DE3543058A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur aufbereitung des ausgangssignals eines drehzahlsensors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbe­ reitung des Ausgangssignales eines Drehzahlsensors, das in Form einer in der Frequenz und in der Amplitude von der Drehzahl abhängigen Wechselspannung vorliegt, bei dem in einem Eingangsschaltkreis die hochfrequenten Störsi­ gnale gedämpt werden und bei dem das Nutzsignal verstärkt sowie in ein pulsförmiges Ausgangssignal umgewandelt wird. Schaltungsanordnungen mit Tiefpässen zur Dämpfung hochfrequenter Störsignale sowie mit Verstärker- und Im­ pulsgeberschaltungen gehören ebenfalls zur Erfindung.

Es sind bereits Verfahren und Schaltungsanordnungen die­ ser Art bekannt, die für Kraftfahrzeuge mit elektroni­ scher Bremsschlupfregelung Verwendung finden (DE-OS 32 34 637). Bei solchen Bremsanlagen wird mit Hil­ fe der Drehzahlsensoren die zur Regelung benötigte Infor­ mation über das Raddrehverhalten gewonnen. Hierzu wird beispielsweise eine mit dem Rad oder mit der Antriebswel­ le rotierende Scheibe verwendet, die an ihrer Peripherie gezahnt ist und die mit einem feststehenden induktiven Meßwertaufnehmer zusammenwirkt, der eine Wechselspannung mit zur Raddrehzahl proportionaler Frequenz abgibt. Durch die Zahnung der an dem Sensor vorbeigeführten ferromagne­ tischen Zahnscheibe wird nämlich ein durch einen Dauerma­ gneten erzeugter magnetischer Fluß periodisch geändert, wodurch in der Meßspule dieses Sensors eine Wechselspan­ nung induziert wird, deren Frequenz der Geschwindigkeit des Rades proportional ist. In einer Triggerschaltung werden dann die Sensorsignale aufbereitet, d. h. verstärkt und in ein binäres Rechtecksignal umgewandelt. Außerdem enthalten die Triggerschaltungen Filter, mit denen Stör­ signale so weit als möglich gedämpft werden.

Schwierigkeiten ergeben sich bei Verwendung solcher Meß­ anordnungen daraus, daß auch die Amplituden der induzier­ ten Spannungen und dadurch die Ausgangsspannungen der Sensoren drehzahlabhängig sind und bei geringer Fahrzeug­ und Radgeschwindigkeit sehr schwach werden. Um die hoch­ frequenten Störsignale ebenso wie die niederfrequenten, durch Teilungsfehler des Zahnrades, Exzentrizität des Ra­ des oder exzentrische Lagerung des Rades usw. entstehen­ den Spannungsschwankungen so gering zu halten, daß bei der Auswertung eine Trennung vom Nutzsignal, d. h. dem drehzahlabhängigen Signal, gelingt, ist erheblicher Auf­ wand erforderlich. So muß beispielsweise der Weg von dem Drehzahlsensor zu der elektronischen Aufbereitungsschal­ tung mit geschirmten Leitungen überbrückt werden. Die me­ chanischen Toleranzen von Zahnscheibe und Sensor müssen durch Nacharbeiten und Justieren auf die noch zulässigen Werte begrenzt werden. Der Herstellungsaufwand wird da­ durch sehr hoch, zumal mindestens drei oder vier Sensoren für eine genaue Bremsschlupfregelung benötigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die ge­ schilderten Nachteile bei der Messung von Drehzahlen und Aufbereitung der Meßsignale zu überwinden und ein Verfah­ ren sowie Schaltungsanordnungen zu entwickeln, mit denen auch relativ schwache, mit hochfrequenten und sehr nie­ derfrequenten Störungen behaftete Sensorsignale aufberei­ tet werden können. Es muß also auch unter solch ungünsti­ gen Voraussetzungen, wie sie insbesondere bei geringer Drehzahl gegeben sind, eine eindeutige Trennung zwischen Nutz- und Störsignalen möglich sein.

Es hat sich nun herausgestellt, daß in überraschend ein­ facher Weise ein erheblicher technischer Fortschritt er­ zielt werden kann, wenn gemäß vorliegender Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art in dem Ein­ gangsschaltkreis mit Hilfe eines Tiefpasses, dessen Grenzfrequenz unterhalb des Nutzfrequenzbandes liegt, ein Bezugssignal gebildet wird, wenn das Nutzsignal mit dem Bezugssignal verglichen und wenn in Abhängigkeit von der Differenz dieser beiden Signale das pulsförmige Ausgangs­ signal, welches das aufbereitete Sensorsignal darstellt, erzeugt wird.

Die besondere Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß dar­ in, daß in dem Eingangsschaltkreis, nämlich zwischen dem Drehzahlsensor und den Verstärker- und Impulsgeberschal­ tungen, eine Siebschaltung eingefügt ist, die den Tiefpaß zur Dämpfung der hochfrequenten Störsignale, der das Nutzsignal bildet, und einen Tiefpaß zur Gewinnung eines Bezugssignals enthält, und daß die mit den beiden Tief­ pässen gewonnenen Signale, nämlich das Nutz- und das Be­ zugssignal, einem Komparator zuführbar sind, dessen Aus­ gangssignal das aufbereitete Sensorsignal darstellt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen bei Verwendung für eine schlupfgeregelte Fahrzeug-Bremsanlage vor allem in der Verringerung des Aufwandes zur Messung der Radge­ schwindigkeiten und zur Übertragung dieser Informationen zu dem zugehörigen elektronischen Regler. Da mit Hilfe der Erfindung das die Drehzahl wiedergebende Nutzsignal selbst bei geringer Amplitude von den hochfrequenten Störsignalen und den Spannungsschwankungen infolge von Exzentrizitäten usw. eindeutig zu trennen sind, genügen nunmehr vergleichsweise einfache Drehzahlsensoren, die außerdem größere Fertigungs- und Montagetoleranzen zulas­ sen. Anstelle von geschirmten Leitungen können nunmehr ungeschirmte Leitungen zum Anschluß der Sensoren an die Elektronik verwendet werden. Dies alles führt zu erheb­ lich geringerem Herstellungsaufwand und zu einer verbes­ serten Funktionsweise.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird bei der Bildung des digitalen Aus­ gangssignals zwischen dem Steuersignal, nämlich der Dif­ ferenz zwischen dem Nutz- und dem Bezugssignal, und dem Umschalten des Ausgangssignals eine Hysterese erzeugt.

Eine weitere wichtige Ausführungsart der Erfindung be­ steht darin, daß das Bezugssignal, sobald die Differenz zwischen dem Nutz- und dem Bezugssignalpegel einen vorge­ gebenen Schwellwert überschreitet, dem Nutzsignal dyna­ misch nachgeführt wird. Für die Auslegung der Filter im Eingangsschaltkreis ist dies von entscheidendem Vorteil, was im folgenden noch näher erläutert wird.

Die Grenzfrequenz des Tiefpasses zur Dämpfung der Störsi­ gnale und Bildung der Nutzsignale liegt zweckmäßigerweise im Nutzfrequenzband und ist derart gewählt, daß oberhalb der Grenzfrequenz die Amplituden der Nutzsignale - die am Ausgang des Drehzahlsensors proportional zur Drehzahl an­ steigen - annähernd gleich sind.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Schaltungsanordnung sind das Nutzsignal und das Be­ zugssignal den beiden Eingängen eines Komparators zuführ­ bar. Zwischen den Tiefpässen und dem Komparator ist zweckmäßigerweise jeweils ein Impedanzwandler eingefügt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung be­ steht darin, daß in den Signalleitungen zwischen den Im­ pulswandlern und dem Komparator ein Widerstand eingefügt ist, über den mit Hilfe eines durch das Ausgangssignal des Komparators gesteuerten Differenzverstärkers und ei­ ner Stromspiegelschaltung eine Differenzspannung erzeug­ bar ist, die dem Ansteuersignal des Komparators, nämlich der Differenz zwischen dem Nutz- und dem Bezugsignal, entgegengerichtet ist und dadurch die Schalthysterese hervorruft.

Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, daß das Bezugssi­ gnal in Abhängigkeit von der Amplitude des Nutzsignals variierbar ist. Mit Hilfe einer Anpassungsschaltung, die nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes bzw. Differenzwertes zwischen dem Nutz- und dem Bezugssi­ gnalpegel in Funktion tritt, läßt sich erreichen, daß das Bezugssignal dem Nutzsignal dynamisch nachführbar ist. Zur Erzeugung des für die Nachführung maßgeblichen Diffe­ renz-Schwellwertes kann in der zu der Anpassungsschaltung führenden Signalleitung ein Widerstand eingefügt sein, über den mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung und eines von dem Ausgangssignal des Komparators gesteuerten Diffe­ renzverstärkers eine dem Nutzsignal entgegengerichtete Schwellspannung erzeugbar ist.

Die Anpassungsschaltung kann einen Proportionalverstärker enthalten, der über ein nachgeschaltetes Netzwerk eine von der Differenz zwischen dem Nutzsignal- und dem Be­ zugssignalpegel abhängige Regelgröße erzeugt, die zu dem das Bezugssignal bildenden Tiefpaß-Schaltkreis zurück­ führbar ist.

Nach einer weiteren Ausführungsart der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist zur Eigenüberwachung der Funk­ tionsfähigkeit eine Zusatzschaltung vorhanden, die eine Eigenschwingung der Auswerteschaltung mit einer unterhalb des Nutzfrequenzbandes liegenden Frequenz auslöst. Bei Kurzschluß oder bei Unterbrechung der zum Drehzahlsensor führenden Signale wird durch die Zusatzschaltung die Ei­ genschwingung unterbunden.

Die Zusatzschaltung besitzt zweckmäßigerweise einen mit Hilfe eines Oszillators oder Taktgebers ständig weiterge­ schalteten Zähler, der durch das Ausgangssignal des Kom­ parators zurückstellbar ist und der bei Erreichen einer vorgegebenen Zahl über einen Impulsgeber einen einem Nutzsignal ähnlichen Impuls in den Eingangsschaltkreis eingibt und dadurch einen den Zähler zurückstellenden Im­ puls am Ausgang des Komparators auslöst. Auf diese Weise wird, solange das Fahrzeug steht und daher kein Radsen­ sorimpuls entsteht, die gesamte Triggerschaltung dyna­ misch auf Funktionsfähigkeit überprüft.

Ferner läßt sich zur Überwachung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung eine Konstantstromquelle vorsehen, die in einem Eingangsnetzwerk eine Spannungsverteilung her­ vorruft, welche bei Unterbrechung der zu dem Drehzahlsen­ sor führenden Leitung oder bei Kurzschluß Grenzwerte überschreitet und dadurch die Eigenschwingung und/oder die Impulseinspeisung in den Eingangsschaltkreis, die die Eigenschwingung auslöst, unterbindet.

Die erfindungsgemäße Zusatzschaltung führt somit sowohl bei einem Kurzschluß im Sensorkreis als auch bei einer Leitungsunterbrechung und/oder bei einem Defekt in der Auswerteschaltung zum Anhalten der Eigenschwingung und

damit zur Fehleranzeige. Hierzu sind keine zusätzlichen Signalleitungen oder sonstige Hilfsmittel erforderlich,

was einen erheblichen Fortschritt gegenüber bekannten Sy­ stemen dieser Art darstellt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Abbildung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.

Es zeigt

Fig. 1 das elektrische Schaltbild einer an einem Dreh­ zahlsensor angeschlossenen Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 im Diagramm vereinfacht den Signalverlauf I 1 an der Klemme E 1,

Fig. 3 in gleicher Darstellungweise wie Fig. 2 den gleichzeitigen Signalverlauf I 2 an E 2,

Fig. 4 in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 2 und Fig. 3, jedoch in geändertem Maßstab und bei einem an­ deren Sensorsignal, eine Gegenüberstellung der Signalverläufe an verschiedenen Meßpunkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

Fig. 5 ein weiteres Diagramm des Signalverlaufs an ver­ schiedenen Meßpunkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, und

Fig. 6 in schematisch vereinfachter Darstellung einer Zusatzschaltung in Verbindung mit der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 enthält in diesem Ausführungsbeispiel die er­ findungsgemäße Schaltungsanordnung einen Eingangsschalt­ kreis mit zwei Tiefpässen TP 1, TP 2, die jeweils aus einem ohmschen Serienwiderstand R 1 bzw. R 2 und einem Kondensa­ tor C 1 bzw. C 2, über den ein Stromweg zur Masse führt,

bestehen. An der Eingangsklemme K 1 ist über eine Signal­ leitung, hier ein ungeschirmtes Kabel 1, ein Drehzahlsen­ sor 2 angeschlossen. 3 symbolisiert die Induktivität, 4 den ohmschen Innenwiderstand des Drehzahlsensors 2, an dessen Anschlußklemme K 2 eine Wechselspannung mit den In­ formationen über die zu messende Drehzahl abzugreifen ist.

Die beiden Tiefpässe TP 1, TP 2 bestehen hier jeweils aus einem Spannungsteiler R 1, C 2, die hintereinandergeschaltet sind. Das Verhältnis der Wechselstromwiderstände von R 1 zu C 1 ist so gewählt, daß C 1 für hochfrequente Störsigna­ le, nicht jedoch für Signale im Nutzfrequenzband, prak­ tisch einen Kurzschluß bedeutet. Der Wechselstrom-Wider­ stand von C 2 im Vergleich zu R 2 ist dagegen selbst für Nutzsignale gering, damit nur Signale mit der sehr nied­ rigen Frequenz von einigen Hz, wie sie z.B. durch eine exzentrische Lagerung der die Impulse induzierenden Zahn­ scheibe hervorgerufen wird, bis zur Klemme E 2 gelangen können. An der Klemme E 1 liegt dagegen das von den hoch­ frequenten Störsignalen befreite Nutzsignale an.

Die Ausgangssignale der Tiefpässe TP 1, TP 2 werden über Im­ pedanzwandler 5,6, dies sind hier rückgekoppelte Analog­ verstärker, einem Komparator 7 zugeführt, an dessen Aus­ gang A 7 das pulsförmige Ausgangssignal ansteht, welches das aufbereitete Sensorsignal, nämlich das Meßsignal des Sensors 2 darstellt und zur Weiterverarbeitung von der Klemme K 3 abgegriffen werden kann. Es handelt sich hier um ein binäres Signal, da lediglich die Schaltzustände "high" (H) und "low" (L) des Komparators 7 ausgewertet werden.

Der Komparator 7 vergleicht also das an dem Ausgang A 5 des Wandlers 5 anstehende Nutzsignal mit dem Ausgangssi­ gnal des Wandlers 6, das als Bezugssignal dient. Aller­ dings ist bei der Bildung des Differenzsignales noch der Spannungsabfall über einen Widerstand RHY zu berücksich­ tigen, der beim Vorzeichenwechsel der Differenzspannung die Umschaltung des Komparators 7 verzögert und somit ei­ ne Hysterese erzeugt. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe des Differenzverstärkers 8, der von dem Ausgangssignal des Komparators 7 gesteuert wird, und mit Hilfe der Strom­ spiegelschaltung 9 eine Hysteresespannung am Widerstand RHY erzeugt. Solange nämlich das Nutzsignal am Ausgang A 5 das Bezugssignal an A 6 zuzüglich der Hysteresespannung RHY übersteigt, und somit am Ausgang A 7 des Komparators 7 ein H-Signal ansteht, ist der Transistor 10 des Diffe­ renzverstärkers 8 durchgeschaltet, der zweite Transistor 11 des Verstärkers 8 dagegen gesperrt, so daß von dem Im­ pedanzwandler 6 über den Hysteresewiderstand RHY, über den Transistor 10 und über den Transistor 12 im Emitter des Differenzverstärkers 8 ein Strom konstanter Höhe ge­ leitet wird, der die Hysteresespannung über RHY erzeugt. Mit I _REF ist ein Basisstrom kontanter Höhe symboli­ siert, der in bekannter Weise in integrierten Schaltungen der hier verwendeten Art einen konstanten Kollektorstrom im Transistor 12 und in den parallel geschalteten Transi­ storen hervorruft. In dieser Phase ist wegen der Sperrung des Transistors 11 auch der Transistor 13 der Stromspie­ gelschaltung 9 stromlos.

Nach dem Vorzeichenwechsel an den Eingängen des Kompara­ tors 7 und Umschalten dieses Komparators wird durch das L-Signal am Ausgang A 7 der Differenzverstärker 8 umge­ steuert. Nunmehr fließt über den Transistor 13 der Strom­ spiegelschaltung 9 ein Hysteresestrom vorgegebener Größe zum Impedanzwandler 6 und erzeugt eine Hysteresespannung umgekehrter Richtung über den Hysteresewiderstand RHY. Auch in dieser Phase ist die Hystreresespannung somit dem Nutzsignal, das am Ausgang A 5 zur Verfügung steht, entge­ gengerichtet.

Ein dem Verstärker 8 ähnlicher Differenzverstärker 14 mit der zugehörigen Stromspiegelschaltung 15, die der Schal­ tung 9 gleicht, dient zur Erzeugung eines Nutzsignal- Schwellwertes über einem ohmschen Widerstand RGAP. Wie­ derum wird bei einem H-Signal am Ausgang A 7 des Kompara­ tors 7 ein Transistor 16 des Verstärkers 14 durchgeschal­ tet und dadurch ein Stromfluß vorgegebener Höhe von dem Impedanzwandler 5 über den Widerstand RGAP und über die Transistoren 16, 19 herbeigeführt. Der Transistor 18 der Stromspiegelschaltung 15 ist in dieser Phase ebenso wie der zweite Transistor 17 des Verstärkers 14, dessen Basis auf einem vorgegebenen Potential festgehalten wird, ge­ sperrt. Ein L-Signal am Ausgang A 7 des Komparators 7 führt dagegen zum Sperren des Transistors 16, zum Durch­ schalten der Transistoren 17 und 18 und dadurch zu einem Strom bestimmter Stärke über den Kollektor des Transi­ stors 18, über den Widerstand RGAP, der den Schwellwert bestimmt, zum Impedanzwandler 5.

Über einen weiteren Verstärker 20, an dessen Eingang E 20 das um den Spannungsabfall über RGAP reduzierte Nutzsi­ gnal ansteht, und über ein nachgeschaltetes Netzwerk 21 wird erfindungsgemäß das Bezugssignal dem Nutzsignal dy­ namisch nachgeführt. Hierzu wird je nach Vorzeichen der Spannung am Ausgang A 20 des Verstärkers 20, entweder über einen Transistor 22 und eine Diode D 23 oder über einen Transistor 24 und eine Diode D 25 sowie über einen Wider­ stand R 26 eine vom Nutzsignal abhängige Regelgröße, hier ein dem Nutzsignal proportionaler Strom erzeugt und zur Nachführung des Bezugssignals zu dem Eingang E 6 des Impe­ danzwandlers 6 zurückgeführt. Der Stromweg über den Tran­ sistor 22 und die Diode 23 bzw. über den Transistor 24 und die Diode 25 des Netzwerks 21 wird ebenfalls mit Hil­ fe des Ausgangssignals, das am Ausgang A 7 des Komparators 7 ansteht und über die Transistoren 27, 28 und 29 geschal­ tet. Solange an dem Ausgang A 7 ein H-Signal ansteht, ist der Transistor 27 durchlässig und dadurch ein Stromweg über den Transistor 22 und die Diode 23 freigegeben, wäh­ rend ein L-Signal am Ausgang A 7 einen Stromfluß über die Transistoren 28 und 29 zuläßt, so daß nunmehr der Strom­ weg über den Transistor 24 und die Diode D 25 freigegeben wird. Im Emitterkreis der Transistoren 27, 28 ist eine Konstantstromquelle 37 eingefügt.

Die Anpassungsschaltung zur dynamischen Nachführung des Bezugssignals besteht somit im wesentlichen aus dem Ana­ logverstärker 20 und dem nachgeschalteten Netzwerk 21, das die rückführbare Regelgröße erzeugt.

Eine Konstantstromquelle 30 am Eingang des Impedanzwand­ lers 5, der das Nutzsignal verarbeitet, dient einerseits zum Einstellen des Arbeitspunktes des Wandlers 5 und zum anderen, wie anhand der Fig. 3 beschrieben wird, zur Er­ zeugung einer Spannungsverteilung im Eingangskreis, die erkennen läßt, wenn der Anschluß zum Sensor 2 unterbro­ chen ist oder wenn ein Kurzschluß vorliegt.

Zur Energieversorgung der Schaltung nach Fig. 1 ist eine Quelle VCC vorgesehen, die gegenüber dem Masseanschluß positiv ist. Die Anschlußleitungen zur Stromversorgung sind mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 dienen die Diagramme in den Fig. 2 bis 5.

Die Fig. 2 und 3 beziehen sich auf eine Situation, in der das Rad, an dem der Sensor 2 befestigt ist, zunächst mit einer mittleren, annähernd konstanten Geschwindigkeit ro­ tiert und etwa zum Zeitpunkt t ₁ beschleunigt wird. Am Eingang E 5 liegt ein durch den Tiefpaß TP 1 von hochfre­ quenten Störsignalen befreites Nutzsignal I 1 an, das eine Frequenz aufweist, die von der Geschwindigkeit der die Spule 3 des Sensors 2 passierenden (nicht gezeigten) ge­ zahnten Peripherie der Zahnscheibe abhängig ist. Dem Si­ gnal Il ist hier außerdem eine Schwingung vergleichsweise geringer Frequenz, z.B. einige Hertz, überlagert, die die Aufbereitung und Auswertung mit herkömmlichen Schaltungs­ anordnungen sehr erschweren würde.

An dem Eingang E 6 des zweiten Impedanzwandlers, also am Ausgang des Tiefpasses TP 2, liegt das erfindungsgemäß verwendete Bezugssignal I 2 an, das, wie Fig. 3 zeigt, die langsame, niederfrequente Änderung des Signales I 1 wie­ dergibt, der Schwingungen mit der Nutzfrequenz nur noch in sehr stark gedämpfter Form überlagert sind. Die Dia­ gramme nach den Fig. 2 und 3 wurden gleichzeitig gemessen und mit gleichem Maßstab über der gleichen Zeitachse wie­ dergegeben.

In Fig. 4 sind die Signalverläufe an verschiedenen Punk­ ten der Schaltung gegenübergestellt. Zur Darstellung wur­ de eine Situation mit konstanter Radgeschwindigkeit ge­ wählt. Die Kurve "1" zeigt den Signalverlauf I 1 am Ein­ gang E 5 und außerdem einen Signalverlauf I 2′, der am Ein­ gang E 6 zu messen wäre, wenn die Anpassungsschaltung 20, 21 außer Funktion gesetzt bzw. die Rückführung des Si­ gnals über den Widerstand R 26 unterbrochen wäre. Die Dif­ ferenz zwischen diesen beiden Signalen hätte dann das Aussehen der Kurve "2". Infolge der Anpassungsschaltung 20, 21, die eine dynamische Nachführung des Bezugssignales bewirkt, stellt sich jedoch der Signalverlauf "3" ein. Die gestrichelte Kennlinie gibt das durch die Nachführung angepaßte Bezugssignal I 1 wieder, so daß nunmehr die Dif­ ferenz I 1 -I 2, dargestellt in Kurve "4", viel geringer wird.

In vergrößertem Maßstab sind nochmals in Fig. 5 die Si­ gnalverläufe I 1 und I 2, die sowohl an den Klemmen E 5, E 6 als auch an A 5, A 6 zu messen sind, gegenübergestellt. In dem hier dargestellten Beispiel ergibt sich in der Zeit­ spanne T _S , z.B. infolge einer Zahnbeschädigung, kurz­ zeitig eine erhebliche Abweichung der Sensor-Ausgangs­ spannung. Durch die erfindungsgemäße dynamische Nachfüh­ rung des Bezugssignals I 2 wird jedoch dieser Fehler bei der Aufbereitung der Sensorspannung eliminiert, so daß diese Beeinträchtigung am Ausgang K 2 der Aufbereitungs­ schaltung, wie das in Fig. 5 wiedergegebene binäre Aus­ gangssignal zeigt, nicht in Erscheinung tritt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der dynamischen Nach­ führung des Bezugssignals besteht darin, daß die Grenz­ frequenz des Tiefpasses TP 1 mit dem Ziel einer wirkungs­ vollen Dämpfung hochfrequenter Störsignale relativ nie­ drig gewählt werden kann. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem mit der erfindungsgemäßen Schal­ tung Nutzsignale im Bereich bis etwa 4 kHz ausgewertet werden sollten, wurde die Grenzfrequenz des Tiefpasses TP 1 auf 800 Hz festgelegt. Die Verwendung eines solchen Tiefpasses hat jedoch eine hohe Dämpfung der Nutzsignale oberhalb der Grenzfrequenz, also im Frequenzbereich zwi­ schen 800 Hz und 4 kHz zur Folge. Niederfrequente Stör­ signale, die beispielsweise auf die bereits erwähnte ex­ zentrische Lagerung des Sensor-Zahnrades - solche Exzen­ tritäten lassen sich in der Praxis kaum vermeiden - zu­ rückgehen und deren Frequenzen unterhalb der Grenzfre­ quenz des Tiefpaßfilters TP 1 liegen, werden durch eine derartige Auslegung des Tiefpasses gewissermaßen hervor­ gehoben. Bei einem Nutzsignal von vier Kilohertz, das durch ein Geberrad mit 100 Zähnen induziert wurde, liegt die Frequenz des durch exzentrische Lagerung bedingten niederfrequenten Störsignals bei 40 Hz. Durch die erfin­ dungsgemäße dynamische Nachführung, die anhand der Figu­ ren 4 und 5 veranschaulicht wurde, folgt das Bezugssignal dem Nutzsignal, so daß trotz der hohen Dämpfung des Nutz­ signals durch den Tiefpaß TP 1 eine einwandfreie Auswer­ tung des Nutzsignals bzw. Umwandlung in ein entsprechen­ des Rechtecksignal am Ausgang A 7 des Komparators 7 ge­ währleistet ist. Ohne die beschriebene Nachführungsschal­ tung müßte die Grenzfrequenz des Tiefpasses TP 1 wesent­ lich höher, nämlich im Bereich der maximalen Nutzfrequenz liegen, was eine erheblich größere Empfindlichkeit gegen hochfrequente Störimpulse zur Folge hätte.

Fig. 6 gibt die bereits anhand der Fig. 1 erläuterte Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer zusätzlichen Überwachungsschaltung 31 wieder.

Diese Zusatzschaltung enthält zunächst einen Zähler 32, der von einem Oszillator oder Taktgeber 33 angesteuert und ständig weitergeschaltet wird. Sobald eine vorgegebe­ ne Zahl Q _n erreicht wird, führt dies zur Auslösung ei­ nes Impulses, dem ein Impulsgenerator 34 über die Kon­ stantstromquelle 30 - siehe Fig. 1 - in den Eingangs­ schaltkreis der Überwachungsschaltung einspeist. Die Aus­ werteschaltung reagiert ähnlich wie auf ein Nutzsignal. An den Eingängen E 5, E 6 entsteht eine Spannungsdifferenz, die über die Impedanzwandler 5, 6 zur Umschaltung des Kom­ parators 7 führt. Da der Ausgang A 7 des Komparators 7 über eine Anpassungsstufe 35, die je nach spezieller Aus­ führungsart der Schaltung eine Differenzierung des Si­ gnals, eine Verzögerung oder eine Negation bewirkt, mit dem Zähler 32 verbunden ist, wird durch den Impuls an A 7 der Reset-Eingang R angesteuert und dadurch der Zähler 32 zurückgestellt. Der Zählvorgang Q _n beginnt von neuem. Das ganze Gebilde, d. h. die beschriebenen Baustufen der Zusatzschaltung 31 und die Auswerteschaltung, stellt so­ mit einen Oszillator dar, der, solange kein vorrangiges Signal des Drehzahlsensors 2 eingespeist wird, mit einer vorgegebenen Eigenfrequenz schwingt. Die Frequenz liegt unterhalb des Nutzfrequenzbandes. Eine Unterbrechung der Eigenschwingung würde auf einen Defekt hinweisen.

Die Zusatzschaltung 31 dient auch zum Feststellen einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses im Signalweg von dem Drehzahlsensor 2 zu der Auswerteschaltung. Hierzu wird die Spannungsverteilung, die durch den mit Hilfe der Konstantstromquelle 30 eingespeisten Strom über den Wi­ derständen R 1, R 2 unter Berücksichtigung des Innenwider­ standes R 4 des Sensors 2 entsteht, überwacht. Ein Span­ nungsfenster-Diskriminator 36 ist hierzu an den Bezugssi­ gnal-Eingang E 2 angeschlossen und verhindert, wenn die Spannung an dem Eingang E 2 aus dem vorgegebenen "Fenster" herausfällt, eine Impulsabgabe aus der Zusatzschaltung 31 in die Konstantstromquelle 30. Hierzu ist der Diskrimina­ tor 36 an den Enable-Eingang des Impulsgenerators 34 an­ geschlossen. Ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung des Sensoranschlusses führt also ebenfalls zum Anhalten der über die Schaltung 31 erzeugten Eigenschwingung.

Claims (17)

1. Verfahren zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines Drehzahlsensors, das in Form einer in der Frequenz und in der Amplitude von der Drehzahl abhängigen Wechselspannung vorliegt, bei dem in einem Eingangs­ schaltkreis die hochfrequenten Störsignale gedämpft, das Nutzsignal verstärkt und in ein pulsförmiges Aus­ gangssignal umgewandelt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Eingangsschaltkreis mit Hilfe eines Tiefpasses (TP 2), dessen Grenzfrequenz unterhalb des Nutzfrequenzbandes liegt, ein Bezugssi­ gnal (I 2) gebildet wird, daß das Nutzsignal (Il) mit dem Bezugssignal (I 2) verglichen und daß in Abhängig­ keit von der Differenz dieser beiden Signale das pulsförmige, das aufbereitete Sensorsignal darstel­ lende Ausgangssignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Bildung des pulsförmi­ gen Ausgangssignals zwischen dem Steuersignal, näm­ lich der Differenz zwischen den Nutz- und Bezugssi­ gnalen (I 1, I 2), und dem Umschalten des Ausgangssi­ gnals eine Hysterese erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bezugssignal (I 2), sobald die Differenz zwischen dem Nutzsignal und dem Bezugssignalpegel einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, dem Nutzsignal (I 1) dynamisch nachge­ führt wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, mit einem Tiefpaß im Eingangsschaltkreis zur Dämpfung hochfrequenter Stör­ signale und mit Verstärker- und Impulsgeberschaltun­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Eingangsschaltkreis, nämlich zwischen dem Dreh­ zahlsensor (2) und den Verstärker- und Impulsgeber­ schaltungen, eine Siebschaltung (TP 1, TP 2, 5, 6) einge­ fügt ist, die den Tiefpaß (TP 1) zur Dämpfung der hochfrequenten Störsignale, der das Nutzsignal (I 1) bildet, und einen Tiefpaß (TP 2) zur Gewinnung eines Bezugssignals enthält, und daß die mit den beiden Tiefpässen gewonnenen Signale, nämlich das Nutz- und das Bezugssignal, einem Komparator (7) zuführbar sind, dessen Ausgangssignal das aufbereitete Sensor­ signal darstellt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Tiefpasses (TP 2) zur Bildung des Bezugssignals (I 2) unter der niedrigsten Nutzfrequenz des Sensorsignals liegt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des Tiefpasses (TP 1) zur Dämpfung der hochfrequenten Störsignale im Nutzfrequenzband liegt und derart ge­ wählt ist, daß oberhalb der Grenzfrequenz die Ampli­ tuden der Nutzsignale (11) annähernd gleich sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Nutz­ signal (I 1) und das Bezugssignal (I 2) den beiden Ein­ gängen eines Komparators (7) zuführbar sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Tiefpäs­ sen und dem Komparator (7) jeweils ein Impedanzwand­ ler (5, 6) eingefügt ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Signalleitungen zwischen den Impulswandlern (5, 6) und dem Komparator (7) ein Widerstand (RHY) eingefügt ist, über dem mit Hilfe eines durch das Ausgangssignal des Komparators (7) gesteuerten Differenzverstärkers (8) und einer Stromspiegelschaltung (9) eine Differenzspannung er­ zeugbar ist, die dem Ansteuersignal des Komparators (7), nämlich der Differenz (I 1-I 2) zwischen dem Nutz­ und dem Bezugssignal, entgegengerichtet ist und da­ durch eine Schalthysterese hervorruft.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Be­ zugssignal (I 2) in Abhängigkeit von der Amplitude des Nutzsignals (I 1) variierbar ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bezugssignal (I 2) mit Hilfe einer Anpassungsschaltung (20, 21), die nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes bzw. Differenzwertes zwischen dem Nutz- und dem Be­ zugssignal in Funktion tritt, dem Nutzsignal (I 1) dy­ namisch nachführbar ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erzeugung des für die Nachführung maßgeblichen Schwellwertes bzw. Dif­ ferenzwertes in der zu der Anpassungsschaltung (20, 21) führenden Signalleitung ein Widerstand (RGAP) eingefügt ist, über den mit Hilfe einer Stromspiegel­ schaltung (15) und eines von dem Ausgangssignal des Komparators (7), der Nutz- und Bezugssignal ver­ gleicht, gesteuerten Differentialverstärkers (14) ei­ ne dem Nutzsignal (I 1) entgegengerichtete Schwell­ spannung erzeugbar ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anpas­ sungsschaltung (20, 21) einen Verstärker (20) enthält, der über ein nachgeschaltetes Netzwerk (21) eine von der Differenz zwischen dem Nutzsignal- und dem Be­ zugssignalpegel abhängige Regelgröße erzeugt, die zu dem das Bezugssignal (I 2) bildenden Tiefpaß-Schalt­ kreis (TP 2, 6) zurückführbar ist.

14. Schaltungsanordung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ei­ genüberwachung der Funktionsfähigkeit eine Zusatz­ schaltung (31) vorhanden ist, die eine Eigenschwin­ gung der Auswerteschaltung mit einer unterhalb des Nutzfrequenzbandes liegenden Frequenz auslöst.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung der zum Drehzahlsensor (2) führen­ den Signalleitung (1) die Eigenschwingung unter­ bindet.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatz­ schaltung (31) einen mit Hilfe eines Oszillators oder Taktgebers (33) ständig weitergeschalteten Zähler (32) besitzt, der durch das Ausgangssignal des digi­ talen Komparators (7) zurückstellbar ist und der bei Erreichen einer vorgegebenen Zahl (Qn) über einen Im­ pulsgeber (34) einen einem Nutzsignal ähnlichen Im­ puls in den Eingangsschaltkreis eingibt und dadurch einen den Zähler (32) zurückstellenden Impuls auslöst.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (30) vorgesehen ist, die in einem Eingangsnetzwerk eine Spannungsverteilung hervorruft, die bei Unterbrechung der zu dem Drehzahlsensor (2) führenden Leitung (1) oder bei Kurzschluß Grenzwerte überschreitet und dadurch die Eigenschwingung und/ oder die Impulseinspeisung in den Eingangsschaltkreis unterbindet.