DE4035522A1 - Verfahren und anordnung zur messung der geschwindigkeit eines fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei durch Inkrementierung eines Zählers Zählwerte gebildet werden, die Intervallen zwischen Impulsen entsprechen, die mit Hilfe eines mit einem Rad umlaufenden Zahnkranzes erzeugt werden.

Zur Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen wird im allgemeinen die Drehgeschwindigkeit der Räder herangezogen. Bei bekannten Anordnungen werden die Intervalle zwischen den Flanken eines mit dem Rad umlaufenden Zahnkranzes gemessen. Dieses erfolgt dadurch, daß Zählimpulse höherer Frequenz von einer bis zur nächsten Signalflanke eines mit Hilfe eines geeigneten mit dem Zahnkranz in Wirkverbindung stehenden Sensors gezählt werden.

Digitale Regelungs- und Steuerungssysteme benötigen in relativ kurzen Zeitabständen Meßwerte. Dieses verbietet die Auswertung einer vollen Zahnkranzumdrehung, wobei sich Teilungsfehler des Zahnkranzes mitteln würden.

Aus fertigungstechnischen Gründen weichen jedoch die einzelnen Segmente des Zahnkranzes erheblich voneinander ab. Bei den üblichen Steuerungs- und Regelungssystemen werden die Eingangsgrößen und damit auch die Abstände zwischen den einzelnen Zähnen des Zahnkranzes zu äquidistanten Zeitpunkten gemessen. Je nach Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann es dabei vorkommen, daß entweder in einem relativ kurzen Zeitraum viele verschiedene Intervalle gemessen werden oder daß - im ungünstigsten Fall - mehrmals der beispielsweise kleinste Abstand gemessen wird, gefolgt von einem mehrmaligen Messen des größten Abstands. Daraus ergeben sich starke Schwankungen der gemessenen Geschwindigkeit, die zudem in einem Frequenzbereich auftreten, in dem mit Rücksicht auf eine ausreichende Regelgeschwindigkeit eine Dämpfung nicht mehr möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs anzugeben, mit welchem auch bei Verwendung von nicht extrem eng tolerierten Zahnkränzen eine ausgeglichene Geschwindigkeitsregelung ermöglicht wird, ohne daß die Regelung zu träge wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Inkrementierung des Zählers über eine steuerbare Anzahl von Intervallen erfolgt, wobei die Anzahl der Intervalle in Abhängigkeit von einer vorangegangenen Messung festgelegt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Messung der Geschwindigkeit, bei welchem in Abhängigkeit von der jeweiligen Geschwindigkeit eine größtmögliche Anzahl von Zahnabständen berücksichtigt wird, ohne daß eine angeschlossene Regelung zu träge wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der Intervalle in Schritten von Zweierpotenzen einstellbar ist und daß der bei Beendigung des letzten Intervalls bestehende Zählwert durch die vorgegebene Anzahl dividiert wird. Diese Weiterbildung ermöglicht eine einfache schaltungstechnische Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler vorgesehen ist, dessen Ausgang über eine Dividierschaltung mit einem Eingang eines Mikroprozessors verbunden ist, daß dem Takteingang des Zählers Impulse höherer Frequenz zuführbar sind und daß die mit Hilfe des Zahnkranzes erzeugten Impulse über einen einstellbaren Frequenzteiler dem Zähler zuführbar sind.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Anordnung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Ein Sensor 1 erzeugt beim Passieren jeweils eines Zahnes eines Zahnkranzes 2 einen Rechteckimpuls, der einer Kette von Frequenzteilern 3, 4, 5, 6, 7 zugeführt wird. Die Frequenzteiler sind jeweils Zwei-Teiler und können mit Hilfe eines einem Steuereingang zugeführten Signals ein- und ausgeschaltet werden. Liegt an den Steuereingängen eine logische 1, so wirken die Schaltungen 3 bis 7 als Zwei-Teiler, während bei einer logischen 0 am Steuereingang keine Frequenzteilung erfolgt. Je nach Anzahl der eingeschalteten Teiler ergibt sich somit an einem Steuereingang 10 eines 24-Bit-Zählers 8 ein Signal mit der gleichen Frequenz wie das vom Sensor 1 erzeugte Signal oder mit einer durch 2ⁿ = 2, 4, 8, 16 oder 32 geteilten Frequenz.

Dem Zähler 8 werden über einen Takteingang 9 Zählimpulse mit einer Frequenz von 4 MHz zugeführt. Der Zähler 8 ist derart aufgebaut, daß Zählimpulse zwischen zwei aufeinander folgenden gleichartigen Flanken des am Steuereingang 10 liegenden Signals gezählt werden. Der Zählwert am Ende dieses Intervalls stellt die Zeit dar, in welcher 2ⁿ Zahnabstände den Sensor 1 passieren, gemessen in Periodendauern der Zählimpulse.

In einem Mikrocomputer 11 werden die Zählwerte unter Berücksichtigung der Periodendauer der Zählimpulse und der Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 2 in Geschwindigkeitswerte umgerechnet und beispielsweise durch Vergleich mit einer Sollgeschwindigkeit zur Geschwindigkeitsregelung verwendet. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Mikrocomputer 11 unabhängig von dem jeweils eingestellten Teiler 2ⁿ denjenigen Zählwert erhält, der einem Zahnabstand entspricht.

Es ist daher zwischen den Ausgängen des Zählers 8 und dem Mikrocomputer 11 eine Dividierschaltung 13 vorgesehen, in welcher durch Verschiebung des Zählwertes um n Binärstellen eine Division durch 2ⁿ erfolgt. Hierfür stehen dem Fachmann verschiedene Mittel zur Verfügung, beispielsweise Schieberegister, in denen der Zählwert durch eine entsprechende Anzahl n von Schiebeimpulsen um n Binärstellen verschoben wird.

Eine bei dem Ausführungsbeispiel gewählte Dividierschaltung stellt praktisch einen steuerbaren Vielfachumschalter dar und besteht aus einer Vielzahl von Logikschaltungen. Die einzelnen Binärstellen des Ausgangs des Zählers 8 können dadurch direkt oder jeweils um n verschoben mit den Binärstellen des Eingangs 12 des Mikrocomputers verbunden werden. Der Übersichtlichkeit halber ist die Dividierschaltung 13 in Fig. 1 als Vielfachumschalter dargestellt, der von den Signalen steuerbar ist, die auch den Steuereingängen der Frequenzteiler 3 bis 7 zugeführt werden.

Die Ausgangssignale der Dividierschaltung 13 werden in einem 24-Bit-Register 12 bis zum Vorliegen des folgenden Zählwertes gespeichert. An die Ausgänge des Registers 12 ist außer dem Mikrocomputer 11 eine Logikschaltung 14 angeschlossen, welche zur Erzeugung der Steuersignale der Frequenzteiler 3 bis 7 dient. Die Logikschaltung 14 besteht aus Oder-Schaltungen 15, 16, 17, 18, 19, wobei der Oder-Schaltung 15 die neun höchstwertigen Binärstellen des Zählwertes bzw. des dividierten Zählwertes zugeführt werden. Die weiteren Oder-Schaltungen 16 bis 19 erhalten jeweils eine der folgenden Binärstellen sowie das Ausgangssignal der vorangegangenen Oder-Schaltung 15 bis 18. Die Logikschaltung 14 enthält ferner fünf Invertierer 20 bis 24, die an die Ausgänge der Oder-Schaltungen 15 bis 19 angeschlossen sind und an deren Ausgängen die Steuersignale für die Frequenzteiler 3 bis 7 abnehmbar sind.

Die Logikschaltung 14 bewirkt eine Einstellung des Teilers 2ⁿ in Abhängigkeit von der gemessenen Geschwindigkeit. Am Ende eines Zählintervalls wird der durch 2ⁿ geteilte Zählwert des Zählers 8 in das Register 12 eingeschrieben und steht dann während eines folgenden Zählintervalls zum Einschreiben in den Mikrocomputer 11 zur Verfügung. In Abhängigkeit von diesem gespeicherten Zählwert werden die Frequenzteiler 3 bis 7 ein- bzw. ausgeschaltet. Bei Zählwerten in einem oberen Bereich, bei denen mindestens eine der neun höchstwertigen Binärstellen eine 1 ist, nimmt das Ausgangssignal der Oder-Schaltung 15 ebenfalls den Wert 1 an, wodurch über den Invertierer 20 der Steuereingang des Frequenzteilers 3 den Wert 0 erhält. Damit wird der Frequenzteiler 3 ausgeschaltet. Entsprechendes gilt für die Frequenzteiler 4 bis 7, da durch die Verbindungen zwischen den Oder-Schaltungen 15 bis 19 die Steuersignale für diese Frequenzteiler ebenfalls den Wert 0 einnehmen.

Weisen jedoch alle neun höchstwertigen Binärstellen des Zählwertes den Wert 0 auf, so wird von der Oder-Schaltung 15 über den Invertierer 20 dem Frequenzteiler 3 der Wert 1 zugeführt. Damit erfolgt eine Frequenzteilung durch 2. Die Steuerung des Frequenzteilers 4 ist dann von der zehnten Binärstelle des Zählwertes über die Oder-Schaltung 16 und den Invertierer 21 derart abhängig, daß bei einer 1 der Frequenzteiler 4 ausgeschaltet ist. In entsprechender Weise werden die Frequenzteiler 5 bis 7 in Abhängigkeit von der 11., 12. und 13. Binärstelle des Zählwertes gesteuert mit der Maßgabe, daß ein Einschalten des jeweiligen Frequenzteilers nur bei eingeschaltetem vorangegangenem Frequenzteiler möglich ist. Die weiteren Binärstellen des Zählwertes bleiben unberücksichtigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Auslegung der Logikschaltung 14 ergibt die in der folgenden Tabelle aufgeführten Geschwindigkeitsbereiche, wobei zwei verschiedene Zähnezahlen Z angegeben sind:

Die Geschwindigkeitsbereiche wurden so gewählt, daß innerhalb einer Zykluszeit des Mikrocomputers 11 von 20 ms möglichst viele Zahnabstände gemessen werden. So dauert die Messung von 16 Zähnen bei 80 km/h und einer Zähnezahl von 96 etwa 15 ms. Bei etwa doppelter Geschwindigkeit von 150 km/h dauert die Messung von 32 Zähnen genau 16 ms. Die minimale Meßzeit ergibt sich z. B. bei 145 km/h. Hier dauert die Messung von 16 Zähnen etwa 8,3 ms.

Anstelle der Dividierschaltung 13 für den Zählwert kann auch eine steuerbare Frequenzteilung der Frequenz des bei 9 zugeführten Taktsignals erfolgen, um dem Mikrocomputer 11 Zählwerte zu liefern, die von dem jeweils eingeschalteten Geschwindigkeitsbereich unabhängig sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei durch Inkrementierung eines Zählers Zählwerte gebildet werden, die Intervallen zwischen Impulsen entsprechen, die mit Hilfe eines mit einem Rad umlaufenden Zahnkranzes erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkrementierung des Zählers über eine steuerbare Anzahl von Intervallen erfolgt, wobei die Anzahl der Intervalle in Abhängigkeit von einer vorangegangenen Messung festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Intervalle in Schritten von Zweierpotenzen einstellbar ist und daß der bei Beendigung des letzten Intervalls bestehende Zählwert durch die vorgegebene Anzahl dividiert wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (8) vorgesehen ist, dessen Ausgang über eine Dividierschaltung (13) mit einem Eingang eines Mikroprozessors (11) verbunden ist, daß dem Takteingang (9) des Zählers (8) Impulse höherer Frequenz zuführbar sind und daß die mit Hilfe des Zahnkranzes (2) erzeugten Impulse über einen einstellbaren Frequenzteiler (3, 4, 5, 6, 7) dem Zähler (8) zuführbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (12) für jeweils einen Ausgangswert der Dividierschaltung (13) vorgesehen ist und daß der Speicher (12) über eine Logikschaltung (14) mit Steuereingängen des einstellbaren Frequenzteilers (3, 4, 5, 6, 7) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Ausgänge der Dividierschaltung Eingänge einer Logikschaltung angeschlossen sind, deren Ausgänge über einen Speicher mit Steuereingängen des einstellbaren Frequenzteilers verbunden sind.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dividierschaltung (13) von einer steuerbaren Schiebeschaltung gebildet ist.