DE4033740A1 - Schaltungsanordnung zur aufbereitung des ausgangssignals eines drehzahlsensors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines Drehzahlsensors, z. B. des Radsensors eines Kraftfahrzeuges, dessen Frequenz zur Bestimmung der Radgeschwindigkeit ausgewertet wird, dessen Amplitude jedoch ebenfalls von der Radgeschwindig­ keit abhängig ist, mit einer Triggerschaltung, deren "Hy­ sterese" oder Triggerschwellen steuerbar sind, und mit Schaltkreisen zur Ermittlung eines Kopplungsfaktors, der multipliziert mit der der Drehzahl entsprechende Frequenz des Sensorsignals die Amplitude des Sensor-Ausgangssignals ergibt, sowie mit Schaltkreisen zur Einstellung der "Hyste­ rese" der Triggerschaltung in Abhängigkeit von dem Kopp­ lungsfaktor, nach Patent ... (Patentanmeldung P 39 36 831.9).

Die Drehzahl eines Rades oder einer Welle läßt sich be­ kanntlich mit Hilfe einer Zahnscheibe, die mit dem Rad oder mit der Welle umläuft, und eines feststehenden induktiven Meßwertaufnehmers ermitteln. Die rotierende Zahnscheibe in­ duziert hierbei in der Spule des Meßwertaufnehmers eine Wechselspannung, deren Frequenz von der Zähnezahl und der Drehbewegung abhängig ist, und die daher zur Ermittlung der Drehbewegung angegriffen sowie ausgewertet werden kann. Es sind jedoch nicht nur die Frequenz, sondern auch die Ampli­ tude des Ausgangssignals, das der Meßwertaufnehmer bzw. Radsensor abgibt, von der Drehbewegung abhängig. Bei lang­ samen Drehbewegungen ist die Amplitude so gering, daß die Trennung des Nutzsignals von den unvermeidlichen Störungen Schwierigkeiten bereitet.Da die Signalamplitude sehr stark von dem Luftspalt zwischen der Zahnscheibe und dem Meßwert­ aufnehmer abhängt und Fertigungstoleranzen eingeräumt wer­ den müssen, kann die Amplitude des Sensor-Ausgangssignals bei gleicher Drehbewegung sehr unterschiedliche Werte an­ nehmen. Man war daher bisher gezwungen, sehr enge Ferti­ gungstoleranzen vorzuschreiben, den Luftspalt nach der Mon­ tage und bei der Erwartung des Fahrzeugs nachzustellen und durch entsprechende Auslegung der Sensorsignal-Aufberei­ tungsschaltung die Auswirkungen der starken Abhängigkeit der Signal-Amplitude von der Drehzahl auszugleichen.

Nach dem vorgenannten Hauptpatent wurde bereits vorgeschla­ gen, die "Hysterese" bzw. die Schwellwerte der Trigger­ schaltung, der das Sensorausgangssignal zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Kopplungsfaktor einzu­ stellen. Hierzu wurde diese Schaltungsanordnung zur Aufbe­ reitung des Sensorausgangssignals mit Schaltkreisen ausge­ rüstet, die aus der Signalfrequenz, die der Drehzahl pro­ portional ist, und aus der Signalspannung den Kopplungsfak­ tor ermitteln und die nach "Bewertung" des gemessenen Fak­ tors unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit die Hysterese der Triggerschaltung beeinflußten. Dabei wurde die Messung des Kopplungsfaktors bei höherer Geschwindig­ keit als "sicherer" bewertet, weshalb der Einfluß der Mes­ sung auf die Hysterese-Nachführung bei höherer Radgeschwin­ digkeit stärker ausgelegt war als bei geringerer Radge­ schwindigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und zuverlässige Schaltungsanordnung zur Einstellung der Hysterese der Triggerschaltung anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart ausgelegt, daß zur Ermittlung des Kopplungsfaktors und zur Einstellung der Hysterese der Triggerschaltung Schwellwerte für das Ausgangssignal des Drehzahlsensors vorgegeben sind und daß beim Anfahren des Fahrzeugs aus der die Radgeschwindigkeit wiedergebenden Frequenz des Sensorsignals zum Zeitpunkt des Erreichens der Schwellwerte der Kopplungsfaktor bestimmt wird. Zweckmäßi­ gerweise definieren die Schwellwerte positive und negative Abweichungen der Amplitude des Drehzahlsensor-Ausgangssi­ gnals von einem durch Vorspannung festgelegten Nullpunkt oder Arbeitspunkt.

Erfindungsgemäß werden also für das Ausgangssignal des Drehzahlsensors Schwellwerte bzw. ein positiver und ein ne­ gativer Schwellwert festgelegt und die "Hysterese" der Triggerschaltung eingestellt, sobald beim Anfahren des Fahrzeugs das Ausgangssignal des Sensors diese Trigger­ schwellen erreicht. Da das Wechselsignal am Ausgang des Drehzahlsensors, z. B. durch Variation des Luftspalts infol­ ge einer Exzentrizität oder durch eine Störung, verzerrt sein kann, wird nach einem vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung die "Hysterese"-Einstellung erst her­ vorgenommen, wenn während einer Periode sowohl der positive als auch negative Schwellwert erreicht bzw. überschritten werden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, ein Rechenwerk oder einen Mikroprozessor zu verwenden, dem ein von dem Ausgangssignal des Drehzahlsensors abgeleitetes Wechselsi­ gnal, dessen Frequenz die Radgeschwindigkeit wiedergibt, zugeleitet wird, dem außerdem das Erreichen der vorgegebe­ nen Schwellwerte beim Anfahren des Fahrzeuges signalisiert wird, der aus der Radgeschwindigkeit beim Erreichen der Schwellwerte den tatsächlichen Kopplungsfaktor ermittelt und der ein Signal zur Einstellung der Hysterese in Abhän­ gigkeit von dem Kopplungsfaktor abgibt.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann derart aus­ gelegt sein, daß die Hysterese-Einstellung bei jedem Anfah­ ren des Fahrzeugs wiederholt wird. Andererseits könnte es jedoch auch zweckmäßig sein und genügen, die Hysterese-Ein­ stellung durch regelmäßig wiederkehrende Vorgänge, z. B. bei jedem Starten des Kraftfahrzeug-Motors, und anschließendem Anfahren des Fahrzeugs zu initiieren.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anmeldungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der beigefügten Schaltungsanordnung und aus den Diagrammen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsart einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

Fig. 2 in Diagrammen den Signalverlauf an den angegebenen Meßpunkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Schaltungsanordnung dient zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines Radsensors 1. Solche Radsensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeuge einge­ baut und sind Bestandteile eines Antiblockiersystems, einer Antriebsschlupfregelung oder liefern Informationen für eine elektronische Fahrwerkregelung.

Das Ausgangssignal des Sensors 1 wird einer Triggerschal­ tung 2, die einen Komparator 3 mit einem steuerbaren Rück­ kopplungsschaltkreis 4 enthält, zugeführt. Mit Hilfe des Rückkopplungsschaltkreises 4 werden die Triggerschwellen bzw. die Hysterese der Triggerschaltung 2 eingestellt.

Der Arbeitspunkt oder Nullpunkt des Sensors 1 wird im vor­ liegenden Fall durch einen Spannungsteiler R1, R2, der an einer stabilisierten Gleichspannung +U_B liegt, festge­ legt. Das von den Klemmen K1, K2 abgreifbare Ausgangssignal des Radsensors 1 ist in der Praxis eine annähernd symme­ trisch um diesen Nullpunkt schwingende Sinusspannung. Ein weiterer Spannungsteiler R3, R4, R5, der ebenfalls an der Spannungsquelle +U_B angeschlossen ist, definiert einen positiven und einen negativen Schwellwert U_S1, U_S2 - siehe Fig. 2 -, dessen Überschreitung bzw. Unterschreitung mit Hilfe von Komparatoren 5, 6 festgestellt und signali­ siert wird. In einem Ausführungsbeispiel lag das Potential an der Klemme K2 auf +2,5 V, die Schwellwerte U_S1 bzw. U_S2 an der Klemme K3 auf +3,5 V , an K4 auf 2,5 V. Folg­ lich mußte die Amplitude des Ausgangssignals des Radsensors bezogen auf dem Arbeitspunkt +1 V und -1 V erreichen, um ein Ausgangssignal an den Komparatoren 5, 6 bzw eine Aus­ gangssignaländerung hervorzurufen.

Mit 7 und 8 sind Trennstufen oder Impedanzwandler bezeich­ net, die eingefügt sind, um Rückwirkungen auf den Ausgang des Sensors 1 durch die Hystereseeinstellung zu vermeiden.

Zwischen den Ausgängen A2 und A3 der Komparatoren 5 bzw. 6 und einem Mikroprozessor 9 sind einige Kippstufen und Gat­ ter eingefügt, über die dem Mikroprozessor 8 "Schwellener­ kennung" (SE) signalisiert wird, sobald der positive und negative Schwellwert, auf den die Komparatoren 5, 6 einge­ stellt sind, während einer Periode erreicht oder überschritten sind.

Die Ausgänge A2 und A3 der Komparatoren 5 bzw. 6 führen je­ weils zu einem Flip-Flop 10 bzw. 11, die gesetzt werden bzw. deren Ausgänge Q1 bzw. Q2 Signal führen, wenn ein Ein­ gangssignal F1 bzw. F2 vorhanden ist und beim Anfahren des Fahrzeugs bzw. beim Ansteigen der Ausgangsspannung U_S des Radsensors 1 der entsprechende positive oder negative Schwellwert U_S1, U_S2 erreicht oder überschritten wird. Über UND-Gatter 12 oder 13 und über ein ODER-Gatter 14 wird sichergestellt, daß nur dann ein Signal weitergeleitet wird, wenn der positive und negative Schwellwert während einer Periode erreicht oder überschritten wurde. Über einen Ausgang Q3 eines weiteren Flip-Flops 15, das über den Ausgang RS1 des Mikroprozessors 8 zurückgesetzt werden kann, wird die Schwellenerkennung SE signalisiert.

Die Ansteuersignale F1, F2 der Flip-Flop-Stufen 10, 11 wer­ den mit Hilfe eines Schaltkreises 16 erzeugt, der im we­ sentlichen aus zwei flankengesteuerten Flip-Flops 17, 18 und 2 UND-Gattern 19, 20 besteht. Wie Fig. 2 veranschaulicht, wird das Signal F1 bei jedem Nulldurchgang und positiver Flanke des Radsensor-Ausgangssignals U_S hervorgerufen, das Signal F2 bei jedem Nulldurchgang und negativer Flanke des Ausgangssignals U_S. Diese beiden Signale F1, F2 bewir­ ken das Rücksetzen der Flip-Flops 10, 11, so daß das Flip-Flop 15 nur gesetzt wird, wenn innerhalb einer Periode der negative und der positive Schwellwert erreicht oder überschitten werden. Am Ausgang Q1 des Flip-Flops 10 er­ scheint folglich ein Signal, sobald der positive Schwell­ wert U_S1 erreicht oder überschritten wird. Das Flip-Flop 10 wird mit dem Signal F1 wieder zurückgesetzt. Die gleiche Funktionsweise gilt für das Flip-Flop 11, das beim Errei­ chen oder Überschreiten der Schwelle U_S2 gesetzt und durch das Signal F2 zurückgesetzt wird. Am Ausgang Q3 des Flip-Flops 15 erscheint folglich ein Signal, sobald der po­ sitive Schwellwert U_S1 erreicht oder überschritten ist, unter der Bedingung, daß unmittelbar zuvor der negative Schwellwert U_S2 erreicht war; die Überschreitung der po­ sitiven Schaltschwelle U_S1 nach unmittelbar vorausgegan­ genem Erreichen der negativen Schaltschwelle U_S2 findet nach Fig. 2 zum Zeitpunkt t₂ statt.

Die negative Schaltschwelle U_S2 wird nach Fig. 2 zum Zeitpunkt t₁ erreicht. Da jedoch zuvor die Sensor-Aus­ gangsspannung U_S unter dem (positiven) Schwellwert U_S1 lag, führt das Erreichen des Schwellwertes U_S2 noch nicht zum Kippen des Flip-Flops 15 bzw. zum Entstehen eines Aus­ gangssignals Q3, welches mit dem Signal "Schwellenerken­ nung" (SE) am Mikroprozessor 9 identisch ist.

Im übrigen ist der Signalverlauf an den Ausgängen A1, A2, A3 der Komparatoren 3, 5, 6, der durch die Schaltung 16 er­ zeugten Rückstellsignalen F1 und F2 und der Flip-Flop-Aus­ gangssignale Q1, Q2, Q3 (SE) für einen Anfahrvorgang eines Fahrzeugs dargestellt. Der Spannungsverlauf U_S am Ausgang des Radsensors 1 bzw. an der Klemme K5, für den diese Si­ gnalverläufe gelten, ist ebenfalls in Fig. 2 dargestellt. Für den Spannungsverlauf U_S und für die Signalverläufe an den in Fig. 2 genannten Punkten gilt das gleiche Zeitra­ ster.

Die Rückstellung des Flip-Flops 15 durch das von dem Mikro­ prozessor 9 erzeugte Rückstellsignal RS1 erfolgt - je nach Ausführungsart der Erfindung - vor jedem Anfahren des Fahr­ zeugs oder bei regelmäßig wiederkehrenden Ereignissen, z. B. bei jedem Anlassen des Fahrzeugs.

Bei der Darstellung des Ausgangssignals A1 des Komparators 3 nach Fig. 2 wurde die Schalthysterese vernachlässigt. Während des Anfahrvorgangs wird zweckmäßigerweise eine Grundhysterese von z. B. 100 mV vorgegeben bzw. durch den Mikroprozessor 9 eingestellt. Nach dem Errechnen des Kopp­ lungsfaktors aus den Schaltschwellen bzw. dem Erreichen der Schaltschwellen und aus der zu diesem Zeitpunkt erreichten Fahrzeug- oder Radgeschwindigkeit durch den Mikroprozessor 9 wird mit Hilfe des Schaltkreises 4, zu dem die Leitung 21 führt, die "Hysterese" auf den geeigneten Wert eingestellt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde der Kompa­ rator 3 und der Schaltkreis 4 in Form eines Bauelementes mit digital einstellbarer Hysterese ausgebildet. Die vier Leitungen am Eingang des Rückkopplungsschaltkreises 4 nach Fig. 1 stellen symbolisch dar, daß das Rückkopplungssignal durch eine vierstellige binäre Zahl übertragen wird; die Hysterese läßt sich folglich in diesem Fall auf maximal 16 unterschiedliche Werte einstellen.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung geht bereits aus der vorgegangenen Beschreibung hervor. Die "Hysterese" ist zunächst auf einen sehr geringen Grundwert von z. B. 100 mV eingestellt. Nach dem Erreichen oder Über­ schreiten des positiven und des negativen Schwellwertes während eines Anfahrvorganges, wobei beide Schwellwerte un­ mittelbar aufeinanderfolgend erreicht werden müssen, er­ rechnet der Mikroprozessor den tatsächlichen Kopplungsfak­ tor und stellt je nach Ergebnis dieser Berechnung die "Hy­ sterese" auf den geeigneten Wert ein. Zu bestimmten Zeit­ punkten wird das Schwellenerkennungssignal von dem Mi­ kroprozessor über den Ausgang RS1 wieder erneute Berechnung der Hysterese bzw. der Triggerschwellen vorgenommen.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines Drehzahlsensors, z. B. des Radsensors eines Kraft­ fahrzeuges, dessen Frequenz zur Bestimmung der Radge­ schwindigkeit ausgewertet wird, dessen Amplitude jedoch ebenfalls von der Radgeschwindigkeit abhängig ist, mit einer Triggerschaltung, deren "Hysterese" oder Trigger­ schwellen steuerbar sind, und mit Schaltkreisen zur Er­ mittlung eines Kopplungsfaktors, der multipliziert mit der der Drehzahl entsprechenden Frequenz des Sensorsi­ gnals die Amplitude des Sensor-Ausgangssignals ergibt, sowie mit Schaltkreisen zur Einstellung der "Hysterese" der Triggerschaltung in Abhängigkeit von dem Kopplungs­ faktor, nach Patent ... (Patentanmeldung P 38 36 831.9), dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Kopplungsfaktors und zur Einstellung der Hysterese der Triggerschaltung Schwellwerte (U_S1, U_S2) für das Ausgangssignal (U_S) des Drehzahlsensors (1) vorgegeben sind und daß beim Anfahren des Fahrzeugs aus der die Radgeschwindigkeit wiedergebenden Frequenz des Sensorsi­ gnals zum Zeitpunkt (F1, F2) des Erreichens der Schwell­ werte (U_S1, U_S2) der Kopplungsfaktor bestimmt wird.

2. Schaltungsanordung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwellwerte (U_S1, U_S2) positiv und negative Abweichungen der Amplitude des Drehzahlsensor-Ausgangssignals (U_S) von einem durch Vorspannung festgelegten Nullpunkt oder Arbeits­ punkt definieren.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Erreichen oder Über­ schreiten des positiven und des negativen Schwellwertes (U_S1, U_S2) während einer einzigen Periode zur Ein­ stellung der "Hysterese" ausgewertet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Rechenwerk oder einen Mikroprozessor (8) enthält, dem ein von dem Ausgangssignal des Drehzahlsensors (1) abgeleitetes Wechselssignal (U_S), dessen Frequenz die Radgeschwindigkeit wiedergibt, zugeleitet wird, dem das Erreichen der vorgegebenen Schwellwerte (U_S1, U_S2) beim Anfahren des Fahrzeuges signalisiert wird, der aus der Radgeschwindigkeit beim Erreichen der Schwellwerte (U_S1, U_S2) den tatsächlichen Kopplungsfaktor ermit­ telt und der ein Signal zur Einstellung der Hysterese in Abhängigkeit von dem Kopplungsfaktor abgibt.

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Anfahren des Fahrzeugs die Hysterese-Einstellung wiederholt wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß durch regelmäßig wiederkehrende Vorgänge, z. B. bei jedem Star­ ten des Kraftfahrzeugmotors, und anschließendem Anfah­ ren des Fahrzeugs die Hysterese-Einstellung wiederholt wird.