DE102004009715A1 - Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und Drehrichtung eines drehbeweglichen Elementes eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und Drehrichtung eines drehbeweglichen Elementes eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (10) zum Erfassen der Drehzahl und Drehrichtung eines drehbeweglichen Elementes eines Kraftfahrzeuges, wie eine drehbare Welle oder ein Verstellantrieb, beschrieben, wobei das drehbewegliche Element einen Magnetfeldgeber (12) aufweist, dem Magnetfeldgeber (12) zwei magnetempfindliche Sensoren (14, 16) zugeordnet sind und die Ausgangssignale (18, 20) der Sensoren (14, 16) einer digitalen Auswertefunktion (22) zugeführt werden. Die Kenngrößen Drehzahl und Drehrichtung des drehbeweglichen Elementes sind in einem einzigen Ausgangssignal (24) der Auswertefunktion (22) enthalten, wobei das Ausgangssignal (24) eine Pulsfolge ist und der zeitliche Abstand (26) zwischen aufeinander folgenden Pulsen ein Maß für die Drehzahl und die Pulsdauer (28, 30) eines jeden Pulses ein Maß für die Drehrichtung ist. Die Vorrichtung (10) ist bevorzugt als integrierter Schaltkreis (40) ausgebildet und weist lediglich einen Masseanschluss (42) sowie einen Signalanschluss (44) auf (Figur 1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und Drehrichtung eines drehbeweglichen Elementes eines Kraftfahrzeuges, wie eine drehbare Welle oder ein Feststellantrieb, wobei das drehbewegliche Element einen Magnetfeldgeber, z.B. Dauermagneten, aufweist, dem Magnetfeldgeber zwei magnetfeldempfindliche Sensoren, wie Hall-Sensoren, magnetoresistive Sensoren oder dergleichen, zugeordnet sind, und die Ausgangsignale der Sensoren einer digitalen Auswertefunktion zugeführt werden.
  • Derartige Vorrichtungen sind bereits aus der DE 195 43 562 A1 , DE 197 22 016 A1 , DE 100 41 736 C1 oder DE 100 41 738 A1 bekannt.
  • Diese bekannten Vorrichtungen sind recht aufwendig aufgebaut, da die beiden Sensoren je nach Ausführung als 2-poliger oder 3-poliger Baustein im allgemeinen drei bis vier Anschlussleitungen aufweisen, die mit der Auswertefunktion zu verbinden sind. Des weiteren ist in der Auswertefunktion eine Drehrichtungserkennung durchzuführen, wobei dann das Drehrichtungssignal über zwei separate Anschlussleitungen abgegriffen wird.
    •
  • Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangsgenannten Merkmalen dahingehend weiterzubilden, dass ein vereinfachter Aufbau der Vorrichtung und eine Einsparung von Verkabelungsaufwand erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei der Vorrichtung mit den eingangsgenannten Merkmalen im wesentlichen dadurch gelöst, dass die Kenngrößendrehzahl und Drehrichtung des drehbeweglichen Elementes in einem einzigen Ausgangssignal der Auswertefunktion enthalten sind, wobei das Ausgangssignal eine Pulsfolge und der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen ein Maß für die Drehzahl und die Pulsdauer eines jeden Pulses ein Maß für die Drehrichtung ist.
  • Aufgrund dieser Maßnahme weist die Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl und Drehrichtung des drehbeweglichen Elementes neben dem Masseanschluss lediglich eine einzige Ausgangssignalleitung auf, so dass der Aufwand von Kupferleitungen, Kosten und Gewicht und auch die Verkabelung wesentlich reduziert ist.
  • Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die digitale Auswertefunktion eine Richtungserkennungsfunktion aufweist, deren Ausgangssignal einer Monoflopfunktion zugeführt wird. Von Vorteil sind diese Funktionen in einem integrierten Schaltkreis, bspw. einem anwenderspezifischen IC (ASIC), realisiert.
  • Dabei bietet es sich nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung an, dass in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Richtungserkennungsfunktion je nach Drehrichtung des Elementes eine erste oder eine zweite unterschiedliche Pulsdauer der Monoflopfunktion eingestellt wird. Durch diese Maßnahme kann bspw. die Pulsdauer der Einzelimpulse der Pulsfolge in Abhängigkeit von der Drehrichtung von kurz auf lang oder umgekehrt variiert werden.
  • Weiterhin bietet es sich an, dass das Ausgangssignal eines Sensors der Monoflopfunktion als Träger zugeführt wird.
  • Auch ist vorgesehen, dass der Richtungserkennungsfunktion als Eingangsgröße die Ausgangssignale beider Sensoren zugeführt werden.
  • Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetfeldgeber als Permanentmagnet, insbesondere als Ringmagnet, ausgebildet ist.
  • Von besonderem Vorteil sind die Sensoren und die Auswertefunktion Bestandteil eines integrierten Schaltkreises, wodurch Verkabelungs- und Leitungsaufwand zwischen den Sensoren und der Auswertefunktion vermieden sind. Aufgrund dieser Maßnahme werden auch Prozesskosten eingespart, da die gesamte Sensorik auf der elektronischen Seite nur noch ein einziges Bauteil, nämlich einen IC, beinhaltet. Die Auswertung wurde vorher von einem Microcontroler vorgenommen. Dies geschieht jetzt im Schaltkreis. Der Microcontroler muß nur noch das modulierte Richtungssignal demodulieren. Dies ist mit einer Software ohne großen Aufwand zu realisieren.
  • Von besonderem Vorteil ist es vorgesehen, dass der integrierte Schaltkreis lediglich einen Anschluß an die Versorgung und einen Signalanschluss aufweist. Über den Signalanschluss können dann die Informationen Drehzahl und Drehrichtung des Elementes als Kenngrößen bspw. an die Fahrzeugelektronik weitergegeben werden.
  • Der Auswertefunktion ist von Vorteil eine Stromausgangsfunktion nachgeschaltet, deren Ausgang mit dem Signalanschluss des integrierten Schaltkreises verbunden ist. Dieser Signalanschluss kann zur Bewertung der Informationendrehzahl und Drehrichtung bspw. an eine Timer-Capture-Einheit weitergegeben werden.
  • Eine weitere Reduzierung der Anschlussleitungen der Vorrichtung wird dadurch erzielt, dass eine Versorgungsspannung für die Vorrichtung an den Signalanschluss über einen Widerstand angelegt und in den integrierten Schaltkreis eingespeist wird.
  • Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von Ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
    •
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,
  • 2 den Signalverlauf der Vorrichtung gemäß 1 an verschiedenen Anschlussleitungen und
  • 3 eine vergrößerte Darstellung zweier Einzelpulse der Impulsfolge, welche ausgangsseitig der Vorrichtung abnehmbar ist und Informationen bezüglich Drehzahl und Drehrichtung des drehbeweglichen Elementes beinhaltet.
  • Die Vorrichtung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elementes sieht vor, dass unter der Auswertung von magnetisch beeinflussbaren Eigenschaften in einer Sensoranordnung eine vom drehbaren Element erzeugte oder beeinflusste magnetische Feldstärke detektierbar und zur Ermittlung der Drehzahl und Drehrichtung bzw. Drehlage heranziehbar ist. Das drehbare Element kann eine drehbare Welle oder ein Verstellantrieb, bspw. in einem Kraftfahrzeug, sein.
  • Das drehbewegliche Element weist einen Magnetfeldgeber 12, z.B. einen Permanentmagneten auf. Wie aus 1 ersichtlich, sind dem Magnetfeldgeber 12 mit Abstand zwei magnetfeldempfindliche Sensoren 14, 16 zugeordnet. Bei diesen magnetfeldempfindlichen Sensoren 14, 16 kann es sich um Hall-Sensoren, magnetoresistive Sensoren oder dergleichen handeln. Die Ausgangssignale 18, 20 dieser Sensoren werden innerhalb der Vorrichtung 10 einer digitalen Auswertefunktion 22 zugeführt. Die digitale Auswertefunktion 22 weist eine Richtungserkennungsfunktion 32 auf, deren Ausgangssignal 34 einer Monoflopfunktion 36 zugeführt wird. In Abhängigkeit des Ausgangssignals 34 der Richtungserkennungsfunktion 32 wird je nach Drehrichtung des Elementes eine erste oder eine zweite unterschiedliche Pulsdauer 28, 30 der Monoflopfunktion 36 eingestellt. Weiterhin wird das Ausgangssignal 18 eines Sensors 14 der Monoflopfunktion 36 als Trägersignal zugeführt. Der Richtungserkennungsfunktion 32 werden als Eingangsgröße die Ausgangssignale 18, 20 beider Sensoren 14, 16 zugeführt.
  • Die Sensoren 14, 16 und die Auswertefunktion 22 sind Bestandteil eines integrierten Schaltkreises 40. Der integrierte Schaltkreis 40 weist lediglich einen Masseanschluss 42 und einen Signalanschluss 44 auf. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Auswertefunktion 22 eine Stromausgangsfunktion 46 nachgeschaltet ist, deren Ausgang 48 mit dem Signalanschluss 44 des integrierten Schaltkreises verbunden ist. Es bleibt zu erwähnen, dass eine Versorgungsspannung 50 an den Signalanschluss 44 über einen Widerstand 52 in den integrierten Schaltkreis 40 eingespeist wird. Der Magnetfeldgeber 12 ist als Permanentmagnet, insbesondere als Ringmagnet 38, ausgebildet.
  • Sobald der Magnetfeldgeber 12 aufgrund einer Drehbewegung des drehbeweglichen Elementes in Rotation versetzt wird, erfassen die Sensoren 14, 16 das zeitlich veränderliche Magnetfeld und geben eine Impulsfolge ab, wie sie in 2 mit 18, 20 bezeichnet ist. Die Impulse der beiden Impulsfolgen 18, 20 sind zueinander versetzt, da auch die Sensoren 14, 16 einen gewissen räumlichen Abstand zueinander aufweisen.
  • Diese Impulsfolgen 18, 20 werden einerseits der Richtungserkennungsfunktion 32 zugeführt. Weiterhin dient die Impulsfolge des Sensors 14 als Eingangsgröße für die Monoflopfunktion 36.
  • Das Ausgangssignal der Richtungserkennungsfunktion 32 ist in 2 mit 34 bezeichnet. Es handelt es sich hierbei um ein binäres Signal, welches bspw. im High-Zustand bei Linksdrehung und im Low-Zustand bei Rechtsdrehung des Elementes verharrt. Dieses Signal 34 wird ebenfalls der Monoflopfunktion 36 zugeleitet, wobei die Monoflopfunktion Impulse einer ersten Impulsdauer 28 erzeugt, wenn sich das Ausgangssignal 34 der Richtungserkennungsfunktion 32 im High-Zustand befindet. Befindet sich das Ausgangssignal 34 im Low-Zustand, werden von der Monoflopfunktion 36 Impulse mit einer zweiten längeren Impulsdauer 30 erzeugt. Integriert wird die Monoflopfunktion 36 durch das Ausgangssignal 18 des Sensors 14. Am Ausgang der Auswertefunktion 22 bzw. Monoflopfunktion 36 wird ein Ausgangssignal 24 abgegriffen, wie es in der vorletzten Reihe der 2 angegeben ist.
  • Aus der vergrößerten Darstellung der 3 ist erkennbar, dass der zeitliche Abstand 26 zweier Low-High-Flanken aufeinanderfolgender Impulse ein Maß für die Drehzahl des Elementes ist, während die erste und zweite Impulsdauer der in 3 vergrößert dargestellten Impulse ein Maß für die Drehrichtung ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 hat sich die Drehrichtung des Elementes in dem Zeitraum zwischen den beiden vergrößert dargestellten Impulsen gerade geändert.
  • Das Ausgangssignal 24 der Monoflopfunktion 36 bzw. der Auswertefunktion 22 kann schließlich einer Stromausgangsfunktion 46 zugeführt werden, deren Masseanschluss 42 und Signalanschluss 44 aus dem integrierten Schaltkreis 40 herausgeführt sind. Das am Signalanschluss 44 abgreifbare Signal 54 ist in der letzten Reihe der 2 dargestellt. Über diesen Signalanschluss 44 kann zusätzlich auch die Versorgungsspannung 50 über einen Vorwiderstand 52 in den integrierten Schaltkreis 40 eingespeist werden. In einer weiteren Ausführungsform wird der Masseanschluß und der Versorgungsspannungsanschluß getauscht. Dann wird an das Signal 44 neben dem abgreifbaren Signal 54 auch ein Masseanschluß, dem ein Widerstand vorgeschaltet ist, angeschlossen und die Versorgungsspannung an den anderen Ausgang der Stromausgangsfunktion 46 angeschlossen.
  • Die gesamte Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl und Drehrichtung eines drehbeweglichen Elementes ist äußerst einfach aufgebaut und insgesamt auf einem integrierten Schaltkreis 40 untergebracht, der lediglich zwei Anschlussleitungen, nämlich den Masseanschluss 42 sowie den Signalanschluss 44 aufweist.
    • 10
    Vorrichtung
    12
    Magnetfeldgeber
    14
    Sensor
    16
    Sensor
    18
    Ausgangssignal von 14
    20
    Ausgangssignal von 16
    22
    Auswertefunktion
    24
    Ausgangssignal von 22
    26
    zeitlicher Abstand
    28
    erste Pulsdauer
    30
    zweite Pulsdauer
    32
    Richtungserkennungsfunktion
    34
    Ausgangssignal von 32
    36
    Monoflopfunktion
    38
    Ringmagnet
    40
    integrierter Schaltkreis
    42
    Anschluß an die Versorgung
    44
    Signalanschluss
    46
    Stromausgangfunktion
    48
    Ausgang von 46
    50
    Versorgungsspannung
    52
    Widerstand
    54
    Signal an 44

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und Drehrichtung eines drehbeweglichen Elementes eines Kraftfahrzeuges, wie eine drehbare Welle oder ein Verstellantrieb, wobei das drehbewegliche Element einen Magnetfeldgeber (12), z.B. Dauermagneten, aufweist, dem Magnetfeldgeber (12) zwei magnetfeldempfindliche Sensoren (14, 16), wie Hallsensoren, magnetoresistive Sensoren oder dergleichen zugeordnet sind, und die Ausgangssignale (18, 20) der Sensoren (14, 16) einer digitalen Auswertefunktion (22) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößen Drehzahl und Drehrichtung des drehbeweglichen Elements in einem einzigen Ausgangssignal (24) der Auswertefunktion 22 enthalten sind, wobei das Ausgangssignal (24) eine Pulsfolge ist und der zeitliche Abstand (26) zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen ein Maß für die Drehzahl und die Pulsdauer (28, 30) eines jeden Pulses ein Maß für die Drehrichtung ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Auswertefunktion (22) eine Richtungserkennungsfunktion (32) aufweist, deren Ausgangssignal (34) einer Monoflopfunktion (36) zugeführt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Ausgangssignals (34) der Richtungserkennungsfunktion (32) je nach Drehrichtung des Elementes eine erste oder eine zweite unterschiedliche Pulsdauer (28, 30) der Monoflopfunktion (36) eingestellt wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (18) eines Sensors (14) der Monoflopfunktion als Trägersignal zugeführt wird.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungserkennungsfunktion (32) als Eingangsgröße die Ausgangssignale (18, 20) beider Sensoren (14, 16) zugeführt werden.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldgeber (12) als Permanentmagnet, insbesondere Ringmagnet (38) ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (14, 16) und die Auswertefunktion (22) Bestandteil eines integrierten Schaltkreises (40) sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis (40) lediglich einen Anschluß (42) an die Versorgung und einen Signalanschluss (44) aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertefunktion (22) eine Stromausgangsfunktion (46) nachgeschaltet ist, deren Ausgang (48) mit dem Signalanschluss (44) des integrierten Schaltkreises (40) verbunden ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsspannung (50) an dem Signalanschluss (44) über einen Widerstand (52) in den integrierten Schaltkreis (40) eingespeist wird.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse an dem Signalanschluß (44) über einen Widerstand an den integrierten Schaltkreis (40) angeschlossen ist.
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