WO1996022538A1 - Verfahren zum erkennen einer bewegungsrichtung insbesondere einer drehrichtung - Google Patents
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- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
- G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
Definitions
- detection devices are often required, which are able to indicate the angle of rotation and the direction of rotation of an element performing a rotary movement. For example, it is important to recognize the steering angle forced by the rotary movement of a steering wheel if this is required for the operation of a power steering or a driving stability control.
- the axis of the steering wheel can be provided with a slotted disc, which is illuminated by a transmitter directed at a receiver.
- the radiation to be measured can be, for example, magnetic radiation, optical radiation or another suitable radiation.
- interference radiation may also be present, which is particularly true when using infrared diodes with regard to the
- the measuring device is specially adjusted after assembly in the vehicle or at least after assembly of the measuring device.
- the present invention is therefore based on a method of the gate resulting from the preamble of claim 1.
- the object of the invention is to achieve a simple duplication of the frequency of the measured signals.
- the object is achieved by the combination of features resulting from the characterizing part of claim 1. Due to the features specified there, it is at least possible or to generate two phase-shifted signals which have twice the frequency compared to the two measured signals (1st and 2nd signal) and which regularly have a phase shift of 90 ° to one another. In contrast, the phase shift from the first to the third and the second to the fourth signal is 45 ° in each case.
- the fifth and sixth signals can be formed in phase reversed fashion, which can also happen according to the features listed in claim 1 in that the derived signal at If inequality has a positive value instead of equality, a total of four signals (E, F or G, H) can be derived, which have twice the frequency compared to the two measurement signals. If one wants to double the frequency again, then in a further development of the invention the combination of features according to claim 2 is recommended. Then the fifth and sixth signal (E, F or G, H; or their inversion) becomes a seventh signal K , L with a quadruple frequency compared to the measured signals A, B.
- the phase can be reversed by assigning the positive value of the seventh signal to the inequality instead of the equality of the fifth and sixth signals.
- Fig. 1 shows a measured sine signal S, which is provided with an off-set (OS) due to the ambient lighting.
- the measured signal does not necessarily have to be sinusoidal and can also have a sinusoidal or trapezoidal shape.
- the value MW measured over time T is thus composed of a threshold SW and a curve shape S placed thereon.
- the mean value ME forms the mean value of the measured value MW.
- a rectangular curve RK can be formed, the edges of which lie laterally where the sinus curve S intersects the mean value MI.
- the derived rectangular curves RK are described for the sake of simplicity.
- the method can also be applied directly to the measured curves S, insofar as they are related to their mean value MW.
- first signal A and thus signal B shows two rectangular curves A and B, which are offset by approximately 90 ° from one another, which are referred to below as first signal A and thus signal B.
- a third signal C and a fourth signal D are reached from the first signal and the second signal by forming signals A and B as well as by forming signals A and B as differences.
- the formation of these third and four- th signals is described in DE-OS 41 04 902.
- a fifth signal E and a sixth signal F can be derived from the two measured signals A and B but also from the two derived signals C and D.
- the procedure is to assign a fixed positive or negative amplitude value to the equality or inequality of these two signals.
- the fifth signal E is formed, for example, by always having a negative value when the first and second signals have the same (positive or negative) sign with respect to their mean value. If the signs are not equal, the signal E is assigned a positive value and if the two signals A and B are equal, the signal E is assigned a negative value.
- the sign of the signal derived from both signals A and B can also be reversed by assigning a positive value to the same sign of the two derived signals A and B and a negative value to the opposite sign.
- the signal G is then reached.
- the signal F is formed from the two derived signals C and D in accordance with the rules applicable to E.
- the signal H forms a correspondence to the signal G.
- a seventh signal K can also be formed, which has twice the frequency compared to signals E or F or four times the frequency compared to signals A to D.
- the circuit for this is arranged, for example, such that if the signs of the signals E and F are equal, the sign of the signal of K is negative and if the signs of inequality are the signs of Signal from K is positive.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Bewegungsrichtung, insbesondere einer Drehrichtung von sich drehenden Teilen beispielsweise dem Lenkrad eines Kraftfahrzeuges. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln die Meßgenauigkeit eines derartigen Verfahrens zu verbessern. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren, bei welchem zwei direkt gemessene und zwei davon abgeleitete Signale einer ersten Frequenz zur Ableitung mindestens zweier weiterer 90° gegeneinander phasenverschobener Signale (E, F bzw. G, H) doppelter Frequenz ausgewertet werden. In Weiterbildung der Erfindung läßt sich aus den beiden abgeleiteten Signalen (E, F bzw. G, H) ein zusätzliches Signal (K bzw. L) ableiten, welches die vierfache Frequenz der ersten beiden Signale (A, B) besitzt.
Description
Verfahren zum Erkennen einer Bewegungsrichtung insbesondere einer Drehrichtung
In der Technik werden vielfach Erkennungseinrichtungen benö¬ tigt, welche den Drehwinkel und die Drehrichtung eines einer Drehbewegung durchführenden Elementes anzugeben vermögen. So ist es zum Beispiel wichtig, den durch die Drehbewegung ei¬ nes Lenkrades erzwungenen Lenkwinkel zu erkennen, wenn die¬ ser für die Arbeitsweise einer Servolenkung bzw. einer Fahrstabilitätsregelung benötigt wird.
Bei derartigen Erkennungseinrichtungen kann beispielsweise die Achse des Lenkrades mit einer Schlitzscheibe versehen sein, die von einem auf einen Empfänger gerichteten Sender angestrahlt wird. Bei der zu messenden Strahlung kann es sich beispielsweise um magnetische Strahlung, optische Strahlung oder um eine andere geeignete Strahlung handeln. Bevorzugt werden hierbei Magnete, die ihr Feld auf Hall-Sen¬ soren richten oder aber auch Infrarot-Sendedioden, die mit entsprechenden Empfangdioden zusammenarbeiten.
Es wird angestrebt mit möglichst geringem Materialaufwand eine hohe Meßgenauigkeit zu erreichen. Dabei ist zum einen zu beachten, daß neben der ausgesandten Meßstrahlung auch eine Störstrahlung vorhanden sein kann, was insbesondere bei der Verwendung von Infrarot-Dioden hinsichtlich des in der
ORIGINALUNTERLAGEN
Fahrzeugkabine herrschenden Lichtes von großer Bedeutung ist. Es besteht also gleichzeitig noch die Notwendigkeit, die festgestellten Änderungen des gemessenen Lichtstrahles von der Umgebungsbeleuchtung zu trennen.
Um hinsichtlich der Beleuchtungsmessung eine größere Genauigkeit zu erreichen, können zum einen eine größere An¬ zahl von Sendern und Empfängern eingesetzt werden oder aber die Meßeinrichtung wird nach dem Zusammenbau im Fahrzeug oder zumindest nach dem Zusammenbau der Meßeinrichtung spe¬ ziell justiert.
Aus der DE-OS 41 04 902 (internes Aktenzeichen A 13184) ist es bekannt, statt die Phasenlage der beiden
Strahlungsempfänger direkt miteinander zu vergleichen statt¬ dessen das Differenzsignal dieser beiden Empfänger mit dem Summensignal dieser beiden Empfänger zu vergleichen. In die¬ ser Anmeldung wurde weiterhin nachgewiesen, daß die beiden- zuletzt genannten Signale unabhängig von der genauen geome¬ trischen Lage der Empfänger eine Phasenlage von 90° zuein¬ ander haben, wobei allerdings erhebliche Abweichungen hin¬ sichtlich der Amplituden dieser beiden Signale auftreten können.
Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einem Verfahren der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat¬ tung. Aufgabe der Erfindung ist es mit einfachen Mitteln eine Vervielfältigung der Frequenz der gemessenen Signale zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Durch die dort angegebenen Merkmale ist es zumindest möglich ein
oder zwei einander phasenverschobene Signale zu erzeugen, welche eine gegenüber den beiden gemessenen Signalen (1. und 2. Signal) die doppelte Frequenz aufweisen und die zuein¬ ander regelmäßig eine Phasenverschiebung von 90 ° besitzen. Dagegen beträgt die Phasenverschiebung von dem ersten gegen¬ über dem dritten und dem zweiten gegenüber dem vierten Si¬ gnal jeweils 45°. Bedenkt man weiterhin, daß das fünfte und sechste Signal (E, F bzw. G, H) jeweils phasenverkehrt ge¬ bildet werden kann, was auch nach dem in Anspruch 1 aufge¬ führten Merkmalen dadurch geschehen kann, daß das abgeleite¬ te Signal bei Ungleichheit statt bei Gleichheit einen posi¬ tiven Wert besitzt, so lassen sich insgesamt vier Signale (E, F bzw G, H) ableiten, welche gegenüber den beiden Me߬ signalen die doppelte Frequenz besitzen. Will man die Fre¬ quenz erneut verdoppeln, so empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Da¬ nach wird aus dem fünften und sechsten Signal (E, F bzw. G, H; oder deren Umkehrung) ein siebtes Singal K, L mit vierfa¬ cher Frequenz gegenüber den gemessenen Signalen A, B gebil¬ det. Auch hier ist wieder eine Umkehrung der Phase möglich, indem der positive Wert des siebten Signals statt der Gleichheit des fünften und sechsten Signals deren Ungleich¬ heit zugeordnet wird.
Es zeigt sich also, daß mit geringfügigem Aufwand beispiels¬ weise mit einer entsprechenden Anordnung von Gattern aus den beiden gemessenen Signalen abgeleitete Signale mit zweifa¬ cher bzw. vierfacher Frequenz gebildet werden können, durch die sich eine erhöhte Meßgenauigkeit bei der Messung des Drehwinkels oder der Drehwinkelgeschwindigkeit erreichen läßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an¬ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 Die Bildung der dem Ausführungsbeispiel zugrunde ge¬ legten Rechteckkurven.
Fig. 2 Die Formung der gemessenen und der von den gemesse¬ nen Signalen abgeleiteten Signale.
Fig. 1 zeigt ein gemessenes Sinus-Signal S, welches aufgrund der Umgebungsbeleuchtung mit einem Off-Set (OS) versehen ist. Selbstverständlich muß das gemessene Signal nicht unbe¬ dingt sinusförmig sein und kann auch eine sinusähnliche oder auch einen trapezförmigen Verlauf haben. Der über der Zeit T gemessene Wert MW setzt sich somit aus einer Schwelle SW und einer darauf aufsetzenden Kurvenform S zusammen. Der Mittel¬ wert ME bildet den mittleren Wert des Meßwertes MW. Durch geeignete Triggerschaltungen läßtT sich eine Rechteckkurve RK bilden, deren Flanken seitlich dort liegen, wo die Sinuskur¬ ve S den Mittelwert MI schneidet. Nachfolgend werden anstatt der tatsächlich gemessenen und gegenüber ihrem Mittelwert verschobenen Kurven S der Einfachheit halber die abgeleitetn Rechteckkurven RK beschrieben. Das Verfahren ist aber auch direkt auf die gemessenen Kurven S anwendbar, soweit sie auf ihren Mittelwert MW bezogen werden.
Fig. 2 zeigt zwei Rechteck-Kurven A und B, die um etwa 90° gegeneinander versetzt sind, die nachfolgend als erstes Sig¬ nal A und so das Signal B bezeichnet werden. Von dem ersten Signal und dem zweiten Signal werden ein drittes Signal C und ein viertes Signal D durch Summenbildung von Signal A und B sowie durch Differenzbildung von Signal A und B er¬ reicht. Die Bildung dieser so geschaffenen dritten und vier-
ten Signale wird in der DE-OS 41 04 902 beschrieben.
Für die Erfindung ist es nun wichtig zu erkennen, daß aus den beiden gemessenen Signalen A und B aber auch aus den beiden abgeleiteten Signalen C und D jeweils ein fünftes Signal E bzw. ein sechstes Signal F abgeleitet werden kann. Dabei geht man so vor, daß man der Gleichheit bzw. der Un¬ gleichheit dieser beiden Signale einen positiven oder nega¬ tiven Amplitudenwert fest zuordnet. Das fünfte Signal E wird beispielsweise dadurch gebildet, daß es immer dann einen negativen Wert hat, wenn das erste und das zweite Signal gegenüber ihrem Mittelwert das gleiche (positive oder nega¬ tive) Vorzeichen besitzen. Bei Ungleichheit der Vorzeichen wird dem Signal E ein positiver und bei Gleichheit der bei¬ den Signale A und B wird dem Signal E ein negativer Wert zugeordnet.
Selbstverständlich kann auch das Vorzeichen des von beiden Signalen A und B abgeleiteten Signals umgekehrt werden indem den gleichen Vorzeichen der beiden abgeleiteten Signale A und B ein positiver und dem umgekehrten Vorzeichen ein nega¬ tiver Wert zugeordnet wird. Man kommt dann zu dem Signal G. Das Signal F ist entsprechend den für E geltenden Regeln aus den beiden abgeleiteten Signalen C und D gebildet. Das Si¬ gnal H bildet eine Entsprechung zu dem Signal G.
Wie sich aus Fig. 2 entnehmen läßt, kann aber auch ein sieb¬ tes Signal K gebildet werden, welches die doppelte Frequenz gegenüber den Signalen E bzw. F besitzt bzw. die vierfache Frequenz gegenüber den Signalen A bis D. Die Schaltung hier¬ für wird beispielsweise derart angeordnet, daß bei Gleich¬ heit der Vorzeichen der Signale E und F das Vorzeichen von Signal von K negativ und bei Ungleichheit das Vorzeichen von
Signal von K positiv ist. Selbstverständlich kann man aber auch hinsichtlich dieses weiteren abgeleiteten siebten Si¬ gnals auch jeweils das entgegensetzte Vorzeichen wählen und kommt somit zu dem Signal L.
Claims
1. Verfahren zur Erkennung einer Bewegungsrichtung, insbe¬ sondere einer Drehrichtung unter Verwendung zweier um 90° phasenverschobener Signale (1. Signal A, 2. Signal B), die aus zwei in Bewegungsrichtung einer Signalquelle versetzt angeordneten Empfängern abgeleitet werden, wo¬ bei zwei weitere phasenverschobene Signale (drittes Si¬ gnal C, viertes Signal D) aus den zwei phasenverschobe¬ nen Signalen (1. Signal A, 2. Signal B) der Empfänger gebildet werden, indem die beiden ersten Signale mitein¬ ander addiert bzw. voneinander subtrahiert werden, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein fünftes und/oder ein sech¬ stes Signal (E oder F bzw. G oder H) die gegeneinander etwa um 90° phasenverschoben sind und die doppelte Fre¬ quenz gegenüber dem ersten bis vierten Signal aufweisen, dadurch gebildet werden, daß das erste Signal (A) mit dem zweiten Signal (B) oder bevorzugt das dritte Signal (C) mit dem 4. Signal (D) auf Ungleichheit (bzw. Gleich¬ heit) gegenüber einem Mittelwert verglichen wird, wobei das abgeleitete fünfte bzw. sechste Signal (E, G bzw. F, H) bei Ungleichheit (bzw. Gleichheit) einen positiven Wert gegenüber ihrem Mittelwert einnimmt und bei Gleichheit (bzw. Ungleichheit) einen negativen Wert ge¬ genüber ihrem Mittelwert einnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein siebtes Signal (K, L) mit vierfacher Frequenz gegen¬ über dem gemessenen ersten und zweiten Signal (A, B) da¬ durch aus dem fünften und sechsten Signal (E, F bzw. G, H) abgeleitet wird, daß es einen positiven Wert gegen¬ über einem Mittelwert bei Gleichheit (bzw. Ungleichheit) der fünften und sechsten Signale (E, F bzw G, H) ein¬ nimmt.
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