DE10003606A1

DE10003606A1 - Drehzahlsensor und Verfahren zur Drehzahlmessung

Info

Publication number: DE10003606A1
Application number: DE2000103606
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stegmann; Bernhard Ott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: DE10003606B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Drehzahlsensor zur Drehzahlmessung an rotierenden Bauteilen, wobei ein analoges Sensorsignal (24) in ein Rechtecksignal (26) umgewandelt wird, wobei die Drehzahl aus einer Periodendauer (28) des Rechtecksignals (26) berechnet wird. Hierbei wird in Abhändigkeit von einem Tastverhältnis [t¶ON¶(34)]/[t¶PER¶(28)] des Rechecksignals (26) ausgewählt, ob zum Bestimmen der Periodendauer (28) desselben der zeitliche Abstand von zwei aufsteigenden Flanken des Rechecksignals (26) als Triggerflanken oder zwei absteigenden Flanken des Rechtecksignals (26) als Triggerflanken verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlmessung an rotierenden Bauteilen, wobei ein analoges Sensorsignal in ein Rechtecksignal umgewandelt wird, wobei die Drehzahl aus einer Periodendauer des Rechtecksignals berechnet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Drehzahlsensor für einen Drehkörper mit einem ein analoges Sensorsignal abgebenden Sensor, mit einer Signalumwandlungseinrichtung zum Umwandeln des analogen Sensorsignals in ein Rechtecksignal und mit einer Flankenwähleinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Bei der Drehzahlmessung mit Hilfe eines induktiven Drehzahlgebers an rotierenden Bauteilen werden z. T. die Impulse durch Löcher im sich drehenden Bauteil selbst erzeugt. Dadurch entfällt der zusätzliche Bauraum für ein Impuls- oder Geberrad. Um jedoch das Bauteil in der Tragfähigkeit nicht zu stark zu schwächen, werden die Löcher mit großen Abständen am Umfang verteilt. Ein analoges Sensorsignal wird dabei üblicherweise mittels eines Schmitt-Triggers in ein digitales Signal umgewandelt und mittels dieses digitalen Signals die Drehzahl aus einer Periodendauer des digitalen Signals berechnet. Hierzu wird an der aufsteigenden oder absteigenden Flanke des digitalen Signals als Triggerflanke aufgesetzt und die Periodendauer derart bestimmt, daß die Zeit bis zur nächsten aufsteigenden oder absteigenden Flanke gemessen wird. Bei einer Lochung des rotierenden Bauteiles mit großen Stegen im Zwischenraum wird auch das Signal am Sensor zwischen den Impulsen eine Tastlücke mit nahezu horizontalem Spannungsverlauf haben. Sofern die gewählte Triggerflanke in diesem Bereich liegt, kommt es bei schwankendem Spannungsverlauf zu einem "Phasejitter", wobei derartige Signalzustände für eine Drehzahlbestimmung ungeeignet sind.

Aus der gattungsgemäßen DE 38 24 713 A1 ist daher bereits ein Drehzahlsensor bekannt, bei dem bei niedriger Drehzahl für jede Impulsüberwachungsperiode unter Berücksichtigung der relativen Phasenlage der Impulse gegenüber der Impulsüberwachungsperiode entweder die ansteigende oder die abfallende Flanke als Triggerflanken gewählt werden. Hierbei wird diejenige Flanke des Sensorsignals als Triggerflanke gewählt, welche in der Impulsüberwachungsperiode als erste auftritt. Es wird also eine Phasenlage zwischen dem Sensorsignal und der Impulsüberwachungsperiode berücksichtigt, wobei die Impulsüberwachungsperiode ein Zeitraum ist, in dem das Sensorsignal abgetastet wird. Bei hohen Drehzahlen wird eine fest vorbestimmte Flankenart genutzt. Je nach Drahtwickelrichtung der Abnehmerspule des Drehzahlsensors wird entweder die ansteigende oder abfallende Flanke für hohe Drehzahlen fest vorbestimmt, unabhängig von der Impulsüberwachungsperiode.

Hierbei ist jedoch insbesondere für den Betriebszustand bei hohen Drehzahlen die Polung des Sensors konsequent einzuhalten. Um bei einem derartigen System die Polarität des Sensors bei festgelegter Triggerflanke sicherzustellen, müssen folgende Bedingungen erfüllt werden:

1. Feste Zuordnung der Verkabelung vom Sensor zum Steuergerät.
2. Gleichbleibende Windungsrichtung aller Sensoren.
3. Festgelegte Lage des Magneten im induktiven Drehzahlsensor.

Diese Forderungen lassen sich insbesondere bei einem Einsatz in Großserie nur mit entsprechenden Mehrkosten realisieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Drehzahlsensor der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und bei reduziertem Herstellungsaufwand für den Drehzahlsensor unabhängig von einer Hardwareausgestaltung des Drehzahlsensors immer optimal eine Triggerflanke ausgewählt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch einen Drehzahlsensor der o. g. Art mit den in Anspruch 11 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß in Abhängigkeit von einem Tastverhältnis des Rechtecksignals ausgewählt wird, ob zum Bestimmen der Periodendauer desselben der zeitliche Abstand von zwei aufsteigenden Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken oder zwei absteigenden Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken verwendet wird.

Dies hat den Vorteil, daß unabhängig von einer Verdrahtung bzw. Polung des Sensors eine stabile Drehzahlberechnung ohne die Gefahr von "Phasejitter" erzielt wird.

Als Tastverhältnis T_V wird in vorteilhafter Weise ein Verhältnis zwischen einer Zeitdauer t_ON eines Zustandes "high" oder "low" des Rechtecksignals zu der Periodendauer t_PER gemäß

verwendet. Hierbei wird das Sensorsignal als für die Ermittlung der Triggerflanke ungültig verworfen, wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten unteren Wert unterschreitet, insbesondere wenn T_V ≦ 10% ist, oder wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten oberen Wert überschreitet, insbesondere wenn T_V ≧ 90% ist, oder wenn das Tastverhältnis in einem mittleren Bereich liegt, insbesondere wenn 40% ≦ T_V ≦ 60% ist. Ferner werden zur Periodenbestimmung zwei aufsteigende Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken verwendet, wenn das Tastverhältnis T_V in einem oberen Bereich liegt, insbesondere wenn 60% < T_V < 90% ist, oder es werden zur Periodenbestimmung zwei absteigende Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken verwendet, wenn das Tastverhältnis T_V in einem unteren Bereich liegt, insbesondere wenn 10% < T_V < 40% ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Klassierung des Tastverhältnisses T_V in oberen Bereich, unteren Bereich, mittleren Bereich und/oder oberen bzw. unteren Wert in einem Testbetrieb bestimmt, der beispielsweise in definierten Drehzahlbereichen und/oder bei bestimmten Lastzuständen durchgeführt wird.

Zweckmäßigerweise wird der Testbetrieb nur einmal für ein bestimmtes Serienprodukt durchgeführt und in einer Serienproduktion dieses Serienproduktes die im Testbetrieb ermittelte Klassierung des Tastverhältnisses T_V in einem Steuergerät einer Drehzahlerfassungseinrichtung abgespeichert.

Das analoge Sensorsignal wird beispielsweise in ein Rechtecksignal in Form eines digitalen Sensorsignals umgewandelt. Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn der Wechsel der Triggerflanke von ansteigender zu abfallender Flanke des Rechtecksignals oder umgekehrt durchgeführt wird.

Ferner ist es bei einem Drehzahlsensor der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Flankenwähleinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von einem Tastverhältnis des Rechtecksignals aufsteigende oder absteigende Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken zum Bestimmen der Periodendauer des Rechtecksignals auswählt.

Dies hat den Vorteil, daß unabhängig von einer Verdrahtung bzw. Polung des Sensors eine stabile Drehzahlberechnung ohne die Gefahr von "Phasejitter" erzielt wird. Hierdurch steht ein mechanisch und elektrisch vereinfachter Drehzahlsensor mit verbesserter und zuverlässiger Meßgenauigkeit zur Verfügung.

Das Tastverhältnis T_V ist dabei in vorteilhafter Weise ein Verhältnis zwischen einer Zeitdauer t_ON eines Zustandes "high" oder "low" des Rechtecksignals zu der Periodendauer t_PER gemäß

wobei die Flankenwähleinrichtung derart ausgebildet ist, daß diese das Sensorsignal als für die Ermittlung der Triggerflanke ungültig verwirft, wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten unteren Wert unterschreitet, insbesondere wenn T_V ≦ 10% ist, oder wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten oberen Wert überschreitet, insbesondere wenn T_V ≧ 90% ist oder wenn das Tastverhältnis T_V in einem mittleren Bereich liegt, insbesondere wenn 40% ≦ T_V ≦ 60% ist. Hierbei ist die Flankenwähleinrichtung ferner derart ausgebildet ist, daß diese zur Periodenbestimmung als Triggerflanken aufsteigende Flanken des Rechtecksignals wählt, wenn das Tastverhältnis T_V in einem oberen Bereich liegt, insbesondere wenn 60% < T_V < 90% ist, oder daß diese zur Periodenbestimmung als Triggerflanken absteigende Flanken des Rechtecksignals wählt, wenn das Tastverhältnis T_V in einem unteren Bereich liegt, insbesondere wenn 10% < T_V < 40% ist.

Das Rechtecksignal ist beispielsweise ein digitales Sensorsignal. In besonders vorteilhafter Weise ist die Flankenwähleinrichtung derart ausgebildet, daß diese den Wechsel der Triggerflanke von ansteigender zu abfallender Flanke des Rechtecksignals oder umgekehrt durchführt.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehzahlsensors und

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines Sensorsignals und eines Rechtecksignals in einem Drehzahlsensor gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehzahlsensors umfaßt ein sich drehendes Bauteil 10 mit einer Vielzahl von an seinem Umfang angeordneten Zähnen 12, einen Sensor 14 mit einer Abnehmerspule 16, einen Signalumformer 18, eine Flankenwähleinrichtung 20 und eine Drehzahlberechnungseinrichtung 22. Die Zähne 12 bestehen aus magnetischem Material, so daß die Abnehmerspule 16 entsprechend dem Vorbeilaufen der Vielzahl von Zähnen 12 ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses analoge Sensorsignal ist in Fig. 2 über eine Zeitachse 25 dargestellt und mit 24 bezeichnet.

Das von der Abnehmerspule 16 abgegebene elektrische Signal 24 wird durch den Signalumformer 18 zu Impulsen in Form eines Rechtecksignals umgewandelt. Der Signalumformer ist beispielsweise ein Schmitt-Trigger-Schaltkreis mit Hysterese, der ein digitales Signal erzeugt. Dieses digitale oder Rechtecksignal ist in Fig. 2 dargestellt und mit 26 bezeichnet.

Zur Drehzahlberechnung wird zunächst aus dem Sensorsignal 24 mit Hilfe des Signalumformers 18 das digitale Signal 26 erzeugt. Von diesem digitalen Signal 26 wird die Periodendauer t_PER 28 beispielsweise von steigender zu steigender Flanke oder von fallender zu fallender Flanke gemessen. Je nach Ausbildung und Abstand der Zähne 12, welche alternativ auch als Lochung im Bauteil 10 ausgeführt sein können, kommt es im Zeitraum zwischen den Impulsen am Sensor 14 zu einer Tastlücke mit nahezu horizontalem Spannungsverlauf, wie beispielsweise in den Bereichen 30 des analogen Sensorsignals 24. Triggerflanken, die in diesem Bereich 30 liegen, wie beispielsweise bei 32, zeigen bei schwankendem Spannungsverlauf ein "Phasejitter" und sind daher für eine stabile Drehzahlberechnung ungeeignet.

Erfindungsgemäß wird die "richtige" Triggerflanke von der Flankenwähleinrichtung 20 zur Periodenbestimmung gewählt, d. h. es wird eine Flanke des digitale Signals 26 gewählt, welche nicht innerhalb oder nahe der Tastlücke 30 liegt. Hierzu wird die Asymmetrie des analogen Sensorsignals 24 und das sich dadurch ergebende variable Tastverhältnis T_V des digitalen Signals 26 verwendet. Das Tastverhältnis T_V ist dabei das Verhältnis einer Zeitdauer t_ON 34 eines Zustandes "high" oder "low" des digitalen Signals zur Periodendauer t_PER 28 gemäß

Dieses Tastverhältnis T_V wird beispielsweise zur Auswahl einer Flanke des digitalen Signals 26 als Triggerflanke in Bereiche für "ungültig", "steigende Flanke als Triggerflanke wählen" und "fallende Flanke als Triggerflanke wählen" klassiert. Hierbei sind diese Zuordnungen für die Triggerflanke beispielhaft folgendermaßen verschiedenen Bereichen des Tastverhältnisses T_V zugeordnet:

ungültig: T_V ≧ 90% oder T_V ≦ 10%

oder

40% ≦ T_V ≦ 60%

steigende Flanke als Triggerflanke wählen: 60% < T_V < 90%

fallende Flanke als Triggerflanke wählen: 10% < T_V < 40%

Das Ergebnis dieser Klassierung wird nach mehreren erfolgreichen Bewertungen dauerhaft in einem Steuergerät des Drehzahlsensors abgespeichert und im Betrieb beispielsweise bei allen Drehzahlen die Triggerflanke entsprechend gewählt. Diese Klassierung wird beispielsweise einmalig in einem Testbetrieb vor Aufnahme der Serienproduktion für ein bestimmtes Serienprodukt bei verschiedenen Drehzahlen und Lastzuständen ermittelt, so daß in der Serienproduktion sofort und ohne weitere Testphasen die ermittelte Klassierung für verschiedene Lastzustände bzw. Drehzahlen in einem Steuergerät für eine Drehzahlerfassungseinrichtung gespeichert werden kann.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

drehendes Bauteil

12

Zähne

14

Sensor

16

Abnehmerspule

18

Signalumformer

20

Flankenwähleinrichtung

22

Drehzahlberechnungseinrichtung

24

Sensorsignal

25

Zeitachse

26

digitale oder Rechtecksignal

28

Periodendauer t_PER

30

Tastlücke

32

Triggerflanke im Bereich einer Tastlücke

34

Zeitdauer t_ON

34

eines. Zustandes "high" oder "low" des digitalen Signals

Claims

1. Verfahren zur Drehzahlmessung an rotierenden Bauteilen, wobei ein analoges Sensorsignal in ein Rechtecksignal umgewandelt wird, wobei die Drehzahl aus einer Periodendauer des Rechtecksignals berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einem Tastverhältnis des Rechtecksignals ausgewählt wird, ob zum Bestimmen der Periodendauer desselben der zeitliche Abstand von zwei aufsteigenden Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken oder zwei absteigenden Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Tastverhältnis T_V ein Verhältnis zwischen einer Zeitdauer t_ON eines Zustandes "high" oder "low" des Rechtecksignals zu der Periodendauer t_PER gemäß
verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal als für die Ermittlung der Triggerflanke ungültig verworfen wird, wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten unteren Wert unterschreitet, insbesondere wenn T_V ≦ 10% ist, oder wenn das Tastverhältnis L, einen vorbestimmten oberen Wert überschreitet, insbesondere wenn T_V ≧ 90% ist, oder wenn das Tastverhältnis in einem mittleren Bereich liegt, insbesondere wenn 40% ≦ T_V ≦ 60% ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Periodenbestimmung zwei aufsteigende Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken verwendet werden, wenn das Tastverhältnis T_V in einem oberen Bereich liegt, insbesondere wenn 60% < T_V < 90% ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Periodenbestimmung zwei absteigende Flanken des Rechtecksignals als Triggerflanken verwendet werden, wenn das Tastverhältnis T_V in einem unteren Bereich liegt, insbesondere wenn 10% < T_V <40% ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassierung des Tastverhältnisses T_V in oberen Bereich, unteren Bereich, mittleren Bereich und/oder oberen bzw. unteren Wert in einem Testbetrieb bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Testbetrieb in definierten Drehzahlbereichen und/oder bei bestimmten Lastzuständen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Testbetrieb wenigsten einmal für ein bestimmtes Produkt durchgeführt wird und in einer Serienproduktion dieses Produktes die im Testbetrieb ermittelte Klassierung des Tastverhältnisses T_V in einem Steuergerät einer Drehzahlerfassungseinrichtung abgespeichert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Sensorsignal in ein Rechtecksignal in Form eines digitalen Sensorsignals umgewandelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel der Triggerflanke von ansteigender zu abfallender Flanke des Rechtecksignals oder umgekehrt durchgeführt wird.

11. Drehzahlsensor für einen Drehkörper (10) mit einem ein analoges Sensorsignal (24) abgebenden Sensor (14), mit einer Signalumwandlungseinrichtung (18) zum Umwandeln des analogen Sensorsignals (24) in ein Rechtecksignal (26) und mit einer Flankenwähleinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von einem Tastverhältnis T_V des Rechtecksignals (26) aufsteigende oder absteigende Flanken des Rechtecksignals (26) als Triggerflanken zum Bestimmen der Periodendauer t_PER (28) des Rechtecksignals (26) auswählt.

12. Drehzahlsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis T_V ein Verhältnis zwischen einer Zeitdauer t_ON (34) eines Zustandes "high" oder "low" des Rechtecksignals (26) zu der Periodendauer t_PER (28) gemäß
ist.

13. Drehzahlsensor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß diese das Sensorsignal (24) als für die Ermittlung der Triggerflanke ungültig verwirft, wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten unteren Wert unterschreitet, insbesondere wenn T_V ≦ 10% ist.

14. Drehzahlsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß diese das Sensorsignal (24) als für die Ermittlung der Triggerflanke ungültig verwirft, wenn das Tastverhältnis T_V einen vorbestimmten oberen Wert überschreitet, insbesondere wenn T_V ≧ 90% ist.

15. Drehzahlsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß diese das Sensorsignal (24) als für die Ermittlung der Triggerflanke ungültig verwirft, wenn das Tastverhältnis T_V in einem mittleren Bereich liegt, insbesondere wenn 40% ≦ T_V ≦ 60% ist.

16. Drehzahlsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß diese zur Periodenbestimmung als Triggerflanken aufsteigende Flanken des Rechtecksignals (26) wählt, wenn das Tastverhältnis 1, in einem oberen Bereich liegt, insbesondere wenn 60% < T_V < 90% ist.

17. Drehzahlsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß diese zur Periodenbestimmung als Triggerflanken absteigende Flanken des Rechtecksignals (26) wählt, wenn das Tastverhältnis T_V in einem unteren Bereich liegt, insbesondere wenn 10% < T_V <40% ist.

18. Drehzahlsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechtecksignal (26) ein digitales Sensorsignal ist.

19. Drehzahlsensor nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwähleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß diese den Wechsel der Triggerflanke von ansteigender zu abfallender Flanke des Rechtecksignals (26) oder umgekehrt durchführt.