Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Weggeber nach der Gat
tung des Hauptanspruchs.The invention is based on an electrical displacement sensor according to the Gat
main claim.
Bei einem aus der DE-OS 33 03 738 (R 18353) bekannten elektrischen
Weggeber wird eine weichmagnetische Schraubenfeder als Induktivität
eines Schwingkreises benutzt, dessen Resonanzfrequenz abhängig von
der Längenänderung der Schraubenfeder durch Zusammendrücken oder
Strecken mittels eines Verstellorgans verändert wird, wobei die Fre
quenzänderung ein Maß für den Weg des Verstellorganes bildet, wel
ches einer Auswerteschaltung zugeführt wird. Nachteilig bei derarti
gen Lösungen ist jedoch, daß durch die relativ wenigen Windungen der
Schraubenfeder der Schwingkreis nur eine sehr kleine Induktivität
aufweist, wodurch die Meßfrequenzen im Megahertzbereich liegen und
nur mit größerem Aufwand so umgeformt werden können, daß sie für üb
liche Auswerteschaltungen mit Mikroprozessoren verwendbar sind,
welche im Kilohertzbereich arbeiten. Zur Vermeidung von Störein
flüssen müssen dabei die Leitungsverbindungen zur Frequenzumformer
stufe sehr kurz gehalten werden, was zur Folge hat, daß der Oszilla
tor des Weggebers mit seiner Frequenzumformerstufe möglichst dicht
an der Schraubenfeder anzuordnen ist. Dadurch ist der Anwendungsbe
reich derartiger Weggeber eingeschränkt.In one known from DE-OS 33 03 738 (R 18353) electrical
A soft magnetic coil spring is used as an inductor
a resonant circuit used, the resonance frequency depending on
the change in length of the coil spring by compressing or
Stretching is changed by means of an adjusting element, the Fre
change in frequency is a measure of the path of the adjusting member, wel
ches an evaluation circuit is supplied. A disadvantage of suchi
gene solutions, however, is that by the relatively few turns of
Coil spring of the resonant circuit only a very small inductance
has, whereby the measuring frequencies are in the megahertz range and
can only be reshaped with great effort so that they can be used for
evaluation circuits with microprocessors can be used,
which work in the kilohertz range. To avoid interference
the line connections to the frequency converter must flow
level must be kept very short, which means that the Oszilla
gate of the encoder with its frequency converter stage as tight as possible
to be arranged on the coil spring. This is the application
richly limited such wayfinders.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, unter Vermeidung der
aufgezeigten Mängel einen im Aufbau einfachen elektrischen Weggeber
nit einer Schraubenfeder zur Erzeugung des Meßsignals in der Art
weiterzubilden, daß das in ihm erzeugte Meßsignal ohne zusätzliche
Maßnahmen auch in einer räumlich vom Weggeber getrennten Auswerte
schaltung zu verarbeiten ist.The aim of the present solution is to avoid the
identified shortcomings a simple electrical displacement transducer
with a coil spring to generate the measurement signal in the manner
to further develop that the measurement signal generated in it without additional
Measures also in an evaluation that is spatially separate from the encoder
circuit is to be processed.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße elektrische Weggeber mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß nunmehr die Meß
spannung über die eine, vorzugsweise die ortsfeste Spule mit kon
stanter Frequenz in der anderen Spule, vorzugsweise in der Schrau
benfeder induziert wird, so daß diese Meßspannung nunmehr unmittel
bar einer üblichen Auswerteschaltung, z.B. einem Mikroprozessor zu
geführt werden kann. Dadurch sind in unmittelbarer Nähe des Weg
gebers keine elektronischen Bauteile erforderlich. Somit erhöht sich
der Anwendungsbereich derartiger elektrischer Weggeber, was insbe
sondere bei Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist, wo derartige Weggeber
zur Getriebesteuerung, zur Kraftstoffeinspritzung, zur lastabhängi
gen Zündzeitpunktverstellung, zur Niveauregelung oder zur Erfassung
der Gaspedalstellung und dgl. mehr einzusetzen sind. Als weiterer
Vorteil ist anzusehen, daß ein derartiger Weggeber keine Thermo
spannungen erzeugt und daher temperaturunabhängig zu arbeiten vermag.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist es, das eine
Ende der Schraubenfeder ortsfest anzuordnen und auf Bezugspotential
zu legen und das andere Ende mit einem in Achsrichtung der Schrau
benfeder verschiebbaren bzw. verschwenkbaren Verstellorgans direkt
oder indirekt zu verbinden. In diesem Fall ist jeweils nur eine An
schlußleitung für die Hochfrequenzspule und für die Schraubenfeder
als Meßspule vorhanden. Besonders zweckmäßig ist es, die Schrauben
feder gleichzeitig als Rückstelllfeder für das Verstellorgan zu be
nutzen, indem die Schraubenfeder und das Verstellorgan durch die
Rückstellkraft der Schraubenfeder in ihrer Ruhelage gegen einen An
schlag anliegen.The electrical encoder according to the invention with the characteristic
Features of the main claim has the advantage that now the measuring
voltage across the one, preferably the stationary coil with con
constant frequency in the other coil, preferably in the screw
benfeder is induced, so that this measuring voltage is now immediate
bar of a conventional evaluation circuit, e.g. a microprocessor
can be performed. This puts you in close proximity to the path
no electronic components required. Thus increases
the scope of such electrical displacement sensors, which in particular
is particularly advantageous in motor vehicles, where such displacement sensors
for transmission control, for fuel injection, for load-dependent
ignition timing, for level control or for recording
the accelerator pedal position and the like are to be used. As another
The advantage is that such a displacement sensor is not thermo
generates tension and is therefore able to work regardless of temperature.
The measures listed in the subclaims provide for
partial training and improvements in the main claim
specified features possible. It is particularly advantageous that one
Arrange the end of the coil spring stationary and at reference potential
to lay and the other end with one in the axial direction of the screw
benfeder displaceable or swiveling adjustment member directly
or connect indirectly. In this case there is only one To
final line for the high frequency coil and for the coil spring
available as a measuring coil. It is particularly useful to use the screws
spring at the same time as a return spring for the adjusting element
use by the coil spring and the adjustment by the
Restoring force of the coil spring in its rest position against an on
blow.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen Fig. 1 den elektrischen Weggeber mit einer Schraubenfeder
für die Abtastung der Stellung eines Gaspedals und Fig. 2 zeigt den
Spannungsverlauf der an der Schraubenfeder abgegriffenen Meßspannung
bei durchgetrenntem bzw. nicht betätigtem Gaspedal.An embodiment of the invention is shown in the drawing and Darge explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 shows the electric displacement sensor with a coil spring for sensing the position of an accelerator pedal, and Fig. 2 shows the voltage waveform of the tapped on the coil spring measurement voltage at durchgetrenntem or accelerator is not actuated.
Beschreibung des AusführungsbeispielesDescription of the embodiment
In Fig. 1 ist ein elektrischer Weggeber 10 mit einem Oszillator 11
für die Abtastung der Stellung eines Gaspedals 12 in einem Kraft
fahrzeug dargestellt. Der Oszillator 11 ist mit einer Plusklemme 13
an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen. Er hat im Bei
spielsfall eine Frequenz von 20 kHz, welche über eine erste An
schlußleitung 14 mit einer Hochfrequenzspule 15 des Weggebers 10
verbunden ist, die den hinteren Abschnitt einer Schraubenfeder 16
konzentrisch umgibt. Das hintere Ende der Schraubenfeder 16 liegt
auf einer ortsfesten Auflage 17, welches zugleich Massepotential für
das hintere Ende der Schraubenfeder 16 bildet. Auch das andere Ende
der Hochfrequenzspule 15 ist an der Auflage mit Masse als Bezugs
potential verbunden. Das vordere Ende der Schraubenfeder 16 ist an
einer Aufnahme 18 an der Rückseite des Gaspedals 12 befestigt und
über eine weitere Anschlußleitung 19 mit einer davon räumlich ge
trennt angeordneten Auswerteschaltung 20 verbunden. Das Gaspedal 12
wird von der als Druckfeder ausgebildeten Schraubenfeder 16 in
seiner gestrichelt dargestellten Leerlaufstellung gegen einen An
schlag 21 gedrückt und es liegt in der ausgezogen dargestellten
Vollgasstellung an einem Begrenzungsanschlag 22 an.In Fig. 1, an electrical displacement sensor 10 is shown with an oscillator 11 for sensing the position of an accelerator pedal 12 in a motor vehicle. The oscillator 11 is connected to the vehicle electrical system of the motor vehicle with a positive terminal 13 . It has a frequency of 20 kHz in the case of a game, which is connected via a first connection line 14 to a high-frequency coil 15 of the displacement sensor 10 , which concentrically surrounds the rear section of a coil spring 16 . The rear end of the coil spring 16 lies on a stationary support 17 , which also forms ground potential for the rear end of the coil spring 16 . The other end of the high-frequency coil 15 is also connected to ground as a reference potential. The front end of the coil spring 16 is attached to a receptacle 18 on the rear of the accelerator pedal 12 and connected via a further connecting line 19 to an evaluation circuit 20 which is spatially separated therefrom. The accelerator pedal 12 is pressed by the helical spring 16 designed as a compression spring in its idle position, shown in dashed lines, against a stop 21 and it is in the full-throttle position shown in a solid line against a limit stop 22 .
Der durch die Betätigung des Gaspedals durchlaufende Weg des vor
deren Endes der Schraubenfeder 16, der in Fig. 1 mit S bezeichnet
ist, ist der vom Weggeber 10 zu erfassende Weg, über den sich das an
der Schraubenfeder 16 auftretende Meßsignal abhängig von der axialen
Länge der Schraubenfeder ändern soll.The path through the actuation of the accelerator pedal of the front of the end of the coil spring 16 , which is denoted by S in FIG. 1, is the path to be detected by the travel sensor 10 , via which the measurement signal occurring at the coil spring 16 depends on the axial length the coil spring should change.
In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Spannung Ua dargestellt,
die bei eingeschaltetem Oszillator 11 durch das dabei in der Hoch
frequenzspule 15 erzeugte, in Fig. 1 mit 23 bezeichnete hoch
frequente Magnetfeld in der Schraubenfeder 16 induziert wird. Diese
über die Anschlußleitung 19 der Auswerteschaltung 20 zugeführte Meß
spannung hat die gleiche Frequenz wie der Oszillator 11. Die Span
nungsamplitude ist jedoch abhängig davon, wieviele Windungen der
Schraubenfeder 16 bzw. von welcher Feldstärke die Windungen der
Schraubenfeder 19 vom hochfrequenten Magnetfeld 23 der Hochfrequenz
spule 15 durchsetzt sind. Bei durchgetretener Stellung des Gaspedals
12 liegt praktisch nur die vordere Windung der Schraubenfeder 16
außerhalb der Hochfrequenzspule 15, so daß die übrigen Windungen
praktisch vollständig mit dem Magnetfeld 23 verkettet sind. Die da
bei in der Schraubenfeder 16 induzierte Meßspannung Ua 1 hat - wie
Fig. 2 zeigt - eine große Amplitudenhöhe. Die Amplitudenhöhe der
Meßspannung Ua wird zweckmäßigerweise in der Auswerteschaltung über
einen Gleichrichter mit Glättungsstufe in ein Meßsignal umgeformt,
welches unmittelbar einem A/D-Eingang eines Mikroprozessors zuge
führt werden kann.In Fig. 2 the time course of the voltage Ua is shown, which is induced in the coil spring 16 when the oscillator 11 is switched on by the high frequency coil 15 generated in this case, designated by 23 in FIG . This voltage supplied via the connecting line 19 to the evaluation circuit 20 has the same frequency as the oscillator 11 . However, the voltage amplitude is dependent on how many turns of the coil spring 16 or the field strength of the turns of the coil spring 19 are penetrated by the high-frequency magnetic field 23 of the high-frequency coil 15 . When the accelerator pedal 12 is depressed, practically only the front turn of the helical spring 16 lies outside the high-frequency coil 15 , so that the other turns are practically completely linked to the magnetic field 23 . The measuring voltage Ua 1 induced in the helical spring 16 has - as shown in FIG. 2 - a large amplitude level. The amplitude of the measuring voltage Ua is expediently converted in the evaluation circuit via a rectifier with a smoothing stage into a measuring signal which can be fed directly to an A / D input of a microprocessor.
Wird das Gaspedal 12 zurückgenommen, so wird dementsprechend die
Schraubenfeder 16 in ihrer axialen Länge verändert. Sie wird ver
längert, so daß nun weitere Windungen der Schraubenfeder 16 aus der
Hochfrequenzspule 15 nach vorn austreten und nicht mehr vollständig
vom Magnetfeld 23 der Hochfrequenzspule 15 durchsetzt werden. Da
durch verringert sich die Amplitude der Meßspannung Ua an der
Schraubenfeder 16, so daß diese Veränderung der Gaspedalstellung in
der Auswerteschaltung 20 erfaßt werden kann. Gelangt das Gaspedal 12
schließlich in die Leerlaufstellung, so wurde von der Schraubenfeder
16 der Weg S zurückgelegt und sie hat nun ihre größte axiale Länge.
Wie Fig. 2 zeigt, hat die nunmehr in der Schraubenfeder 16 vom
Magnetfeld 23 induzierte Meßspannung Ua 2 eine wesentlich kleinere
Amplitudenhöhe. Auf diese Weise läßt sich durch die Amplitudenhöhe
die jeweilige Gaspedalstellung abfühlen, wobei es zweckmäßig ist,
die Charakteristik der von der Gaspedalstellung abhängigen Amplitu
denhöhe des Meßsignals Ua über eine in einem Speicher der Auswerte
schaltung 20 abgelegte Tabelle festzulegen. Damit ist es auch auf
einfache Weise möglich, eine nichtlineare Änderung der Amplituden
höhe in Abhängigkeit vom Verstellweg S bzw. einem Verstellwinkel zu
kompensieren.If the accelerator pedal 12 is withdrawn, the helical spring 16 is accordingly changed in its axial length. It is extended ver, so that now further turns of the coil spring 16 emerge from the high-frequency coil 15 to the front and are no longer completely penetrated by the magnetic field 23 of the high-frequency coil 15 . Since the amplitude of the measuring voltage Ua on the helical spring 16 is reduced, so that this change in the accelerator pedal position can be detected in the evaluation circuit 20 . When the accelerator pedal 12 finally reaches the idle position, the path S was covered by the helical spring 16 and it now has its greatest axial length. As shown in FIG. 2, the measuring voltage Ua 2 now induced in the helical spring 16 by the magnetic field 23 has a substantially smaller amplitude level. In this way, the respective accelerator pedal position can be sensed by the amplitude height, it being expedient to determine the characteristic of the amplitude of the measurement signal Ua dependent on the accelerator pedal position via a circuit 20 stored in a memory of the evaluation circuit 20 . It is thus also possible in a simple manner to compensate for a non-linear change in the amplitude depending on the adjustment path S or an adjustment angle.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel be
schränkt, da anstelle eines Gaspedals auch andere Verstellorgane zu
verwenden sind, deren Position bzw. Verstellweg durch den elektrischen
Weggeber erfaßt werden kann. Anstelle einer Schraubendruckfeder kann
dabei auch eine Schraubenzugfeder innerhalb der Hochfrequenzspule 15
angeordnet werden. Auch dabei ist es möglich, daß mit der Rückstell
kraft der Schraubenfeder auch das Verstellorgan in die Ruhelage ge
bracht wird. Ebenso ist es aber auch möglich, die Rückstellkraft der
Schraubenfeder relativ schwach auszubilden und das Verstellorgan
durch eine zusätzliche Rückstellfeder oder dgl. in die Ruhelage zu
bringen.The invention is not limited to the illustrated embodiment, because instead of an accelerator pedal other adjustment elements are to be used, the position or displacement of which can be detected by the electrical displacement sensor. Instead of a helical compression spring, a helical tension spring can also be arranged within the high-frequency coil 15 . It is also possible that with the restoring force of the coil spring the adjusting member is brought into the rest position ge. However, it is also possible to make the restoring force of the helical spring relatively weak and to bring the adjusting element into the rest position by means of an additional restoring spring or the like.
Auch die Umkehrung, Einspeisung der Oszillatorfrequenz auf die
Schraubenfeder 16 und Abnahme des Signals über die feststehende
Spule 15 ist möglich, wobei vorzugsweise dann die Schraubenfeder 16
konzentrisch über der feststehenden Spule 15 angeordnet ist.It is also possible to reverse, feed the oscillator frequency to the coil spring 16 and decrease the signal via the fixed coil 15 , the coil spring 16 then preferably being arranged concentrically above the fixed coil 15 .