bei Messungen an einem Prüfstand herausgestellt, dass ein einfacher Aufbau mit einem Radarsystem in diesem Pulslängenbereich und Frequenzbereich sehr gut zwischen Zähnen und Lücken eines üblichen Getriebezahnrades bei einem Abstand zum Messobjekt von einigen Zentimetern unterscheiden konnte.Surprisingly, it has already been possible to build a speed measuring device with a radar device using components from a commercially available radar system, such as those used in vehicles for parking aids or automatic braking systems, which generates a radar signal that can be easily evaluated at a distance of several centimeters between the measuring device and a gear. Such radar systems available on the market work with pulsed radar signals with pulse lengths of microseconds to picoseconds in the frequency range between 50 GHz and 100 GHz, i.e. with wavelengths in the millimeter range. Measurements on a test bench have shown that a simple setup with a radar system in this pulse length range and frequency range can distinguish very well between teeth and gaps on a conventional gear wheel at a distance of several centimeters from the measuring object.

Ein derartiger Aufbau besteht im Wesentlichen aus einem Elektronikbauteil, wie einem integrierten Schaltkreis (Sensor-IC), mit einer elektronischen Auswerteeinheit, einem Radarsender und einem Radarempfänger, einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne für Radarstrahlen, sowie einer Linsenanordnung zur Strahlformung und Anpassung eines Öffnungswinkels des Radarstrahls. Die Sendeantenne und die Empfangsantenne können in einer Antennenvorrichtung zusammengefasst sein, welche beide Funktionen erfüllt. Eine derartige Sende- und Empfangsantenne sowie die Auswerteeinheit, der Radarsender und der Radarempfänger können in einem Sensor-IC angeordnet sein. Die Trennung von Sendesignal und Empfangssignal kann in der Auswerteeinheit erfolgen. Die Linsenanordnung kann aus einer oder mehreren dielektrischen Linsen bestehen.Such a structure essentially consists of an electronic component, such as an integrated ized circuit (sensor IC) with an electronic evaluation unit, a radar transmitter and a radar receiver, a transmitting antenna and a receiving antenna for radar beams, and a lens arrangement for beam shaping and adjusting an opening angle of the radar beam. The transmitting antenna and the receiving antenna can be combined in an antenna device which fulfills both functions. Such a transmitting and receiving antenna as well as the evaluation unit, the radar transmitter and the radar receiver can be arranged in a sensor IC. The separation of the transmitted signal and the received signal can take place in the evaluation unit. The lens arrangement can consist of one or more dielectric lenses.

Zudem ist es möglich, das Radarsignal durch ein Material gezielt in den Bereich eines Messobjekts, wie beispielsweise ein Zahnrad, zu lenken sowie das reflektierte Signal in den Radarempfänger zurück zu reflektieren. Die einzelnen Komponenten einer derartigen Radarvorrichtung können vorteilhaft an eine Drehzahlmessvorrichtung gemäß der Erfindung angepasst sein.It is also possible to direct the radar signal through a material into the area of a measurement object, such as a gear, and to reflect the reflected signal back into the radar receiver. The individual components of such a radar device can advantageously be adapted to a speed measuring device according to the invention.

Die Einbaumöglichkeiten einer Drehzahlmessvorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung sind vielfältiger und flexibler als bei herkömmlichen Drehzahlmessvorrichtungen. Die hier beanspruchte Drehzahlmessvorrichtung kann dadurch mit geringem Aufwand an die jeweiligen anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst werden. Die Radarsender und Radarempfänger der Drehzahlmessvorrichtung können im Fahrzeug an vor Belastungen weitgehend geschützten Einbauorten montiert werden. Zudem werden die konstruktiven Möglichkeiten im Bereich der Messobjekte durch die Drehzahlmessvorrichtung weniger eingeschränkt.The installation options for a speed measuring device with the features of the invention are more varied and flexible than with conventional speed measuring devices. The speed measuring device claimed here can therefore be adapted to the respective application-specific requirements with little effort. The radar transmitters and radar receivers of the speed measuring device can be installed in the vehicle at installation locations that are largely protected from stress. In addition, the design options in the area of the measuring objects are less restricted by the speed measuring device.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Drehzahlmessvorrichtung gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Auswerteeinheit zur fortlaufenden Auswertung der Merkmale eines von dem sich drehenden Messobjekt zu dem Radarempfänger zurückreflektierten Radarsignals hinsichtlich der Parameter Laufzeit, Phase und/oder Leistung ausgebildet ist,
wobei aus dem zeitlichen Verlauf und/oder der Amplitude dieser Parameter in Verbindung mit der Anzahl der radarsensitiven Elemente und/oder der Anzahl der Strukturen des Messobjekts die aktuelle Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des Messobjekts bestimmbar ist.According to a first embodiment of the speed measuring device according to the invention, it can be provided
that the evaluation unit is designed for continuous evaluation of the characteristics of a radar signal reflected back from the rotating measuring object to the radar receiver with regard to the parameters of transit time, phase and/or power,
whereby the current speed and/or rotational speed of the measuring object can be determined from the temporal course and/or the amplitude of these parameters in conjunction with the number of radar-sensitive elements and/or the number of structures of the measuring object.

Demnach kann die Radarvorrichtung die Zähne und/oder Zahnzwischenräume eines Zahnrades durch eine Änderung der Leistung des zurückreflektierten Radarsignals durch eine Änderung der Phase der vom Radarempfänger empfangenen elektromagnetischen Welle und/oder durch die Laufzeit eines Radarimpulses erkennen. Das Radarsignal kann an den Zähnen und Zahnzwischenräumen verschieden stark gestreut und/oder absorbiert werden. Dadurch ergibt sich eine Unterscheidung der Signalstärke zwischen Zähnen und Zahnzwischenräumen in dem vom Radarempfänger empfangenen Radarsignal. Beim Auftreffen der elektromagnetischen Welle auf das Zahnrad wird die reflektierte Welle gegenüber der einfallenden Welle phasenverschoben. Die Größe dieser Phasenverschiebung ist abhängig vom Abstand beziehungsweise von der Größe eines Luftspaltes zwischen der Radarvorrichtung und dem radarsensitiven Element, auf das die Radarwelle auftrifft. Diese Phasenverschiebung kann im Radarempfänger detektiert werden. Dadurch ist eine weitere Unterscheidung zwischen Zähnen und Zahnlücken durch die Radarvorrichtung möglich. Die Unterscheidung zwischen Zähnen und Zahnlücken kann außerdem anhand der Laufzeit eines Radarimpulses, welcher an einem Zahn zurückreflektiert wird, im Vergleich zu einer anderen Laufzeit eines dann folgenden Radarimpulses, welcher an oder hinter einem Zahnzwischenraum auftrifft und in den Radarempfänger zurückreflektiert wird, erfolgen.Accordingly, the radar device can detect the teeth and/or the spaces between the teeth of a gear by changing the power of the radar signal reflected back, by changing the phase of the electromagnetic wave received by the radar receiver and/or by the transit time of a radar pulse. The radar signal can be scattered and/or absorbed to varying degrees by the teeth and the spaces between the teeth. This results in a distinction in the signal strength between teeth and the spaces between the teeth in the radar signal received by the radar receiver. When the electromagnetic wave hits the gear, the reflected wave is phase-shifted compared to the incident wave. The size of this phase shift depends on the distance or the size of an air gap between the radar device and the radar-sensitive element that the radar wave hits. This phase shift can be detected in the radar receiver. This enables the radar device to further distinguish between teeth and tooth gaps. The distinction between teeth and gaps can also be made based on the travel time of a radar pulse that is reflected back from a tooth, compared to a different travel time of a subsequent radar pulse that hits or behind a gap between teeth and is reflected back into the radar receiver.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Drehzahlmessvorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Radarsender und der Radarempfänger senkrecht zur Drehachse des Messobjektes ausgerichtet sind.According to another development of the speed measuring device, it can be provided that the radar transmitter and the radar receiver are aligned perpendicular to the axis of rotation of the measuring object.

Diese Anordnung entspricht hinsichtlich ihrer Ausrichtung der üblichen Anordnung eines herkömmlichen Drehzahlsensors. Bei dieser Anordnung trifft der Radarstrahl von radial außen auf eine Zahnreihe beispielsweise eines Zahnrads. Die Unterscheidung zwischen Zähnen und Zahnlücken kann bei dieser Anordnung beispielsweise anhand einer Laufzeit eines Radarimpulses, welcher beim Auftreffen auf einen Zahn an einem Kopfkreisdurchmesser des Zahnrades zurück reflektiert wird, im Vergleich zu der längeren Laufzeit eines folgenden Radarimpulses, welcher an einem Zahnzwischenraum an einem Fußkreisdurchmesser des Zahnrades auftrifft und in den Radarempfänger zurückreflektiert wird, erfolgen.In terms of its orientation, this arrangement corresponds to the usual arrangement of a conventional speed sensor. In this arrangement, the radar beam hits a row of teeth, for example on a gear, from the radial outside. In this arrangement, the distinction between teeth and tooth gaps can be made, for example, based on the transit time of a radar pulse that is reflected back on a tip diameter of the gear when it hits a tooth, compared to the longer transit time of a following radar pulse that hits a tooth gap on a root diameter of the gear and is reflected back into the radar receiver.

Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Drehzahlmessvorrichtung gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Radarsender und der Radarempfänger parallel zur Drehachse des Messobjektes ausgerichtet sind.According to another embodiment of the speed measuring device according to the invention, it can be provided that the radar transmitter and the radar receiver are aligned parallel to the axis of rotation of the measuring object.

Bei dieser Anordnung der Radarvorrichtung trifft der Radarstrahl von der Seite beispielsweise auf einen Zahnkranz eines Zahnrades. Der Radarstrahl wird dabei abwechselnd von den Zähnen und von einem Objekt hinter den Zahnzwischenräumen zurückreflektiert. Bei dieser Anordnung kann die Radarvorrichtung bei der Unterscheidung zwischen Zähnen und Zahnzwischenräumen zudem eine Struktur hinter dem Zahnrad erkennen, deren Erkennbarkeit blockiert wird, wenn die Zähne des Zahnrades an dem Radarstrahl vorbei bewegt werden.With this arrangement of the radar device, the radar beam hits the gear rim of a gear wheel from the side. The radar beam is alternately reflected by the teeth and reflected back from an object behind the interdental spaces. With this arrangement, when distinguishing between teeth and interdental spaces, the radar device can also detect a structure behind the gear, the visibility of which is blocked when the teeth of the gear are moved past the radar beam.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Sendeleistung des Radarsenders an die Größe eines Luftspaltes zwischen dem Radarsender und dem Messobjekt anpassbar ist.Furthermore, it can be provided that the transmission power of the radar transmitter can be adapted to the size of an air gap between the radar transmitter and the measuring object.

Demnach kann die Sendeleistung und dadurch der Energieverbrauch der Radarvorrichtung vorab anwendungsspezifisch eingestellt werden. Da der Abstand zwischen dem Radarsender und dem Messobjekt meistens nur wenige Zentimeter betragen wird, kommt die Radarvorrichtung in der Regel mit einem geringen Energieverbrauch aus. Die Drehzahlmessvorrichtung ist dadurch kostengünstig im Betrieb. Zudem wird durch eine möglichst geringe Sendeleistung des Radarsenders sichergestellt, sodass andere elektronische Systeme des Fahrzeugs durch das Radar nicht gestört werden. Bedarfsweise sind jedoch auch sehr große Abstände beziehungsweise Luftspalte im zweistelligen Millimeterbereich oder im zweistelligen Zentimeterbereich zum Messobjekt möglich.The transmission power and thus the energy consumption of the radar device can be set in advance for the specific application. Since the distance between the radar transmitter and the measuring object is usually only a few centimeters, the radar device usually requires little energy. The speed measuring device is therefore inexpensive to operate. In addition, the lowest possible transmission power of the radar transmitter ensures that other electronic systems in the vehicle are not disturbed by the radar. However, if required, very large distances or air gaps in the double-digit millimeter range or in the double-digit centimeter range from the measuring object are also possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Sendeleistung des Radarsenders in Abhängigkeit von den am Luftspalt zwischen dem Radarsender und dem Messobjekt herrschenden Umgebungsbedingungen, wie einer Schmutzpartikeldichte und/oder einer Eispartikeldichte, anpassbar ist.According to a further embodiment, it can be provided that the transmission power of the radar transmitter is adaptable depending on the environmental conditions prevailing at the air gap between the radar transmitter and the measurement object, such as a dirt particle density and/or an ice particle density.

Demnach kann ein radarabsorbierendes Hindernis zwischen der Radarvorrichtung und dem Messobjekt durch eine Erhöhung der abgestrahlten Sendeleistung des Radarsenders kompensiert werden. Da Radarwellen durch Teilchen wie Schmutzpartikel oder Eispartikel absorbiert oder gestreut werden können, ist es vorteilhaft, die Sendeleistung des Radarsenders an die Umgebungsbedingungen im Bereich zwischen dem Radarsender und dem Messobjekt anzupassen. Insbesondere kann in den oftmals rauen Einsatzbedingungen von Baustellenfahrzeugen durch die Anpassung der Sendeleistung sichergestellt werden, dass ein auswertbares Radarsignal in dem Radarempfänger ankommt. Andererseits kann eine unnötig hohe Sendeleistung vermieden werden.Accordingly, a radar-absorbing obstacle between the radar device and the measuring object can be compensated by increasing the radiated transmission power of the radar transmitter. Since radar waves can be absorbed or scattered by particles such as dirt particles or ice particles, it is advantageous to adapt the transmission power of the radar transmitter to the environmental conditions in the area between the radar transmitter and the measuring object. In particular, in the often harsh operating conditions of construction site vehicles, adapting the transmission power can ensure that an analyzable radar signal reaches the radar receiver. On the other hand, unnecessarily high transmission power can be avoided.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung eine Mehrfachantennenanordnung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, zusätzlich zu der Drehzahl die Drehrichtung eines Messobjekts zu ermitteln.Furthermore, it can be provided that the radar device has a multiple antenna arrangement which is designed to determine the direction of rotation of a measuring object in addition to the speed.

Demnach kann mit der Drehzahlmessvorrichtung mittels einer Anordnung von mehreren Sende- und Empfangsantennen ermittelt werden, ob sich das Messobjekt, also beispielweise ein Getriebezahnrad oder ein mit einem Messobjekt in Form eines Zahnrades verbundenes Bauteil, aktuell in eine Vorwärtsrichtung oder in eine Rückwärtsrichtung dreht, sowie mit welcher Drehgeschwindigkeit die Drehbewegung erfolgt. Diese zusätzliche Information kann beispielsweise zur Steuerung eines automatisierten Schaltgetriebes genutzt werden.Accordingly, the speed measuring device can be used to determine, by means of an arrangement of several transmitting and receiving antennas, whether the measuring object, for example a gear wheel or a component connected to a measuring object in the form of a gear wheel, is currently rotating in a forward or reverse direction, as well as at what rotational speed the rotational movement is taking place. This additional information can be used, for example, to control an automated manual transmission.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Radarvorrichtung ein Kunststoffgehäuse aufweist, in welchem alle Komponenten der Radarvorrichtung eingekapselt angeordnet sind. Da viele Kunststoffmaterialien für Radarwellen weitgehend transparent sind, kann die Radarvorrichtung mit einer Kunststoffummantelung einfach vor Umwelteinflüssen geschützt werden.In addition, the radar device can be provided with a plastic housing in which all components of the radar device are encapsulated. Since many plastic materials are largely transparent to radar waves, the radar device can easily be protected from environmental influences with a plastic casing.

Zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe zum Betreiben einer Drehzahlmessvorrichtung ist vorgesehen,
dass die Drehzahl eines sich um eine Drehachse drehenden Messobjekts mittels einer zu dem Messobjekt beabstandet angeordneten Radarvorrichtung gemessen wird, welche einen Radarsender, einen Radarempfänger sowie eine elektronische Auswerteeinheit aufweist,
wobei die Auswerteeinheit fortlaufend ein von dem sich drehenden Messobjekt zu dem Radarempfänger zurückreflektiertes Radarsignal hinsichtlich der Parameter Laufzeit, Phase und/oder Leistung auswertet,
und wobei aus dem zeitlichen Verlauf und/oder der Amplitude dieser Parameter in Verbindung mit der Anzahl der radarsensitiven Elemente und/oder Strukturen des Messobjekts die aktuelle Drehzahl, Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung des Messobjekts bestimmt wird.To solve the process-related task of operating a speed measuring device,
that the rotational speed of a measuring object rotating about a rotational axis is measured by means of a radar device arranged at a distance from the measuring object, which has a radar transmitter, a radar receiver and an electronic evaluation unit,
wherein the evaluation unit continuously evaluates a radar signal reflected back from the rotating measuring object to the radar receiver with regard to the parameters of running time, phase and/or power,
and wherein the current rotational speed, rotational velocity and/or rotational direction of the measuring object is determined from the temporal progression and/or the amplitude of these parameters in conjunction with the number of radar-sensitive elements and/or structures of the measuring object.

Demnach wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Radarvorrichtung anstelle eines herkömmlichen induktiven Drehzahlsensors oder Hall-Drehzahlsensors zur Drehzahlmessung an Fahrzeugrädern, Getriebezahnrädern oder Wellen betrieben. Diese Drehzahlmessung kann vorteilhaft in Abständen im Zentimeterbereich von dem zu erfassenden Messobjekt erfolgen. Die Nachteile des bei den herkömmlichen Drehzahlsensoren notwendigen sehr geringen Abstandes zwischen dem Drehzahlsensor und dem drehbaren Messobjekt sind daher vermeidbar. Es kann in einigen Anwendungsfällen vorteilhaft sein, wenn dieses Verfahren zum Betreiben einer Drehzahlmessvorrichtung zumindest nach jedem neuen Einschalten des Antriebs des Fahrzeugs oder einer anderen Maschine durchgeführt wird. Die Drehzahlmessvorrichtung kann jedoch auch bei jeder angeforderten Drehzahlmessung erneut aktiviert oder im Fahrzeugbetrieb dauerhaft betrieben werden.Accordingly, in the method according to the invention, a radar device is used instead of a conventional inductive speed sensor or Hall speed sensor for measuring speed on vehicle wheels, gear wheels or shafts. This speed measurement can advantageously be carried out at distances in the centimeter range from the measuring object to be detected. The disadvantages of the very small distance between the speed sensor and the rotating measuring object required with conventional speed sensors can therefore be avoided. In some applications, it can be advantageous if this method for operating a speed measuring device is carried out at least after each new switching on of the vehicle's drive. or another machine. However, the speed measuring device can also be reactivated each time a speed measurement is requested or can be operated continuously during vehicle operation.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Nutzfahrzeug oder einen Personenkraftwagen, mit einer Drehzahlmessvorrichtung zur Messung von Drehzahlen wie Raddrehzahlen, Getriebedrehzahlen und/oder Motordrehzahlen, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut sowie zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Verfahrensanspruchs betreibbar ist.Finally, the invention also relates to a vehicle, such as a commercial vehicle or a passenger car, with a speed measuring device for measuring speeds such as wheel speeds, transmission speeds and/or engine speeds, which is constructed according to one of the device claims and can be operated to carry out the method according to the features of the method claim.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

• 1 eine schematische Darstellung einer mit Radarstrahlen arbeitenden Drehzahlmessvorrichtung zur Messung der Drehzahl eines Getriebezahnrades, und
• 2 den Verlauf eines Drehzahlsignals ermittelt mit der Drehzahlmessvorrichtung gemäß 1.

The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the accompanying drawing. The drawing shows

• 1 a schematic representation of a speed measuring device using radar beams for measuring the speed of a transmission gear, and
• 2 the course of a speed signal determined with the speed measuring device according to 1 .

Demnach weist die in der 1 schematisch dargestellte Drehzahlmessvorrichtung 1 eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Lastkraftwagens, eine Radarvorrichtung 2 auf, welche einen Radarsender 3a und einen Radarempfänger 3b beinhaltet. Der Radarsender 3a und der Radarempfänger 3b können Radarsignale mittels einer Sende- und Empfangsantenne 3 senden und empfangen. Außerdem ist eine elektronische Auswerteinheit 4 vorhanden, welche zur Auswertung der Radarsignale nach einem oder mehreren der Kriterien Laufzeit, Phase, Sendeleistung und Empfangsleistung der gesendeten und empfangenen Radarsignale dient. Diese Komponenten der Radarvorrichtung 2, nämlich Sende- und Empfangsantenne 3, Radarsender 3a und Radarempfänger 3b sowie die elektronische Auswerteinheit 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel in einer integrierten elektronischen Schaltung als ein Sensor-IC 5 in Form eines einzigen Bauteils angeordnet. Der Sensor-IC 5 ist hier vorteilhaft in ein Kunststoffgehäuse 6 eingekapselt angeordnet und dadurch vor Umwelteinflüssen geschützt. Zudem ist in der Radarvorrichtung 2 eine dielektrische Linsenanordnung 7 vorhanden, welche in das Kunststoffgehäuse 6 eingepasst und nach innen hin abgedichtet ist.Accordingly, the 1 The schematically illustrated speed measuring device 1 of a vehicle, for example a truck, has a radar device 2 which contains a radar transmitter 3a and a radar receiver 3b. The radar transmitter 3a and the radar receiver 3b can send and receive radar signals by means of a transmitting and receiving antenna 3. In addition, an electronic evaluation unit 4 is present which is used to evaluate the radar signals according to one or more of the criteria of propagation time, phase, transmitting power and receiving power of the transmitted and received radar signals. These components of the radar device 2, namely the transmitting and receiving antenna 3, radar transmitter 3a and radar receiver 3b as well as the electronic evaluation unit 4 are arranged in this embodiment in an integrated electronic circuit as a sensor IC 5 in the form of a single component. The sensor IC 5 is advantageously encapsulated in a plastic housing 6 and is thus protected from environmental influences. In addition, the radar device 2 contains a dielectric lens arrangement 7, which is fitted into the plastic housing 6 and sealed towards the inside.

Die elektronische Auswerteinheit 4 kann gemäß einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform außerhalb des Kunststoffgehäuses 6 und entfernt von diesem angeordnet sein, beispielsweise als Bestandteil einer elektronischen Kontroll- und Steuerungseinheit. In diesem Fall ist der die Radarsignale verarbeitende Sensor-IC 5 über zumindest eine Sensorleitung mit dieser elektronischen Kontroll- und Steuerungseinheit verbunden. Mittels dieser Sensorleitung können digitale Ausgangssignale des Sensor-IC 5 an die Kontroll- und Steuerungseinheit zur dortigen Nutzung gesendet werden.According to an embodiment not shown in detail, the electronic evaluation unit 4 can be arranged outside the plastic housing 6 and away from it, for example as part of an electronic monitoring and control unit. In this case, the sensor IC 5 processing the radar signals is connected to this electronic monitoring and control unit via at least one sensor line. By means of this sensor line, digital output signals from the sensor IC 5 can be sent to the monitoring and control unit for use there.

Die Radarvorrichtung 2 sendet und empfängt über die Sende- und Empfangsantenne 3 ein Radarsignal 8, beispielsweise im Form von Radarimpulsen, welches in Richtung eines Messobjektes 10 ausstrahlt und von dem Messobjekt 10 zurück reflektiert wird. Die Linsenanordnung 7 formt das von der Radarvorrichtung 2 ausgestrahlte Radarsignal 8 zu einem Radarstrahl mit einem bestimmten Öffnungswinkel. Der Öffnungswinkel des Radarsignals 8 in Form eines Radarstrahls ist an den Abstand in Form eines Luftspaltes 16 zwischen dem Messobjekt 10 und der Radarvorrichtung 2 angepasst. Daher trifft das Radarsignal 8 bei der Drehung des Messobjekts 10 um seine Drehachse 17 gebündelt und nacheinander auf eine Anzahl von radarsensitiven Elementen 11, welche an dem Messobjekt 10 angeordnet oder ausgebildet sind und an dem Radarsignal 8 vorbei bewegt werden.The radar device 2 sends and receives a radar signal 8 via the transmitting and receiving antenna 3, for example in the form of radar pulses, which radiates in the direction of a measurement object 10 and is reflected back by the measurement object 10. The lens arrangement 7 forms the radar signal 8 emitted by the radar device 2 into a radar beam with a specific opening angle. The opening angle of the radar signal 8 in the form of a radar beam is adapted to the distance in the form of an air gap 16 between the measurement object 10 and the radar device 2. Therefore, when the measurement object 10 rotates about its axis of rotation 17, the radar signal 8 is bundled and hits one after the other a number of radar-sensitive elements 11 which are arranged or formed on the measurement object 10 and are moved past the radar signal 8.

Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Messobjekt 10 um ein Zahnrad eines automatisierten Schaltgetriebes. Das Messobjekt 10 beziehungsweise Zahnrad weist einen Zahnkranz 12 mit einer Vielzahl von radarsensitiven Elementen 11 in Form von Zähnen 9 auf. Die geometrischen Größen des Messobjekts 10, wie die Anzahl der Zähne 9 des Zahnkranzes 12, der Kopfkreisdurchmesser 14 und der Fußkreisdurchmesser 15 des Zahnrads können zur Berechnung der aktuellen Drehzahl und der Drehgeschwindigkeit des Messobjekts 10 in einem elektronischen Speicher der Auswerteeinheit 4 hinterlegt sein. Die Radarvorrichtung 2 ist vorliegend senkrecht zur Drehachse 17 des Messobjekts 10 ausgerichtet. Bei der Rotation des Messobjekts 10 um seine Drehachse 17 bewegen sich die radarsensitiven Elemente 11, also dessen Zähne 9 in schneller Folge an dem Radarsignal 8 vorbei, sodass das Radarsignal 8 in schneller Folge abwechselnd auf die radarsensitiven Elementen 11 in Form von Zähnen 9 oder auf die Zahnzwischenräume 13 dazwischen trifft.In the present example, the measuring object 10 is a gear of an automated manual transmission. The measuring object 10 or gear has a gear rim 12 with a large number of radar-sensitive elements 11 in the form of teeth 9. The geometric dimensions of the measuring object 10, such as the number of teeth 9 of the gear rim 12, the tip circle diameter 14 and the root circle diameter 15 of the gear, can be stored in an electronic memory of the evaluation unit 4 in order to calculate the current speed and the rotational speed of the measuring object 10. The radar device 2 is aligned perpendicular to the axis of rotation 17 of the measuring object 10. When the measuring object 10 rotates about its axis of rotation 17, the radar-sensitive elements 11, i.e. its teeth 9, move past the radar signal 8 in rapid succession, so that the radar signal 8 alternately hits the radar-sensitive elements 11 in the form of teeth 9 or the interdental spaces 13 between them in rapid succession.

Immer dann, wenn das Radarsignal 8 auf einen Zahn 9 trifft, entspricht die Signalstecke dem Abstand zwischen dem Kopfkreisdurchmesser 14 des Zahnkranzes 12 und der Radarvorrichtung 2. Immer dann, wenn sich das Radarsignal 8 durch einen Zahnzwischenraum 13 bewegt, entspricht die Signalstrecke dem Abstand zwischen dem Fußkreisdurchmesser 15 des Zahnkranzes 12 und der Radarvorrichtung 2. Entsprechend der Signalstrecke variiert die Laufzeit des Radarsignals 8 bei der Rotation des Zahnkranzes 12. Dadurch ergibt sich eine erste Unterscheidungsmöglichkeit zwischen radarsensitiven Elementen 11 in Form von Zähnen 9 und Zahnzwischenräumen 13. Eine zweite Unterscheidungsmöglichkeit zwischen den Zähnen 9 und den Zahnzwischenräumen 13 ergibt sich durch die signalstreckenabhängige Phasenverschiebung des zurückreflektierten Radarsignals 8. Wenn die Reflektivität, also der Rückstreuquerschnitt und/oder das Reflexionsvermögen der Zwischenräume 13 verschieden von der Reflektivität der Zähne 9 ist, ergibt sich eine Variation in der von dem Zahnkranz 12 beziehungsweise den Zahnzwischenräumen 13 reflektierten sowie von dem Radarempfänger 3b empfangenen Leistung des Radarsignals 8 und damit eine Amplitudenvariation als weitere Unterscheidungsmöglichkeit.Whenever the radar signal 8 hits a tooth 9, the signal path corresponds to the distance between the tip circle diameter 14 of the gear rim 12 and the radar device 2. Whenever the radar signal 8 moves through a tooth gap 13, the signal path corresponds to the distance between the root circle diameter 15 of the gear rim 12 and the radar device 2. According to the signal path the transit time of the radar signal 8 varies as the gear ring 12 rotates. This results in a first possibility of distinguishing between radar-sensitive elements 11 in the form of teeth 9 and inter-tooth spaces 13. A second possibility of distinguishing between the teeth 9 and the inter-tooth spaces 13 results from the signal path-dependent phase shift of the reflected radar signal 8. If the reflectivity, i.e. the backscatter cross section and/or the reflectivity of the spaces 13 is different from the reflectivity of the teeth 9, there is a variation in the power of the radar signal 8 reflected by the gear ring 12 or the inter-tooth spaces 13 and received by the radar receiver 3b and thus an amplitude variation as a further possibility of distinguishing.

2 zeigt beispielhaft den Verlauf eines Drehzahlsignals, welches mit einer Drehzahlmessvorrichtung 1 gemäß 1 ermittelt wurde. Darin ist der Verlauf der Amplitude A des von dem Messobjekt 10 in den Radarempfänger 3b zurückreflektierten Radarsignals 8 in willkürlichen Einheiten gegenüber einer fortlaufenden Anzahl x von 400 Einzelmessungen aufgetragen. Die detektierte Amplitude A des Radarsignals 8 verläuft in einer Sinuskurve, wobei die Minima einen Wert von Null aufweisen. Die Maxima des Kurvenverlaufs des Radarsignals 8 repräsentieren jeweils das vollständige Erkennen eines radarsensitiven Elements 11 in Form eines Zahns 9 des Zahnkranzes 12 des Zahnrads 10. Die elektronische Auswerteeinheit 4 der Radarvorrichtung 2 zählt die Zahnfrequenz der an der Radarvorrichtung 2 vorbei bewegten Zähne 9 und bestimmt daraus die aktuelle Drehzahl und Drehgeschwindigkeit des Messobjekts 10 beziehungsweise Zahnrades. 2 shows an example of the course of a speed signal which is measured with a speed measuring device 1 according to 1 was determined. In it, the course of the amplitude A of the radar signal 8 reflected back from the measurement object 10 into the radar receiver 3b is plotted in arbitrary units against a continuous number x of 400 individual measurements. The detected amplitude A of the radar signal 8 runs in a sine curve, with the minima having a value of zero. The maxima of the curve of the radar signal 8 each represent the complete detection of a radar-sensitive element 11 in the form of a tooth 9 of the gear rim 12 of the gear 10. The electronic evaluation unit 4 of the radar device 2 counts the tooth frequency of the teeth 9 moving past the radar device 2 and uses this to determine the current speed and rotational speed of the measurement object 10 or gear.

Bezugszeichen (Bestandteil der Beschreibung)Reference symbol (part of the description)

11

DrehzahlmessvorrichtungSpeed measuring device

22

RadarvorrichtungRadar device

33

Sende- und EmpfangsantenneTransmitting and receiving antenna

3a3a

RadarsenderRadar transmitter

3b3b

RadarempfängerRadar receiver

44

Elektronische AuswerteinheitElectronic evaluation unit

55

Sensor-ICSensor IC

66

KunststoffgehäusePlastic housing

77

LinsenanordnungLens arrangement

88th

RadarsignalRadar signal

99

Zahn des ZahnradsTooth of the gear

1010

Zahnrad, MessobjektGear, measuring object

1111

Radarsensitives ElementRadar sensitive element

1212

Zahnkranz mit den Zähnen des ZahnradsRing gear with the teeth of the gear

1313

Zahnzwischenraum zwischen den Zähnen des ZahnradsSpace between the teeth of the gear

1414

Kopfkreisdurchmesser des ZahnkranzesTip diameter of the gear rim

1515

Fußkreisdurchmesser des ZahnkranzesRoot diameter of the gear rim

1616

Luftspalt zwischen Messobjekt und RadarvorrichtungAir gap between measuring object and radar device

1717

Drehachse des MessobjektsRotation axis of the measuring object

AA

Amplitude eines vom Messobjekt zurückreflektierten RadarsignalsAmplitude of a radar signal reflected back from the measuring object

xx

Nummer der Einzelmessungen der RadarvorrichtungNumber of individual measurements of the radar device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102017007399 A1 [0007]DE 102017007399 A1 [0007]

Claims (10)

Drehzahlmessvorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Radarvorrichtung (2) aufweist, dass die Radarvorrichtung (2) einen Radarsender (3a), einen Radarempfänger (3b) und eine elektronische Auswerteeinheit (4) aufweist, dass die Auswerteeinheit (4) zur drehzahlbezogenen Auswertung eines von dem Radarsender (3a) gesendeten und von einem Messobjekt (10) zu dem Radarempfänger (3b) zurückreflektierten Radarsignals (8) ausgebildet ist, und dass das Messobjekt (10) um eine Drehachse (17) drehbar angeordnet ist sowie an seiner Oberfläche Radarstrahlen reflektierende und/oder Radarstrahlen absorbierende Elemente (11) und/oder solche Strukturen aufweist.Speed measuring device (1), characterized in that it has a radar device (2), that the radar device (2) has a radar transmitter (3a), a radar receiver (3b) and an electronic evaluation unit (4), that the evaluation unit (4) is designed for speed-related evaluation of a radar signal (8) sent by the radar transmitter (3a) and reflected back from a measurement object (10) to the radar receiver (3b), and that the measurement object (10) is arranged to be rotatable about an axis of rotation (17) and has elements (11) and/or structures on its surface which reflect and/or absorb radar beams. Drehzahlmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) zur fortlaufenden Auswertung der Merkmale eines von dem sich drehenden Messobjekt (10) zu dem Radarempfänger (3b) zurückreflektierten Radarsignals (8) hinsichtlich der Parameter Laufzeit, Phase und/oder Leistung ausgebildet ist, wobei aus dem zeitlichen Verlauf und/oder der Amplitude (A) dieser Parameter in Verbindung mit der Anzahl der radarsensitiven Elemente (11) und/oder Strukturen des Messobjekts (10) die aktuelle Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des Messobjekts (10) bestimmbar ist.Speed measuring device according to Claim 1 , characterized in that the evaluation unit (4) is designed for continuous evaluation of the characteristics of a radar signal (8) reflected back from the rotating measurement object (10) to the radar receiver (3b) with regard to the parameters of running time, phase and/or power, wherein the current speed and/or rotational speed of the measurement object (10) can be determined from the time course and/or the amplitude (A) of these parameters in conjunction with the number of radar-sensitive elements (11) and/or structures of the measurement object (10). Drehzahlmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsender (3a) und der Radarempfänger (3b) senkrecht zur Drehachse (17) des Messobjektes (10) ausgerichtet sind.Speed measuring device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the radar transmitter (3a) and the radar receiver (3b) are aligned perpendicular to the axis of rotation (17) of the measuring object (10). Drehzahlmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsender (3a) und der Radarempfänger (3b) parallel zur Drehachse (17) des Messobjektes ausgerichtet sind.Speed measuring device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the radar transmitter (3a) and the radar receiver (3b) are aligned parallel to the axis of rotation (17) of the measuring object. Drehzahlmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung des Radarsenders (3a) an die Größe eines Luftspaltes (16) zwischen dem Radarsender (3a) und dem Messobjekt (10) anpassbar ist.Speed measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission power of the radar transmitter (3a) can be adapted to the size of an air gap (16) between the radar transmitter (3a) and the measuring object (10). Drehzahlmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung des Radarsenders (3a) in Abhängigkeit von den am Luftspalt (16) zwischen dem Radarsender (3a) und dem Messobjekt (10) herrschenden Umgebungsbedingungen, wie Schmutzpartikeldichte und/oder Eispartikeldichte, anpassbar ist.Speed measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission power of the radar transmitter (3a) is adaptable depending on the ambient conditions prevailing at the air gap (16) between the radar transmitter (3a) and the measuring object (10), such as dirt particle density and/or ice particle density. Drehzahlmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung (2) eine Mehrfachantennenanordnung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, zusätzlich zu der Drehzahl die Drehrichtung eines Messobjekts (10) zu ermitteln.Speed measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the radar device (2) has a multiple antenna arrangement which is designed to determine the direction of rotation of a measuring object (10) in addition to the speed. Drehzahlmessvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung (2) ein Kunststoffgehäuse (6) aufweist, in welchem alle Komponenten der Radarvorrichtung (2) eingekapselt angeordnet sind.Speed measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the radar device (2) has a plastic housing (6) in which all components of the radar device (2) are encapsulated. Verfahren zum Betreiben einer Drehzahlmessvorrichtung (1) zur Messung von Drehzahlen eines Messobjekts (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl eines sich um eine Drehachse (17) drehenden Messobjekts (10) mittels einer zu dem Messobjekt (10) beabstandet angeordneten Radarvorrichtung (2) gemessen wird, welche einen Radarsender (3a), einen Radarempfänger (3b) sowie eine elektronische Auswerteeinheit (4) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (4) fortlaufend ein von dem sich drehenden Messobjekt (10) zu dem Radarempfänger (3b) zurückreflektiertes Radarsignal (8) hinsichtlich der Parameter Laufzeit, Phase und/oder Leistung auswertet, und wobei aus dem zeitlichen Verlauf und/oder der Amplitude (A) dieser Parameter in Verbindung mit der Anzahl der radarsensitiven Elemente (11) und/oder Strukturen des Messobjekts (10) die aktuelle Drehzahl, Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung des Messobjekts (10) bestimmt wird.Method for operating a speed measuring device (1) for measuring speeds of a measurement object (10), characterized in that the speed of a measurement object (10) rotating about an axis of rotation (17) is measured by means of a radar device (2) arranged at a distance from the measurement object (10), which has a radar transmitter (3a), a radar receiver (3b) and an electronic evaluation unit (4), wherein the evaluation unit (4) continuously evaluates a radar signal (8) reflected back from the rotating measurement object (10) to the radar receiver (3b) with regard to the parameters of running time, phase and/or power, and wherein the current speed, rotational speed and/or direction of rotation of the measurement object (10) is determined from the temporal progression and/or the amplitude (A) of these parameters in conjunction with the number of radar-sensitive elements (11) and/or structures of the measurement object (10). Fahrzeug, wie Nutzfahrzeug oder Personenkraftwagen, mit einer Drehzahlmessvorrichtung (1) zur Messung von Drehzahlen, wie Raddrehzahlen, Getriebedrehzahlen und/oder Motordrehzahlen, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut und zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem Verfahrensanspruch betreibbar ist.Vehicle, such as a commercial vehicle or passenger car, with a speed measuring device (1) for measuring speeds, such as wheel speeds, transmission speeds and/or engine speeds, which is constructed according to one of the device claims and operable to carry out a method according to the method claim.

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