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