DE68912245T2

DE68912245T2 - Drehungssensor.

Info

Publication number: DE68912245T2
Application number: DE89307604T
Authority: DE
Inventors: Michael Roy Foster
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Roke Manor Research Ltd
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1989-07-25
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2009-07-26
Also published as: ES2047676T3; GB2221307B; EP0358320A3; GB8826003D0; DE68912245D1; EP0358320B1; GB2221307A; ATE100211T1; GB8818136D0; EP0358320A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Drehrichtung und der Anzahl Umdrehungen eines Rotationsteiles.
Fahrzeugnavigationssysteme benötigen häufig einen an einem oder mehreren Rädern oder an den Laufbahnen von Kettenfahrzeugen befestigten Wegmesser oder Rotationssensor. Es können noch viele andere Bedürfnisse für die Messung von einem oder mehreren Rotationsteilen einer Maschine gefunden werden. Solche Sensoren sind verhältnismässig teuer zu installieren und zu unterhalten, und sind empfindlich bezüglich mechanischer Beschädigung, herrührend von Verschleiss und/oder dem Vorhandensein von Dreck und Steinen.
An Fahrzeugen angebrachte elektronische Geschwindigkeits- und Distanzsensoren werden normalerweise entweder in der Nähe eines Rades, Antriebswelle oder Rotationsteiles der Maschine oder mittels einer Zwischen-Installation in einem Geschwindigkeitsmesser-Kabel installiert. Die angewandten Techniken beinhalten optische Dekodierung und Magnetsensoren, welche beispielsweise ein kleines Rotationsmagnet und fixe Halleffekt-Sensoren verwenden.
Die Verwendung von Sensoren bedeutet häufig mechanische Veränderungen an einem Fahrzeug, wie beispielsweise das Zerschneiden eines Geschwindigkeitsmesser-Kabels oder das Anbringen von Magneten in Verbindung mit Sensoren in der nächsten Umgebung von Radnabeneinrichtungen oder Antriebswellen. Für das Anbringen solcher Sensoren werden häufig erfahrene Personen benötigt, und der Ersatz oder Unterhalt von Standard-Fahrzeugteilen wie Bremstrommeln, Geschwindigkeitsmesser-Kabeln oder Radlagern führt üblicherweise zur Beschädigung dieser Geräte.
Wenn zwei verschiedenen Messungen benötigt werden, wie die Bestimmung der Geschwindigkeit oder zurückgelegten Distanz von beiden Laufbahnen von Kettenfahrzeugen oder zwei unabhängigen Rädern eines Radfahrzeuges, müssen zwei unabhängige Sensoren angebracht werden. Üblicherweise wird dem Fahrzeug ein dritter Sensor oder Sensor-Satz hinzugefügt, um zu ermöglichen, den magnetischen Kurs des Fahrzeuges zu bestimmen.
Weitere Rückbezüge auf herkömmliche Systeme rühren vom Bedürfnis nach elektrischen Verbindungen zu den Sensoren her, welche vielfach von der Aussenseite in das Innere des Fahrzeuges führende Kabel erfordern. Auch dies erfordert erfahrenes Arbeiten, zusammen mit wasserdichten Dichtungen und Schutz der Kabel vor mechanischen Beschädigungen. Wenn Kabel an bestehende Fahrzeuge angebracht werden, kann dies eine beträchtliche Arbeit durch Entfernen und Austauschen von Abdeckplatten bei der Installation solcher Kabel bedeuten.
Auf induktiver Technik beruhende Sensoren haben einen weiteren Nachteil, indem Signale nur von einer bestimmten Geschwindigkeit an erhalten werden. Jede Bewegung mit kleinerer Geschwindigkeit wird nicht erfasst.
Beispiele von herkömmlichen Systemen werden in den Patentschriften GB 2197483 und GB 2169085 dargestellt; beide benutzen einen an einer Antriebswelle befestigtes Permanentmagneten und Sensoren, welche im wesentlichen senkrecht zur Antriebswelle angeordnet sind. Diese Sensoren erkennen Magnetfeldwechsel durch die relative Bewegung zwischen dem Magneten und den Sensoren. Um das erwünschte Resultat zu erhalten, müssen die Sensoren präzise ausgerichtet sein, und das Vorhandensein des Permanentmagneten ist notwendig.
Diese obig beschriebenen strukturellen Beschränkungen sind auf die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Erfindung nicht anwendbar.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung dieser Probleme an, durch entferntes Anbringen der Sensoren, was die Notwendigkeit des Anbringens der Sensoren in nächster Umgebung eines Rotationsteiles vermeidet und gleichzeitig auch jede Notwendigkeit einer erfahrenen Person für die Montage vermeidet. Ein solcher Sensor kann durch eine Stahlplatte oder andere Fahrzeugstrukturen hindurch betrieben werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung der Drehrichtung und der Anzahl Umdrehungen eines Rotationsteiles vorgesehen, welches während seiner Umdrehung ein zentriertes Magnetfeld erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
(i) Einrichten eines Sensors zur Erfassung des Magnetfeldes in zwei zum Rotationsteil benachbarten orthogonalen Achsen (X,Y),
(ii) Umwandlung eines das Magnetfeld anzeigenden Ausgangssignales, welches von jeder Achse erzeugt worden ist, in ein digitales Signal, und Zuführen des digitalen Signales in einen Prozessor,
(iii) Betreiben des Prozessors derart, dass das Maximum und Minimum der X- und Y- Magnetfeldwerte in Echtzeit abgefragt werden und eine Sequenz von vier Maximal- und Minimalwerten aufgenommen werden,
(iv) Ermittlung, welche der beiden Sequenzen X-Maximum, Y- Maximum, X-Miniinum, Y-Minimum oder X-Maximum, Y-Minimum, X- Minimum, Y-Maximum stattfindet,
(v) Erzeugung eines Einzelwertes, welcher einen Maximal- oder Minimalwert oder eine kombinierte Summe der Maximal- und Minimalwerte jeder aufgenommenen Sequenz darstellt,
(vi) Berechnung für jeden Einzelwert der Aenderung zwischen dem jetzigen Wert und dem letzten Wert, dem jetzigen Wert und dem vorletzten Wert, dem jetzigen Wert und dem drittletzten Wert und Speicherung der Ergebnisse als drei erste Differenzsätze (D1,D2,D3),
(vii) Berechnung für jeden Wert in den ersten Differenzsätzen der Differenz zwischen sich und dem vorgehenden Wert des selben Satzes und Speicherung der Resultate als drei zweite Differenzsätze (DD1, DD2, DD3),
(viii) Berechnung für jeden Wert des zweiten Differenzsatzes der Differenz zwischen sich und dem vorhergehenden Wert des selben Satzes und Speicherung der Resultate als drei dritte Differenzsätze (DDD1, DDD2, DDD3),
(ix) Bestimmung, welcher der vorgängig erwähnten dritten Differenzsätze Werte aufweist, welche im Vergleich näher bei Null liegen, dadurch die Anzahl der subsidiaren Magnetfelder am Ort bestimmend und Ezeugung eines Ausgangssignals, welches jedesmal, wenn eine Anzahl von Sequenzen von Maximal- und Minimalwerten, bestimmt durch die Anzahl von subsidiaren Feldern, erkannt worden sind, eine vollständig abgeschlossene Umdrehung anzeigt.
Selbstverständlich könnte der vorliegende Rotationssensor Teil eines Navigationssystemes sein.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispieles unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine typische Sensoranordnung für die Bestimmung von Radumdrehungen mit einem Magnetfeldmesser;
Figur 2 die graphische Darstellung der Magnetfeldspur in x und y-Achsen, wie sie durch den Magnetfeldmesser von Figur 1 aufgenommen wird;
Figur 3 die graphische Darstellung des gefilterten Ausgangs eines Filters von Figur 1;
Figur 4 die Abweichungen des entlang der x-Achse durch den Magnetfeldmesser von Figur 1 detektierten Magnetfeldes gegenüber der zurückgelegten Distanz für ein- oder doppelteilige Rotationsteil-Anwendungen;
Figur 5 zeigt eine typische Ausgangsmagnetfeldkurve eines Rotationssensors entsprechend der vorliegenden Erfindung ohne untergeordneter Magnetschlaufe;
Figur 6 zeigt eine typische Ausgangsmagnetfeldkurve eines Rotationssensors entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer untergeordneten Magnetschlaufe; und
Figur 7 zeigt eine typische Ausgangsmagnetfeldkurve eines Rotationssensors entsprechend der vorliegenden Erfindung mit zwei untergeordneten Magnetschlaufen.
Bei bekannten Radumdrehungssensoren wurden mehrere Sensoren zur Erkennung des Magnetfeldes in einer Mehrzahl von Achsen oder Polaren eingesetzt. Die Sensoren erkennen Änderungen der mit dem rotierenden Teil durch seine Drehung zusammenhängenden Magnetfeld-"Umhüllung".
Ein elektronischer oder magnetischer Kompass ist mit einem Magnetfeldmesssystem aufgebaut, welches magnetische Sensoren zur Erkennung von Magnetfeldern in orthogonalen Achsen aufweist. Der Magnetkompass wird durch Notieren der umgebenden Magnetfeldwerte an allen Punkten oder Kursen des Kompasses, d.h. 360º, kompensiert. Daraus kann, bei montiertem Magnetkompass und der Aufnahme des Magnetfeldes durch die orthogonal wirkenden Sensoren, eine Richtungsbestimmung durch Vergleich mit den kalibrierten Werten bestimmt werden.
Um das Magnetfeld und alle Änderungen darin zu verstärken, können zusätzliche Magnete, Magnetstreifen oder -teile aus magnetisch induziertem Material, wie zum Beispiel Stahl, am rotierenden Teil beigefügt werden. Weiter kann das rotierende Teil magnetisiert werden.
Figur 1 zeigt eine typische Anordnung einer Sensorvorrichtung entsprechend einer erfindungsgemässen Ausführungsform in der Nähe der Hinterräder 1 eines Fahrzeuges 3. Ein Magnetfeldmesser 5 ist angeordnet, um das Magnetfeld in senkrechten Achsen x-y bezüglich eines Rotationsteiles, wie einer mit den Rädern 1 verbundenen Antriebswelle, zu messen. Die gemessenen Magnetfeldwerte werden einem Hochpassfilter 7 zugeführt, um jedes elektronische Rauschen zu entfernen. Signale vom Hochpassfilter 7 werden einem Prozessor 9 zugeführt, welcher angeordnet sein kann, um beispielsweise Ausgangssignale zu erzeugen, welche Kennzeichen der Richtung der Rotationsteilumdrehungen in einer vorgegebenen Zeitperiode darstellen, um eine Geschwindigkeitsbewertung zu bestimmen.
Der Magnetfeldmesser 5 erzeugt typischerweise eine in Figur 2 dargestellte Magnetfeldkurve für jede Umdrehung der Räder 1. Wenn das Fahrzeug seine Richtung ändert, wird die Kurve 4 in der x-y Ebene verschoben, aber behält ihre charakteristische Form. Es wird hier festgestellt, dass entsprechend der vorliegenden Erfindung auch eine dritte Achse z gemessen und verwendet werden kann.
Der Prozessor 9 ist angeordnet, um die Signale der Filter 7 abzutasten und besitzt eine Steuerimpuls-Schwellen-Anforderung. Durch diesen Abtastvorgang wird der Rotationssensor gegen magnetisches Rauschen in der Umgebung und Änderungen der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges 3 geschützt. Der Rotationssensor wird demnach ausgeschaltet und wartet auf Signale über der Steuerimpuls-Schwelle, wenn das Fahrzeug 3 stationär ist.
Die Signale vom Hochpassfilter 7 weisen typischerweise die Form wie in Figur 3 gezeigt auf, bei welchem die Kurve 5 bezüglich des Ursprungs eines x-y-Koordinatensystems 12 zentriert ist.
Eine bevorzugte Methode, die x-y-Werte des Magnetfeldes vom Filter 7 zu erzeugen, berüchsichtigt die aktuelle Form der Kurve 4 nicht, und erlaubt daher Änderungen der Magnetfeldwerte infolge von Fahrzeugrichtungswechseln im Umgebungshintergrund, während gleichzeitig dem Prozessor 9 nur eine erheblich reduzierte Prozessorlast aufgebürdet wird.
Maximal- und Minimalwerte des x-y-Magnetfeld-Ausganges vom Filter 7 werden zusammen mit ihrer Auftretensfolge gespeichert. Drei typische Rad-Magnetkennungen sind in den Figuren 5, 6 und 7 dargestellt, welche entsprechend keine untergeordnete Magnetschleife, eine und zwei untergeordnete Magnetschleifen aufweisen. Jede Anzahl solcher untergeordneter Magnetschlaufen können auftreten, aber normalerweise ist die Anzahl nicht grösser als drei, vorausgesetzt, dass der Magnetfeldmesser 5 nicht zu nahe am Rotationsteil angeordnet wird. Es ist ersichtlich, dass es erwünscht ist, präzise denselben Punkt bei jeder Radumdrehung zu ermitteln, so dass das zu jedem Kompass-Kalibrierverfahren geführte Signal nicht von einer veränderlichen Magnetfeldverteilung vom Rotationsrad 1 leidet, was die Aufgabe dieses Verfahrens darstellt.
Die Maxima und Minima des x und y Magnetfeldes werden in Vierergruppen herkömmlicherweise gespeichert. Jede Gruppe enthält einen Wert für jedes x und y Maximum und Minimum, beginnend an einem definierten Punkt in einer Kennung (beispielsweise am x Maximum). Durch die Feststellung, dass die Magnetkurve in einer der zwei möglichen Sequenzen auftritt, kann die Richtung der Rotation bestimmt werden. Die zwei Sequenzen sind:
Maximum x
Maximum y
Minimum x
Minimum y
oder
Maximum x
Minimum y
Minimum x
Maximum y
Aus Figur 5 ist ersichtlich, dass keine andere Sequenz für eine einfache, geschlossene Magnetkennungs-Kurve einer einzelnen Radumdrehung erhalten werden sollte, ausser für den Spezialfall, wo ein x Maximum oder Minimum mit einem y Maximum oder Minimum zusammenfällt. Dieser Fall kann einfach in den Prozessor 9 integriert werden.
Die Anzahl solcher von jeder Radumdrehung erhaltener Gruppen von x und y Maximal- und Minimalwerten hängt davon ab, wieviele untergeordnete Magnetschleifen in der Magnetkurve vorhanden sind, eine für eine einfache Kurve (Figur 5), zwei im Fall von einer untergeordneten Schleife (Figur 6) und drei für den Fall von zwei untergeordneten Schleifen (Figur 7) für die obenerwähnten Beispiele, wogleich eine grössere Anzahl theoretisch möglich ist.
In einer ersten, einfachen Form eines Rotationssensor-Prozessors 9 wird nur die Differenz von beispielsweise x Maximalwerten genommen, ein Vergleich wird wird zwischen den Differenzen zwischen drei Fällen gemacht: jeder dritte solche Wert, alle zeite Werte und benachbarte Werte. Es ist einzusehen, dass im Fall von zwei untergeordneten Magnetschlaufen die dritte Differenz den kleinsten Wert aufweisen wird, im Falle einer untergeordneten Schleife die zweite Differenz den tiefsten Wert haben wird und im Falle ohne untergeordneten Schleifen alle drei Differenzen grob denselben Wert (die Anwesenheit von Rauschen erlaubend) aufweisen werden. Die Anzahl von untergeordneten Schlaufen kann darausfolgend aus den Messungen bestimmt werden, und eine Radumdrehung einem geeignetem Punkt in jedem Zyklus (im vorliegenden Fall die erste einer oder mehreren negativen Differenzen folgenden positiven Differenz) zugeschrieben werden.
Ein komplexerer Rotationssensor-Prozessor 9 könnte die vorgenannten Differenzwerte unabhängig für jede Kombination von bis zu vier von den vier gespeicherten Werten benutzen, oder für jede Kombination einer ausgeweiteten Gruppe von acht gespeicherten Werten, welche dadurch erhalten wird, dass jedesmal, wenn ein x Maximum oder Minimum gespeichert wird, gleichzeitig der y Wert gelesen wird und jedesmal, wenn ein y Maximum oder Minimum gespeichert wird, gleichzeitig der x Wert gelesen wird.
Auch bei Vorhandensein von Rauschen können die vorgängig beschriebenen Schemata durchgeführt werden, um einen zuverlässigen Ausgang durch Suche nach der höchsten Anzahl von bis zu acht unabhängigen Schätzungen der Radumdrehung zu erhalten. Während das in der Praxis gut funktioniert, ist ein besseres Schema eines, welches die gesamten Verfahrensanforderungen reduziert, und ein solches System wird nun nachfolgen beschrieben.
Anstelle der Aufzeichnung von Differenzen zwischen individuellen Maxima und Minima kann die Summe der Differenzen der gesamten Gruppe geeignet verwendet werden. Diese Summe lässt das Vorzeichen jeder Differenz zu oder nicht. Es ist sehr zweckmässig, die Summe der vier Maximal- und Minimalwerte jeder Gruppe (oder acht Werte wenn die entsprechenden x und y Werte auch verwendet werden) zu bilden. Die dritten, zweiten und benachbarten Differenzen werden danach wie oben dargelegt gebildet und dasselbe Verfahren angewandt. Dadurch wird Rauschunempfindlichkeit erreicht und die Prozessorlast reduziert.
Die abgetasteten Daten sind in Tabelle 1 dargestellt, wobei die Spalte RECSUM eine Gruppe von aufeinanderfolgenden Summen der x Maximal-, y Maximal-, x Minimal-, y Minimalwerte beispielshaft zeigt. Die Spalte D1 zeigt die Differenz zwischen benachbarten Werten der Spalte RECSUM, Spalte D2 zeigt die Differenz zwischen zweiten Werten der Spalte RECSUM und Spalte D3 zeigt die Differenz zwischen jedem dritten Wert der Spalte RECSUM. Auch wenn Rauschen vorhanden ist, sind die Werte der Spalte D2 erkennbar kleiner als jene der Spalten D1 und D3, daraufhinweisend, dass eine untergeordnete Magnetschlaufe vorhanden ist. Die zu verwendenden Magnetfeldmesser- Ausgangsdaten sollten daher als jeder zweite Wert von, zum Beispiel, x Maximum und seinem zugehörigen y Wert ausgewählt werden.
Weitere Rauschunempfindlichkeit kann erreicht werden, indem ein Ausgangspunkt benutzt wird, welcher sich nicht tatsächlich auf der Magnetkurve befindet, aber welcher genügend nahe bei ihr liegt. Ein Beispiel eines solchen Punktes ist der Punkt x Maximum, y Maximum, andere solche Punkte sind x Maximum, y Minimum; x Minimum, y Maximum und x Minimum, y Minimum. Durch die Verwendung eines dieser Punkte für die Orts- /Navigationsberechnungen, wird die Rauschunempfindlichkeit implizit im Spitzenwert-Erfassungsprozess erreicht und noch wichtiger, kann die Rate, mit welcher die Abtastung durchgeführt werden muss, stark reduziert werden, da die Erfassung der beiden x und y Werte auf der verhältnismässig flachen Spitze einer Sinuswelle durchgeführt werden kann. Dieser letzte Punkt reduziert weiter die Prozessorlast.
Alle obengenannten Verfahren ergeben zuverlässige Ausgangssignale während sich das Fahrzeug in einer gearaden Linie bewegt, aber sie können zu falschen zusätzlichen oder unterdrückten Ausgangssignalen führen, wenn die Richtung des Fahrzeuges ändert. Eine weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht in der Fähigkeit, weiterzuarbeiten, auch wenn die durch Richtungswechsel des Fahrzeuges bewirkte Magnetfeldänderungen wesentlich grösser sind als diejenigen durch die Radmagnetfeld-Kennungsänderung. Der Eingang für dieses Verfahren ist die Gruppe von Differenzen, welche wie obengenannt erhalten werden, d.h. die dritten, zweiten und benachbarten Differenzen zwischen individuellen oder summierten Gruppen von x und y Minimal- und Maximalwerten und deren zugehörigen simultanen y resp. x Werten.
Als Beispiel sollen die errechneten Werte der dritten Differenzen betrachtet werden. Die Differenz wird jetzt zwischen jedem Wert und dem vorhergehenden Wert berechnet. Es kann beobachtet werden, dass die neuen Differenzen unempfindlicher gegenüber externen magnetischen Einflüssen, von Änderungen der Fahrzeugrichtung herrührend, sind. Sofern notwendig, kann eine zweite Gruppe von solchen Differenzen erhalten werden, welche Differenzen zwischen den Differenzen selbst darstellen, und diese letztgenannten Gruppenwerte besitzen nochmals dieselbe Kennung und grössere Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen Einflüssen. Dieser Vorgang kann sovielmal wie notwendig wiederholt werden, bis ein zuverlässiges Signal erhalten wird, wenn das Fahrzeug im Stillstand seine Richtung ändert. In der Praxis sind normalerweise drei solcher Gruppen ausreichend um eine zufriedenstellende Leistung zu erbringen.
Das oben beschriebene Vorgehen betrifft nur die dritten Differenzen, dasselbe Vorgehen kann auch auf die zweiten Differenzen angewandt werden, um eine zweite Gruppe solcher Differenzen zu erhalten, oder auf die benachbarten Differenzen, um eine dritte solche Gruppe zu erhalten. Indem dieselben aufeinanderfolgenden Differenzen in jedem Falle genommen werden, wird derselbe Vergleich wie ursprünglich dargestellt durchgeführt um zu bestimmen, ob zwei, eine oder gar keine untergeordnete Magnetschlaufe vorhanden ist. Das resultierende Ausgangssignal ist demnach korrekt für jede Drehbewegung des Fahrzeuges vom Stillstand bis zu zu einer geradlinigen Bewegung. Ein Beispiel für die errechneten Werte eines Fahrzeuges, welches sich in einem engen Kreis bewegt, ist in Tabelle 2 dargestellt. Es ist daraus ersichtlich, dass die ursprünglichen Vergleiche der Spalten D1, D2 und D3 keine zuverlässigen Angaben für die Anzahl untergeordneter Magnetschleifen mehr bieten, dass dafür aber die zweiten Differenzwerte in den Spalten DD1, DD2, und DD3 zuverlässig solche Angaben liefern, welche es erlauben, die korrekten Ausgangswerte einmal pro Radumdrehung zu liefern.
In der Praxis ist es lediglich notwendig, genügend der oben beschriebenen Tabelle zu halten, um die richtigen Differenzen berechnen zu können. Das Ausgangssignal wird dann in Echtzeit erhalten, wird aber zu einer früheren Radumdrehung zurückversetzt, wobei die genaue Umdrehung von der Anzahl solcher erstellter Differenzen abhängt. Tabelle 1; Daten eines sich geradlinig bewegenden Fahrzeuges RECSUM Tabelle 2; Daten eines sich im Kreis bewegenden Fahrzeuges RECSUM
Es ist selbstverständlich, dass die Genauigkeit und Empfindlichkeit des vorliegenden Rotationssensors unter bestimmten Umständen verbessert werden kann durch Kombinieren von in verschiedenen orthogonalen Achsen gemessenen Magnetfeldwerten, d.h. x+y, x-y usw. Der Prozessor 9 kann ausgelegt werden, um die nützlichsten Kombinationen von x-y Magnetfeldwerten für verbesserte Sensorgenauigkeit während der Eichung der Sensoren oder eines verbundenen Magnetkompasses auszuwählen.
Wenn es notwendig ist, zwei Rotationen zu messen, wird eine Fourier-Analyse zwischen den in Figuren 2 und 3 beschriebenen Schritten ausgeführt, d.h. Zentrieren der Spur. Die Signale jedes Sensors an diesem Punkt nehmen für einzelne resp. zwei rotierende Teile die Gestalt wie in Figur 4 gezeigt an, d.h. Einzelteilspur 40 und Spur 42 von zwei rotierenden Teilen.
Das Modul zur Fourier-Analyse führt eine Trennung der zwei sinusförmigen Signalkomponenten aus, so dass der Prozessor unabhängig die Rotation jedes der zwei Rotationsteile bestimmen kann. Damit der Prozessor 9 die richtigen Signale jedem Rotationsteil zuordnen kann, wird geeigneterweise der Sensor absichtlich leicht zu einem der beiden Rotationsteile versetzt angeordnet, so dass das nähere Teil ein stärkeres Signal abgibt. Ein Eingreifen, um zu identifizieren, welches Signal welchem Rotationsteil zugeordnet werden soll, kann damit verhindert werden. Normalerweise reicht es aus, den Sensor nur einen kleinen Teil der Distanz zwischen den beiden Rotationsteilen zu versetzen, beispielsweise 10%.
Als Geschwindigkeits- oder Rotationssensor für ein oder zwei Rotationsteile ist ein berührungsfreier Sensor vorgesehen, welcher in Distanz zum fraglichen Rotationsteil angebracht werden kann. Der verwendete Sensor ist ein Standard-Magnetfeldmesser mit einem, zwei oder drei Sensorachsen. Der Sensor kann gleichzeitig dazu verwendet werden, die Fahrzeugrichtung zu bestimmen, falls dies benötigt wird, und eine oder zwei Rotationsraten. Für Koppel-Fahrzeugstandort- oder -Navigationssysteme vereinfacht dies die Systemkonfiguration erheblich, da dort in jedem Fall Magnetfeldmesser zur Richtungsbestimmung benötigt werden.
Durch die Verwendung eines einzelnen Sensors wird die Notwendigkeit der Verkablung minimiert. Der Sensor arbeitet durch eine Stahlwand oder -struktur hindurch, oder durch jedes nichtmagnetische Material, so dass er entsprechend den Anforderungen entweder Innen oder Aussen angebracht werden kann. Durch die dynamische Reichweite des Gerätes wird die Notwendigkeit der Nähe zu einem Rotationsteil vermieden, und die einzige Bedingung ist die, dass das zu messende Rotationsteil ein stärkeres Magnetsignal erzeugt als andere rotierende Teile. Dies wird allgemein lediglich dadurch erreicht, dass der Sensor näher am Rotationsteil, dessen Rotation gemessen werden soll angebracht wird, als an anderen Rotationsteilen.
Ein zusätzliches Merkmal liegt darin, dass ein Mass der Abweisung von unerwünschten Rotationssignalen erreicht werden kann. Dies ist beispielsweise insbesondere nützlich bei der Messung der Rotationsraten der zwei Hinterräder eines Automobils. Geeignete Positionierung erlaubt dem Sensor, unerwünschte Rotationen der Antriebswelle und Differential abzuweisen und die Rotation der beiden Hinterräder zu messen.
Die Erfindung benutzt einen Magnetfeldmesser zusammen mit Filter und Prozessormitteln, um sich an das natürliche Magnetsignal von Rotationsteilen anzupassen und seinen Bewegungen zu folgen. Die Arbeitsweise ist rein magnetisch und wird durch das Anhalten der Bewegung, auch für längere Zeiträume, nicht beeinflusst. Es wird jederzeit, wenn das Rotationsteil einen bestimmten Punkt passiert, ein Ausgangssignal erzeugt, und kann auch zur Anzeige der Rotationsrichtung verwendet werden.
Rotationsteile aus Stahl sind gewöhnlich genügend magnetisch, um dem System zu ermöglichen, sofort nach der Installation zu arbeiten, aber wenn dies nicht der Fall sein sollte, genügt eine einfache, vorübergehende Anwendung eines Magneten oder Magnetringes, um eine für alle zukünftigen Bedürfnisse ausreichende permanente Magnetisierung zu erreichen. Nichtmagnetische Komponenten können mit einem Magneten, Magnetstreifen oder Stahlstück ausgestattet werden, um ein einfaches und unkritisches Ausrüstungsverfahren anzugeben.
Es ist klar ersichtlich, dass der Rotationssensor der vorliegenden Erfindung geeignet ist für die Verwendung in entfernten Umgebungen, wo ein Zugriff erschwert ist, wie beispielsweise in nuklearen Kraftwerken usw.
Der Rotationssensor der vorliegenden Erfindung kann in ein Navigationssystem für Fahrzeuge integriert werden, worin der Rotationssensor in Verbindung mit einem Rad oder Ähnlichem mit bekanntem Umfang verwendet wird. Daraus kann die zurückgelegte Distanz in eine bestimmte Richtung und durch Koppelnavigationstechnik der Standort des Fahrzeuges bestimmt werden.
Der Rotationssensor könnte denselben Magnetsensor benutzen, welcher in einem elektronischen Kompass verwendet wird.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Drehrichtung und der Anzahl Umdrehungen eines Rotationsteiles (1), welches während seiner Umdrehung ein zentriertes Magnetfeld erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(i) Einrichten eines Sensors zur Erfassung des Magnetfeldes in zwei zum Rotationsteil benachbarten orthogonalen Achsen (X,Y),

(ii) Umwandlung eines das Magnetfeld anzeigenden Ausgangssignales, welches von jeder Achse erzeugt worden ist, in ein digitales Signal, und Zuführen des digitalen Signales in einen Prozessor,

(iii) Betreiben des Prozessors derart, dass das Maximum und Minimum der X- und Y- Magnetfeldwerte in Echtzeit abgefragt werden und eine Sequenz von vier Maximal- und Minimalwerten aufgenommen werden,

(iv) Ermittlung, welche der beiden Sequenzen X-Maximum, Y- Maximum, X-Minimum, Y-Minimum oder X-Maximum, Y-Minimum, X- Minimum, Y-Maximum stattfindet,

(v) Erzeugung eines Einzelwertes, welcher einen Maximal- oder Minimalwert oder eine kombinierte Summe der Maximal- und Minimalwerte jeder aufgenommenen Sequenz darstellt,

(vi) Berechnung für jeden Einzelwert der Aenderung zwischen dem jetzigen Wert und dem letzten Wert, dem jetzigen Wert und dem vorletzten Wert, dem jetzigen Wert und dem drittletzten Wert und Speicherung der Ergebnisse als drei erste Differenzsätze (D1,D2,D3),

(vii) Berechnung für jeden Wert in den ersten Differenzsätzen der Differenz zwischen sich und dem vorgehenden Wert des selben Satzes und Speicherung der Resultate als drei zweite Differenzsätze (DD1, DD2, DD3),

(viii) Berechnung für jeden Wert des zweiten Differenzsatzes der Differenz zwischen sich und dem vorhergehenden Wert des selben Satzes und Speicherung der Resultate als drei dritte Differenzsätze (DDD1, DDD2, DDD3),

(ix) Bestimmung, welcher der vorgängig erwähnten dritten Differenzsätze Werte aufweist, welche im Vergleich näher bei Null liegen, dadurch die Anzahl der subsidiaren Magnetfelder am Ort bestimmend und Ezeugung eines Ausgangssignals, welches jedesmal, wenn eine Anzahl von Sequenzen von Maximal- und Minimalwerten, bestimmt durch die Anzahl von subsidiaren Feldern, erkannt worden sind, eine vollständig abgeschlossene Umdrehung anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend an Schritt (viii) höhere Differenzsätze bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem in Schritt (iii) für jeden X-Maximal- und X-Minimalwert der zugehörige Y-Wert aufgenommen wird und für jeden Y-Maximal- und Y-Minimalwert der zugehörige X-Wert aufgenommen wird und in Schritt (v) die zugehörigen Y- und X-Werte ebenfalls zur Erzeugung des Einzelwertes verwendet werden können.