DE102008034630B4 - Method and device for detecting a position and rotational speed of a rotary shaft - Google Patents

Method and device for detecting a position and rotational speed of a rotary shaft Download PDF

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Abstract

einer Drehzahl einer Drehwelle eines Fahrzeugs mittels eines Drehwellensensors (2) und eines an der Drehwelle angeordneten Geberrades (G), welches eine vorgegebene Anzahl von Zähnen (3) umfasst, die mittels einer Codierung (C) am Umfang des Geberrades (G) verteilt angeordnet sind und ein codiertes Drehzahlsignal (CD) erzeugen, das vom Drehwellensensor (2) erfassbar ist, wobei die Zähne (3) des Geberrades (G) gleich groß und gleich breit sind, und die Abstände zwischen den Zähnen (3) einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand umfassen, wobei ein erster Abstand größer ist als ein zweiter Abstand, und wobei die Codierung (C) am Umfang des Geberrades (G) in eine vorgebbare Anzahl von Segmenten (S1 bis S10) gleicher Segmentlänge aufgeteilt ist, die jeweils eindeutig erkennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment in eine vorgebbare Anzahl von gleich großen ersten und zweiten Winkelabschnitten (W1, W2) aufgeteilt ist, und der erste Winkelabschnitt (W1) nur...a rotational speed of a rotary shaft of a vehicle by means of a rotary shaft sensor (2) and an encoder wheel (G) which is arranged on the rotary shaft and which comprises a predetermined number of teeth (3) which are distributed around the circumference of the encoder wheel (G) by means of a coding (C) and generate a coded speed signal (CD) which can be detected by the rotary shaft sensor (2), the teeth (3) of the encoder wheel (G) being the same size and width, and the distances between the teeth (3) a first distance and comprise a second distance, a first distance being greater than a second distance, and where the coding (C) on the circumference of the encoder wheel (G) is divided into a predeterminable number of segments (S1 to S10) of equal segment length, each of which is clearly recognizable are, characterized in that each segment is divided into a predeterminable number of equal first and second angular sections (W1, W2), and the first angular section (W1) only ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Stellung oder einer Drehzahl einer Drehwelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erfassung einer Stellung oder einer Drehzahl einer Drehwelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5.The invention relates to a device for detecting a position or a rotational speed of a rotary shaft according to the features of the preamble of claim 1 and a method for detecting a position or rotational speed of a rotary shaft according to the features of the preamble of claim 5.

Aus der DE 100 48 169 A1 ist ein Drehwinkelgeber zur Erfassung der Winkelstellung einer Welle, insbesondere zur Erfassung der Winkelstellung einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen, mit einem drehbar gelagerten und mit der Welle mechanisch gekoppelten Geberrad bekannt, wobei über den Umfang des Geberrades verteilt zahlreiche Markierungen eines ersten Typs angeordnet sind, die durch einen Sensor erfassbar sind und eine relative Drehwinkelbestimmung ermöglichen, wobei über den Umfang des Geberrades verteilt mehrere Markierungen eines zweiten Typs angeordnet sind, die durch einen Sensor erfassbar sind, wobei sich die Markierungen des zweiten Typs untereinander unterscheiden, um die Bestimmung des absoluten Drehwinkels oder der Phasenlage der Welle zu ermöglichen oder eine Auswahl eines Brennraums für die Kraftstoffeinspritzung zu erlauben.From the DE 100 48 169 A1 is a rotary encoder for detecting the angular position of a shaft, in particular for detecting the angular position of a camshaft or crankshaft of an internal combustion engine having a plurality of combustion chambers, with a rotatably mounted and mechanically coupled to the shaft encoder wheel, wherein distributed over the circumference of the encoder wheel numerous markers a first Are arranged, which are detectable by a sensor and allow a relative rotation angle determination, wherein distributed over the circumference of the encoder wheel a plurality of markers of a second type are detectable by a sensor, wherein the markers of the second type differ from each other to the To allow determination of the absolute angle of rotation or the phase angle of the shaft or to allow a selection of a combustion chamber for the fuel injection.

Aus der DE 103 29 586 A1 ist ein Kurbelsignalflügelrad bekannt, bei welchem Zähne am Umfang an vorbestimmten Kurbelwinkeln vorhanden sind, und ein erster Abschnitt mit fehlenden Zähnen, der einen fehlenden Zahn aufweist, und ein zweiter Abschnitt mit fehlenden Zähnen, bei dem zwei Zähne fehlen, vorhanden sind.From the DE 103 29 586 A1 There is known a crank signal impeller in which teeth are circumferentially provided at predetermined crank angles, and a first missing tooth portion having a missing tooth and a second missing tooth portion having two teeth are absent.

Aus dem Stand der Technik ist, wie in WO 2007/019955 A1 beschrieben, ein Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion bekannt. Dieses Fahrberechtigungssystem ist mit einem Drehwellensensor gekoppelt. Der Drehwellensensor erfasst über ein an einer Drehwelle angeordnetes Geberrad die Stellung und/oder Drehzahl der Drehwelle und überträgt diese an ein Fahrzeugsteuergerät, welches die elektronische Wegfahrsperrfunktion freigibt.From the prior art is, as in WO 2007/019955 A1 described a driving authorization system with an electronic immobilizer function. This drive authorization system is coupled to a rotary shaft sensor. The rotary shaft sensor detects the position and / or rotational speed of the rotary shaft via a transmitter wheel arranged on a rotary shaft and transmits this to a vehicle control unit which releases the electronic immobilizer function.

Das Geberrad umfasst eine vorgegebene Anzahl von Zähnen, welche mittels einer Codierung am Umfang des Geberrades verteilt angeordnet sind und welche ein codiertes Drehzahlsignal erzeugen, welches vom Drehwellensensor erfassbar und vom Fahrzeugsteuergerät decodierbar ist. Das Fahrzeugsteuergerät gibt die Wegfahrsperrfunktion nur nach einer erfolgreichen Decodierung des codierten Drehzahlsignals frei. Ein Synchronisationszeitpunkt zur Detektierung einer bestimmten Stellung der Drehwelle ist Teil des codierten Drehzahlsignals.The encoder wheel comprises a predetermined number of teeth, which are arranged distributed by means of a coding on the circumference of the encoder wheel and which generate a coded speed signal which can be detected by the rotary shaft sensor and decoded by the vehicle control unit. The vehicle control unit releases the immobilizer function only after a successful decoding of the encoded speed signal. A synchronization time for detecting a particular position of the rotary shaft is part of the encoded speed signal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erfassung einer Stellung und/oder einer Drehzahl einer Drehwelle anzugeben.The invention has for its object to provide an improved device and an improved method for detecting a position and / or a rotational speed of a rotary shaft.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.The object is achieved by a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 5.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

In einer Vorrichtung zur Erfassung einer Stellung oder einer Drehzahl einer Drehwelle eines Fahrzeugs mittels eines Drehwellensensors und eines an der Drehwelle angeordneten Geberrades, welches eine vorgegebene Anzahl von Zähnen umfasst, die mittels einer Codierung am Umfang des Geberrades verteilt angeordnet sind und ein codiertes Drehzahlsignal erzeugen, das vom Drehwellensensor erfassbar ist, wobei die Codierung am Umfang des Geberrades in eine vorgebbare Anzahl von Segmenten aufgeteilt ist, die jeweils eindeutig erkennbar sind, sind erfindungsgemäß die Zähne des Geberrades derart angeordnet, dass die Abstände zwischen den Zähnen unterschiedlich groß sind.In a device for detecting a position or a rotational speed of a rotary shaft of a vehicle by means of a rotary shaft sensor and a rotor arranged on the rotary shaft, which comprises a predetermined number of teeth which are arranged distributed by means of a coding on the periphery of the encoder wheel and generate a coded speed signal, which is detectable by the rotary shaft sensor, wherein the coding is divided on the circumference of the encoder wheel in a predetermined number of segments, each of which is clearly visible, the teeth of the encoder wheel according to the invention are arranged such that the distances between the teeth are different sizes.

Dies ermöglicht eine einfache und genaue Erfassung des Drehzahlsignals mittels des Drehwellensensors und eine einfache und sichere Auswertung des codierten Drehzahlsignals, da beispielsweise mittels eines Differenz-Hall-Sensors als Drehwellensensor durch die Variation der Abstände zwischen den Zähnen eine Frequenzmodulation des erfassten Drehzahlsignals erzeugbar ist.This allows a simple and accurate detection of the speed signal by means of the rotary shaft sensor and a simple and reliable evaluation of the coded speed signal, since for example by means of a differential Hall sensor as a rotary shaft sensor by the variation of the distances between the teeth, a frequency modulation of the detected speed signal can be generated.

Alle Zähne des Geberrades sind gleich groß und gleich breit, so dass ausschließlich eine Frequenzmodulation erzeugbar ist, wodurch ein eindeutiges Drehzahlsignal vom Drehwellensensor erfassbar ist.All teeth of the sender wheel are the same size and the same width, so that only a frequency modulation can be generated, whereby a unique speed signal from the rotary shaft sensor can be detected.

Die Abstände zwischen den Zähnen umfassen einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand, wobei ein erster Abstand größer ist als ein zweiter Abstand. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Abstand doppelt so groß wie der zweite Abstand. Diese Codierung am Umfang des Geberrades ist von dem Drehwellensensor eindeutig zu erfassen und in ein eindeutiges und genaues Drehzahlsignal mittels der Frequenzmodulation umwandelbar.The distances between the teeth include a first distance and a second distance, wherein a first distance is greater than a second distance. In a particularly advantageous embodiment, the first distance is twice as large as the second distance. This coding on the circumference of the encoder wheel can be clearly detected by the rotary shaft sensor and converted into a unique and accurate speed signal by means of the frequency modulation.

Vorzugsweise ist das Geberrad mittels eines Stanzprozesses herstellbar. Auf diese Weise ist das Geberrad einfach und kostengünstig herstellbar und codierbar, da mittels eines ersten Stanzprozesses und eines ersten Stempels eine Anzahl gleich verteilter Zähne ausstanzbar ist. Mittels eines zweiten Stempels sind in einem zweiten Stanzprozess einzelne dieser Zähne entfernbar, so dass eine eindeutige Codierung am Umfang des Geberrades erzeugbar ist, indem die Abstände zwischen einzelnen Zähnen aufgrund entfernter Zähne doppelt so groß sind wie zwischen anderen Zähnen.Preferably, the sender wheel can be produced by means of a stamping process. In this way, the encoder wheel is simple and inexpensive to produce and codable, since by means of a first punching process and a first punch a number equal Distributed teeth is punched out. By means of a second punch in a second punching process, individual of these teeth are removable, so that a unique coding on the circumference of the encoder wheel can be generated by the distances between individual teeth due to distant teeth are twice as large as between other teeth.

In einem Verfahren zur Erfassung einer Stellung oder einer Drehzahl einer Drehwelle eines Fahrzeugs mittels eines Drehwellensensors und eines an der Drehwelle angeordneten Geberrades, welches eine vorgegebene Anzahl von Zähnen umfasst, die mittels einer Codierung am Umfang des Geberrades verteilt angeordnet sind und ein codiertes Drehzahlsignal erzeugen, das vom Drehwellensensor erfasst wird, wobei die Codierung am Umfang des Geberrades in eine vorgebbare Anzahl von Segmenten aufgeteilt ist, die jeweils eindeutig erkennbar sind, wird erfindungsgemäß die Codierung am Umfang des Geberrades in eine Anzahl von Segmenten mit gleicher Segmentlänge aufgeteilt.In a method for detecting a position or a rotational speed of a rotary shaft of a vehicle by means of a rotary shaft sensor and a rotor arranged on the rotary shaft, which comprises a predetermined number of teeth, which are arranged by means of a coding on the circumference of the encoder wheel and generate a coded speed signal, which is detected by the rotary shaft sensor, wherein the coding is divided on the circumference of the encoder wheel in a predetermined number of segments, each of which is clearly visible, the coding is divided according to the invention at the periphery of the encoder wheel into a number of segments with the same segment length.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise ein in WO 2007/019955 A1 beschriebenes Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion realisierbar. Dabei wird das vom Drehwellensensor erfasste codierte Drehzahlsignal an ein Fahrzeugsteuergerät weitergeleitet.By means of the method according to the invention, for example, in WO 2007/019955 A1 described driving authorization system with an electronic immobilizer function realized. In this case, the coded speed signal detected by the rotary shaft sensor is forwarded to a vehicle control unit.

Das Fahrzeugsteuergerät gibt die elektronische Wegfahrsperrfunktion nur nach einer erfolgreichen Decodierung des codierten Drehzahlsignals frei, wobei ein Synchronisationszeitpunkt zur Detektierung einer bestimmten Stellung der Drehwelle Teil des codierten Drehzahlsignals ist. Daher kann das Fahrzeugsteuergerät ohne eine erfolgreiche Decodierung des codierten Drehzahlsignals keine Synchronisierung zwischen der Drehwellenstellung und einem zugehörigen Fahrzeugsystem vornehmen, beispielsweise eine Synchronisierung einer Kurbelwellenstellung mit Einspritzzeitpunkten eines Einspritzsystems.The vehicle controller releases the electronic immobilizer function only after a successful decoding of the encoded speed signal, wherein a synchronization time for detecting a particular position of the rotary shaft is part of the encoded speed signal. Therefore, without a successful decoding of the encoded speed signal, the vehicle controller can not synchronize between the rotational shaft position and an associated vehicle system, such as synchronizing a crankshaft position with injection timings of an injection system.

Durch die Einbeziehung des bestimmten Synchronisationszeitpunktes in die Codierung des Geberrades werden Manipulationsversuche erheblich erschwert, wobei der Synchronisationszeitpunkt beispielsweise zu einer Synchronisation eines Verbrennungsmotors verwendet werden kann, d. h. zur Erkennung eines oberen Totpunktes eines ersten Zylinders. So kann im Gegensatz zu konventionellen Geberrädern, die eine entsprechende sichtbare Markierung aufweisen, die beispielsweise als Lücke ausgebildet ist, eine Zuordnung von einer bestimmten Drehstellung der Drehwelle zu Funktionen eines zugehörigen Fahrzeugsystems nicht mehr erkannt werden. Dadurch kann beispielsweise der Kurbelwellenstand und der obere Totpunkt des ersten Zylinders von außen ohne Decodierung nicht mehr zugeordnet werden.By including the specific synchronization time in the encoding of the encoder wheel manipulation attempts are considerably more difficult, the synchronization time can be used for example to a synchronization of an internal combustion engine, d. H. for detecting a top dead center of a first cylinder. Thus, in contrast to conventional donor wheels having a corresponding visible mark, which is formed for example as a gap, an assignment from a certain rotational position of the rotary shaft to functions of an associated vehicle system can no longer be detected. As a result, for example, the crankshaft level and the top dead center of the first cylinder can not be assigned from the outside without decoding.

Zudem kann eine Synchronisierung der Drehwelle mit dem zugehörigen Fahrzeugsystem nur in Kenntnis der Codierung des Geberrads erfolgen. Da das mechanisch durch die Zahnverteilung codierte Geberrad zur Drehzahlerfassung nicht ohne erheblichen materiellen und zeitlichen Aufwand manipuliert werden kann, ergibt sich in vorteilhafter Weise ein verbesserter Diebstahlschutz. Zudem wird die elektronische Wegfahrsperrfunktion des Fahrberechtigungssystems über das mechanisch codierte Geberrad in vorteilhafter Weise an das zugehörige Fahrzeugaggregat, beispielsweise an einen Verbrennungsmotor und/oder an ein Automatikgetriebe gekoppelt.In addition, a synchronization of the rotary shaft with the associated vehicle system can be done only in knowledge of the coding of the encoder wheel. Since the encoded mechanically by the tooth distribution donor wheel for speed detection can not be manipulated without considerable material and time, resulting in an advantageous manner, an improved theft protection. In addition, the electronic immobilizer function of the driving authorization system is coupled via the mechanically coded donor wheel in an advantageous manner to the associated vehicle unit, for example to an internal combustion engine and / or to an automatic transmission.

Die Aufteilung der Codierung am Umfang des Geberrades in eine Anzahl von Segmenten mit gleicher Segmentlänge ermöglicht eine sehr schnelle Synchronisierung der Drehwelle mit dem zugehörigen Fahrzeugsystem, da weniger als eine vollständige Umdrehung der Drehwelle zur Synchronisation ausreichend ist. Die Geschwindigkeit der Synchronisierung ist von der Größe und Anzahl der Segmente abhängig und kann durch eine größere Anzahl von Segmenten bzw. durch kleinere Segmente erhöht werden.The division of the coding on the circumference of the encoder wheel in a number of segments with the same segment length allows a very fast synchronization of the rotary shaft with the associated vehicle system, since less than a complete rotation of the rotary shaft for synchronization is sufficient. The speed of the synchronization depends on the size and number of segments and can be increased by a larger number of segments or by smaller segments.

Das Drehzahlsignal wird mittels unterschiedlicher Abstände zwischen den Zähnen codiert, indem beispielsweise einzelne Zähne am Umfang des Geberrades entfernt werden.The speed signal is coded by means of different distances between the teeth, for example, by removing individual teeth on the circumference of the encoder wheel.

Das Geberrad wird in einzelne gleich große Winkelabschnitte aufgeteilt. Diese Aufteilung erfolgt beispielsweise derart, dass ein Winkelabschnitt zwei Zähne bzw. an den Stellen, wo ein Zahn entfernt wurde, einen Zahn und einen großen Abstand zum nächsten Zahn umfasst.The sender wheel is divided into individual equal angle sections. This division is carried out, for example, such that an angle section comprises two teeth or, where a tooth has been removed, one tooth and a large distance to the next tooth.

Vorzugsweise wird jedem Winkelabschnitt des Geberrades ein Bit der Codierung zugeordnet und zweckmäßigerweise ein Bit eines Winkelabschnitts, welcher zwei Zähne des Geberrades umfasst, mit dem Wert eins codiert bzw. ein Bit eines Winkelabschnitts, welcher einen Zahn des Geberrades umfasst, mit dem Wert Null codiert. Auf diese Weise wird die mechanische Codierung des Geberrades in eine für eine prozessorgestützte Verarbeitung optimale binäre Codierung umgewandelt.Preferably, each angle section of the encoder wheel is assigned a bit of the coding and expediently one bit of an angle section which comprises two teeth of the encoder wheel is coded with the value one or one bit of an angle section which includes a tooth of the encoder wheel is coded with the value zero. In this way, the mechanical coding of the encoder wheel is converted into an optimal for a processor-based processing binary coding.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsmäßigen Lösung wird mittels einer Aufteilung des Geberrades in 60 Winkelabschnitte mit je einem Bit das Geberrad mit einer Codierung mit einer Codelänge von 60 Bit codiert. Dies ermöglicht eine hohe Auflösung des Drehzahlsignals und eine hohe Anzahl an Codierungsmöglichkeiten, wodurch eine hohe Sicherheit der Codierung ermöglicht wird.In a particularly advantageous embodiment of the inventive solution is coded by means of a division of the encoder wheel in 60 angle sections with one bit the encoder wheel with a code with a code length of 60 bits. This allows a high resolution of the speed signal and a high number of coding options, whereby a high security of the coding is made possible.

Vorzugsweise wird diese Codierung mit einer Codelänge von 60 Bit in zehn Segmente mit einer Segmentlänge von jeweils sechs Bit aufgeteilt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich keiner dieser Codeabschnitte der Segmente über den gesamten Umfang des Geberrades in einer beliebigen sechs Bit-Folge wiederholt, da bei einer Codierung mit einer Codelänge von 60 Bit und einer Aufteilung dieser in zehn Segmente eine ausreichende Anzahl an möglichen Codekombinationen zur Verfügung steht. D. h. sowohl die Segmente sind jeweils unterschiedlich codiert als auch jede beliebige sechs Bit-Folge der Codierung entspricht keinem Codeabschnitt der Segmente, so dass jedes Segment anhand seines eindeutigen Codeabschnitts eindeutig identifiziert wird.Preferably, this code is divided with a code length of 60 bits into ten segments with a segment length of six bits each. In this way, it is ensured that none of these code sections of the segments over the entire circumference of the encoder wheel repeats in any six bit sequence, since a coding with a code length of 60 bits and a division of these into ten segments a sufficient number of possible Code combinations is available. Ie. each segment is coded differently as well as any six-bit sequence of the coding does not correspond to a code segment of the segments, so that each segment is uniquely identified on the basis of its unique code segment.

Dadurch wird auch die Position des Geberrades sowie beispielsweise einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, an der dieses Geberrad angeordnet ist, nach Einlesen bereits eines vollständigen Codeabschnitts eines Segmentes eindeutig ermittelt, so dass zu dieser Ermittlung der Position nur noch eine Teilumdrehung des Geberrades bzw. der Drehwelle notwendig ist.As a result, the position of the sender wheel and, for example, a crankshaft of an internal combustion engine on which this sender wheel is arranged, after reading a complete code section of a segment clearly determined, so that for this determination of the position only a partial revolution of the encoder wheel or the rotary shaft necessary is.

Ist dieses Geberrad beispielsweise an der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angeordnet, ist die Stellung oder Drehzahl der Kurbelwelle und somit auch die Stellung an dieser Kurbelwelle angeordneter Kolben bestimmbar und als codiertes Drehzahlsignal an ein Motorsteuergerät übertragbar, welches mittels dieser Informationen Funktionen des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise einen Zündzeitpunkt steuert. Entsprechend eines zeitlichen Durchlaufs der Segmente durch den Drehwellensensor ist auf diese Weise auch die Drehzahl des Geberrades bzw. der Kurbelwelle ermittelbar.If this transmitter wheel is arranged, for example, on the crankshaft of an internal combustion engine, the position or rotational speed of the crankshaft and thus also the position of this crankshaft arranged piston can be determined and transmitted as coded speed signal to an engine control unit, which means of this information functions of the engine, such as an ignition timing controls. In accordance with a time passage of the segments through the rotary shaft sensor, the speed of the transmitter wheel or the crankshaft can be determined in this way.

Aufgrund der schnellen und präzisen Ermittlung der Position der Kurbelwelle ist eine effiziente Steuerung der Motorfunktionen gesichert, so dass dadurch beispielsweise der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors durch eine optimierte Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung optimiert und dadurch ein Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.Due to the fast and precise determination of the position of the crankshaft, an efficient control of the engine functions is ensured, so that, for example, the efficiency of the internal combustion engine can be optimized by optimized fuel injection and combustion and thus a fuel consumption can be reduced.

Die Ermittlung der Position und Drehzahl der Drehwelle ist schnell, präzise und mit geringem Software- und Hardwareaufwand möglich, da nur Sensorauswertungen und Codeauswertungen notwendig sind.The determination of the position and speed of the rotary shaft is fast, accurate and possible with little software and hardware, since only sensor evaluations and code evaluations are necessary.

Eine Interpolation der Kurbelwellen-Drehzahlsignale ist auch weiterhin notwendig, da Signale bis zu einer viel höheren Auflösung notwendig sind. Die abschnittsweise Erhöhung der Auflösung von 6° auf 3°-Drehwellenwinkel erhöht jedoch nur die zur Interpolation notwendigen Stützstellen, damit auch die Genauigkeit der Interpolations-Berechnungen.An interpolation of the crankshaft speed signals is still necessary because signals up to a much higher resolution are necessary. The incremental increase of the resolution from 6 ° to 3 ° rotary shaft angle, however, only increases the interpolation points necessary for interpolation, thus also the accuracy of the interpolation calculations.

Aufwendige Interpolationsberechnungen, um annähernd ähnliche Ergebnisse mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu erzielen, sind mit einem hohen Software- und Rechenaufwand verbunden.Elaborate interpolation calculations to achieve approximately similar results with prior art devices are associated with high software and computational effort.

Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion verwendbar und das erfindungsgemäße Verfahren ist in einem solchen Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion anwendbar, wie bereits erläutert.Advantageously, the device according to the invention can be used in a driving authorization system with an electronic immobilizer function and the method according to the invention can be used in such a driving authorization system with an electronic immobilizer function, as already explained.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic block diagram of a device according to the invention,

2a eine schematische Darstellung eines binären Codes mit dem Wert eins, 2a a schematic representation of a binary code with the value one,

2b eine schematische Darstellung eines binären Codes mit dem Wert Null, 2 B a schematic representation of a binary code with the value zero,

3 eine schematische Darstellung einer Segmentierung, und 3 a schematic representation of a segmentation, and

4 eine schematische Darstellung einer Codierung mit der Codelänge von 60 Bit. 4 a schematic representation of a coding with the code length of 60 bits.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Diese umfasst einen Drehwellensensor 2, beispielsweise einen Differenz-Hall-Sensor, der über ein an einer Drehwelle angeordnetes Geberrad G eine Stellung und/oder eine Drehzahl der Drehwelle erfasst und als codiertes Drehzahlsignal CD weiterleitet. 1 shows a schematic block diagram of a device according to the invention 1 , This includes a rotary shaft sensor 2 , For example, a differential Hall sensor, which detects a position and / or a rotational speed of the rotary shaft via a arranged on a rotary shaft encoder wheel G and forwards coded speed signal CD.

Beispielsweise ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Stellung und/oder Drehzahl einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors erfassbar und als codiertes Drehzahlsignal CD an ein hier nicht dargestelltes Motorsteuergerät übertragbar. Das Geberrad G umfasst eine vorgegebene Anzahl von Zähnen 3, welche beispielhaft dargestellt sind. Die Zähne 3 sind mittels einer Codierung C am Umfang des Geberrades G verteilt angeordnet und erzeugen ein codiertes Drehzahlsignal CD, welches vom Drehwellensensor 2 erfassbar und beispielsweise von dem Motorsteuergerät decodierbar ist.For example, by means of the device according to the invention 1 the position and / or speed of a crankshaft of an internal combustion engine can be detected and transmitted as a coded speed signal CD to a not shown here engine control unit. The encoder wheel G includes a predetermined number of teeth 3 , which are shown by way of example. The teeth 3 are arranged distributed by means of a coding C on the circumference of the encoder wheel G and generate a coded speed signal CD, which from the rotary shaft sensor 2 can be detected and decoded by the engine control unit, for example.

Eine Höhe und Breite der Zähne 3 ist bei allen Zähnen 3 des Geberades G gleich groß. Die Codierung C am Geberrad G ist erzielbar durch Variation der Abstände zwischen den Zähnen 3. Diese Abstände umfassen erfindungsgemäß einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand, wobei der erste Abstand doppelt so groß ist wie der zweite Abstand. So bewirkt diese Variation der Abstände zwischen den Zähnen 3 eine Frequenzmodulation des vom Drehwellensensor 2 erfassten codierten Drehzahlsignals CD. Ein Vorteil dieser Art der Codierung C ist die Erzeugung eines eindeutigen codierten Drehzahlsignals CD am Drehwellensensor 2, da lediglich zwei verschiedene Abstände zwischen den Zähnen 3 zu erkennen sind. A height and width of the teeth 3 is with all teeth 3 the Geberade G is the same size. The coding C on the sensor wheel G can be achieved by varying the distances between the teeth 3 , According to the invention, these distances comprise a first distance and a second distance, wherein the first distance is twice as large as the second distance. So does this variation of the distances between the teeth 3 a frequency modulation of the rotary shaft sensor 2 detected coded speed signal CD. An advantage of this type of coding C is the generation of a unique coded speed signal CD at the rotary shaft sensor 2 because there are only two different distances between the teeth 3 can be seen.

Ein solches Geberrad G ist einfach und kostengünstig beispielsweise in zwei Stanzprozessen mittels zweier verschiedener Stempel zur Ausstanzung einer Anordnung der Zähne 3 herstellbar. Dabei ist in einem ersten Stanzprozess mittels eines ersten Stempels eine gleichmäßig über den Umfang des Geberrades G verteilte Anordnung der Zähne 3 ausstanzbar. In einem zweiten Stanzprozess sind mittels eines zweiten Stempels einzelne vorgegebene Zähne 3 aus dieser Anordnung entfernbar, so dass eine vorgegebene Codierung C am Umfang des Geberrades G erzeugbar ist.Such a donor gear G is simple and inexpensive, for example, in two punching processes by means of two different punch for punching an arrangement of the teeth 3 produced. In this case, in a first punching process by means of a first punch a uniform arrangement of the teeth distributed over the circumference of the encoder wheel G is 3 punched out. In a second punching process by means of a second punch individual predetermined teeth 3 removable from this arrangement, so that a predetermined coding C on the circumference of the encoder wheel G can be generated.

Das Geberrad G ist beispielsweise nach dem ersten Stanzprozess derart in gleich große Winkelabschnitte W1, W2 einteilbar, dass in jedem Winkelabschnitt W1, W2 zwei Zähne 3 des Geberrades G angeordnet sind. Nach dem zweiten Stanzprozess, d. h. der Entfernung einiger Zähne 3, existieren nun Winkelabschnitte W1 mit einem Zahn 3 und andere Winkelabschnitte W2 mit weiterhin zwei Zähnen 3. Jedem dieser Winkelabschnitte W1, W2 ist ein Bit der Codierung C zuordenbar.For example, after the first punching process, the encoder wheel G can be divided into equally sized angle sections W1, W2 such that two teeth are formed in each angle section W1, W2 3 the encoder wheel G are arranged. After the second punching process, ie the removal of some teeth 3 Now there are angle sections W1 with a tooth 3 and other angle sections W2 with two teeth remaining 3 , Each of these angle sections W1, W2 is a bit of the coding C can be assigned.

Die 2a und 2b zeigen eine schematische Darstellung eines dadurch erzeugbaren binären Codes BC. Die Bits der Winkelabschnitte W2 des Geberrades G, in welchen weiterhin zwei Zähne 3 angeordnet sind, werden mit dem Wert eins codiert. wie in 2a dargestellt. Die Bits der Winkelabschnitte W1, in welchen nur noch ein Zahn 3 angeordnet ist, werden mit dem Wert Null codiert, wie in 2b dargestellt. Winkelabschnitte W1 mit einem Zahn 3 sind für den Drehwellensensor 2 erkennbar durch den großen Abstand zwischen dem Zahn 3 des vorherigen Winkelabschnitts W1, W2 und dem Zahn 3 dieses Winkelabschnitts W1.The 2a and 2 B show a schematic representation of a binary code BC that can be generated thereby. The bits of the angle sections W2 of the encoder wheel G, in which further two teeth 3 are encoded with the value one. as in 2a shown. The bits of the angle sections W1, in which only one tooth 3 are encoded with the value zero, as in 2 B shown. Angular sections W1 with a tooth 3 are for the rotary shaft sensor 2 recognizable by the large distance between the tooth 3 the previous angle section W1, W2 and the tooth 3 this angle section W1.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Segmentierung der Codierung C am Umfang des Geberrades G. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Codierung C in zehn Segmente S1 bis S10 gleicher Länge aufgeteilt. Jedes dieser Segmente S1 bis S10 enthält einen unverwechselbaren Codeabschnitt CS1 bis CS10 der Codierung C des Geberrades G, d. h. eine Bitfolge des Codeabschnitts CS1 bis CS10 eines Segmentes S1 bis S10 wiederholt sich über den gesamten Umfang des Geberrades G, d. h. über die gesamte Codierung C nicht, so dass jedes Segment S1 bis S10 anhand seines Codeabschnitts CS1 bis CS10 eindeutig identifizierbar ist. 3 shows a schematic representation of a segmentation of the coding C on the circumference of the encoder wheel G. In the embodiment shown here, the coding C is divided into ten segments S1 to S10 of equal length. Each of these segments S1 to S10 contains a unique code section CS1 to CS10 of the coding C of the encoder wheel G, ie a bit sequence of the code section CS1 to CS10 of a segment S1 to S10 is repeated over the entire circumference of the encoder wheel G, ie not over the entire coding C. such that each segment S1 to S10 can be uniquely identified on the basis of its code section CS1 to CS10.

Da die Position jedes Segments S1 bis S10 am Geberrad G vorgegeben ist, ist somit eine Stellung des Geberrades G bereits nach einer Teilumdrehung des Geberrades G, nach Einlesen eines vollständigen Codeabschnitts CS1 bis CS10 eines Segments S1 bis S10 eindeutig bestimmbar. Mittels eines zeitlichen Verlaufs eines Durchlaufs dieser Segmente S1 bis S10 am Drehwellensensor 2 ist auch eine Drehzahl der Drehwelle, an welcher das Geberrad G angeordnet ist, bestimmbar.Since the position of each segment S1 to S10 is predetermined at the encoder wheel G, a position of the encoder wheel G is thus already after a partial revolution of the encoder wheel G, after reading a complete code section CS1 to CS10 a segment S1 to S10 uniquely determined. By means of a time course of a passage of these segments S1 to S10 on the rotary shaft sensor 2 is also a speed of the rotary shaft, on which the encoder wheel G is arranged, determinable.

Ist dieses Geberrad G beispielsweise an der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angeordnet, ist die Stellung und/oder Drehzahl der Kurbelwelle und somit auch die Stellung an dieser Kurbelwelle angeordneter Kolben bestimmbar und als codiertes Drehzahlsignal CD an das Motorsteuergerät übertragbar, welches mittels dieser Informationen Funktionen des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise einen Zündzeitpunkt steuert.If this transmitter wheel G is arranged, for example, on the crankshaft of an internal combustion engine, the position and / or speed of the crankshaft and thus also the position of this crankshaft arranged piston can be determined and transmitted as a coded speed signal CD to the engine control unit, which by means of this information functions of the internal combustion engine, such as controlling an ignition timing.

In je mehr Segmente S1 bis S10 die Codierung C am Umfang des Geberrades G unterteilt wird, umso detaillierter und umso schneller ist die Stellung und/oder Drehzahl der Drehwelle bestimmbar. Allerdings ist diese Unterteilung beschränkt durch die Forderung nach Eindeutigkeit des in den Segmenten S1 bis S10 enthaltenen Codeabschnitts CS1 bis CS10. D. h. je kleiner die Segmente S1 bis S10, desto weniger Bit der Codierung C sind in jedem Segment S1 bis S10 enthalten, desto weniger Variationsmöglichkeiten dieser Codeabschnitte CS1 bis CS10 gibt es, so dass ab einer bestimmten Größe der Segmente S1 bis S10 die Eindeutigkeit der Codeabschnitte CS1 bis CS10 der Segmente S1 bis S10 über den gesamten Umfang des Geberrades G nicht mehr gegeben ist.The more segments S1 to S10 the coding C is subdivided on the circumference of the encoder wheel G, the more detailed and the faster the position and / or rotational speed of the rotary shaft can be determined. However, this subdivision is limited by the requirement for uniqueness of the code section CS1 to CS10 included in the segments S1 to S10. Ie. the smaller the segments S1 to S10, the fewer bits of the coding C are contained in each segment S1 to S10, the fewer variations of these code sections CS1 to CS10 exist, so that from a certain size of the segments S1 to S10 the uniqueness of the code sections CS1 to CS10 of the segments S1 to S10 over the entire circumference of the encoder wheel G is no longer given.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Codierung C mit einer Codelänge L von 60 Bit, d. h. am in den 1 bzw. 3 dargestellten Geberrad G waren nach dem ersten Stanzprozess mittels des ersten Stempels 120 Zähne 3 angeordnet. Das Geberrad G wurde in 60 Winkelabschnitte W2 eingeteilt. Jeder Winkelabschnitt W2 umfasst sechs Grad und zwei Zähne 3 des Geberrades G. Jedem dieser Winkelabschnitte W2 wird ein Bit der Codierung C zugeordnet, so dass der Umfang des Geberrades G mit 60 Bit codiert ist. Entsprechend der vorgegebenen Codierung C des Geberrades G werden im zweiten Stanzprozess mittels des zweiten Stempels einzelne dieser 120 Zähne 3 entfernt, so dass nun, entsprechend der vorgegebenen Codierung C, Winkelabschnitte W2 mit zwei Zähnen 3 und Winkelabschnitte W1 mit einem Zahn 3 existieren. 4 shows a schematic representation of a coding C with a code length L of 60 bits, ie on in the 1 respectively. 3 Transmitter G shown were 120 teeth after the first punching process by means of the first punch 3 arranged. The encoder wheel G has been divided into 60 angle sections W2. Each angle section W2 comprises six degrees and two teeth 3 of the encoder wheel G. Each of these angle sections W2 is assigned a bit of the coding C, so that the circumference of the encoder wheel G is coded with 60 bits. According to the predetermined coding C of the encoder wheel G in the second punching process by means of the second punch individual of these 120 teeth 3 removed so that now, according to the given coding C, Angle sections W2 with two teeth 3 and angle sections W1 with a tooth 3 exist.

Das derart codierte Drehzahlsignal CD des Geberrades G ist vom Drehwellensensor 2 in der in 4 dargestellten Form erfassbar. Jedes im Diagramm dargestellte lokale Maximum entspricht dabei einem Zahn 3 des Geberrades G. Die größeren Abstände zwischen den lokalen Maxima entsprechen einem an dieser Stelle am Geberrad G fehlenden Zahn 3. Da die Bits der Winkelabschnitte W2 mit zwei Zähnen 3 mit dem Wert 1 codiert sind, in dem dargestellten Diagramm erkennbar durch zwei eng aufeinander folgende lokale Maxima des Graphen, und Bits der Winkelabschnitte W1 mit einem Zahn 3 mit dem Wert Null codiert sind, in dem dargestellten Diagramm erkennbar durch eine große Lücke vor einem lokalen Maximum des Graphen, stellt dieser abgebildete Graph einen binären Code BC dar.The thus coded speed signal CD of the encoder wheel G is from the rotary shaft sensor 2 in the in 4 can be detected. Each local maximum shown in the diagram corresponds to a tooth 3 of the encoder wheel G. The larger distances between the local maxima correspond to a tooth missing at this point on the sensor wheel G. 3 , Since the bits of the angle sections W2 with two teeth 3 are encoded with the value 1, in the illustrated diagram recognizable by two closely following local maxima of the graph, and bits of the angle sections W1 with a tooth 3 encoded with the value zero, in the illustrated diagram recognizable by a large gap in front of a local maximum of the graph, this illustrated graph represents a binary code BC.

Dieses in 4 abgebildete codierte Drehzahlsignal CD, welches die Codierung C des Geberrades G umfasst, wird unterteilt in zehn Segmente S1 bis S10, so dass jedes Segment S1 bis S10 sechs Bit der Codierung C bzw. 36 Grad des Geberrades G umfasst. Jeder dieser Codeabschnitte CS1 bis CS10 der Codierung C wiederholt sich über die gesamte Codierung C nicht, d. h. sowohl die Segmente S1 bis S10 sind jeweils unterschiedlich codiert als auch jede beliebige sechs Bit-Folge der Codierung C entspricht keinem der Codeabschnitte CS1 bis CS10 der Segmente S1 bis S10, so dass jedes Segment S1 bis S10 anhand seines eindeutigen Codeabschnittes CS1 bis CS10 eindeutig identifizierbar ist.This in 4 The encoded speed signal CD, which comprises the coding C of the encoder wheel G, is subdivided into ten segments S1 to S10, so that each segment S1 to S10 comprises six bits of the coding C and 36 degrees of the encoder wheel G, respectively. Each of these code sections CS1 to CS10 of the coding C does not repeat over the entire coding C, ie both the segments S1 to S10 are each differently coded and any six bit sequence of the coding C does not correspond to any of the code sections CS1 to CS10 of the segments S1 to S10, so that each segment S1 to S10 can be uniquely identified on the basis of its unique code section CS1 to CS10.

Dadurch ist auch die Position des Geberrades G sowie beispielsweise der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, an der dieses Geberrad G angeordnet ist, nach Einlesen eines vollständigen Codeabschnitts CS1 bis CS10 eines Segmentes S1 bis S10 eindeutig ermittelbar. Entsprechend des zeitlichen Durchlaufs dieser Segmente S1 bis S10 durch den Drehwellensensor 2 ist auf diese Weise auch die Drehzahl des Geberrades G bzw. der Kurbelwelle ermittelbar.As a result, the position of the encoder wheel G and, for example, the crankshaft of the internal combustion engine on which this transmitter wheel G is arranged can be determined unambiguously after reading a complete code section CS1 to CS10 of a segment S1 to S10. According to the passage of time of these segments S1 to S10 by the rotary shaft sensor 2 In this way, the speed of the encoder wheel G and the crankshaft can be determined.

Wenn ein Ausleseprozess an einer beliebigen Stelle begonnen wird, muss zunächst das Geberrad G bis zu einer Position gedreht werden, wo ein großer Abstand zwischen zwei Zähnen 3 vom Drehwellensensor 2 erkannt wird. Erst ab dieser Position ist ein eindeutiges codiertes Drehzahlsignal CD detektierbar, da das Einlesen des codierten Drehzahlsignals CD ab dieser Position sicher am Anfang eines Bits erfolgt. Dies ist die so genannte Einlernphase.If a readout process is started at any point, first the donor gear G must be turned to a position where there is a large distance between two teeth 3 from the rotary shaft sensor 2 is recognized. Only from this position, a unique coded speed signal CD is detectable, since the reading of the coded speed signal CD from this position is done safely at the beginning of a bit. This is the so-called training phase.

Eine eindeutige Positionsbestimmung des Geberrades G bzw. der Drehwelle ist ab dieser Position spätestens in einer Drehung um 66 Grad erreicht, da im ungünstigsten Fall mit dem Einlesen der Codierung C nach dem ersten Bit eines Segments S1 bis S10 begonnen wird. D. h. es müssen die restlichen fünf Bits dieses Segments S1 bis S10 und das vollständige nächste Segment S1 bis S10, umfassend sechs Bits, eingelesen werden, um ein vollständiges Segment S1 bis S10 eindeutig zu detektieren.An unambiguous determination of the position of the encoder wheel G or the rotary shaft is reached from this position at the latest in a rotation of 66 degrees, since in the worst case the reading of the coding C after the first bit of a segment S1 to S10 is started. Ie. the remaining five bits of this segment S1 to S10 and the complete next segment S1 to S10, comprising six bits, must be read in order to unambiguously detect a complete segment S1 to S10.

Da jedes Bit bei der hier dargestellten Codierung C mit einer Codelänge L von 60 Bit einem Winkelabschnitt W1, W2 von sechs Grad entspricht, bedeutet dies eine Umdrehung des Geberrades G bzw. der Drehwelle um 66 Grad zuzüglich der beschriebenen Einlernphase in dem beschriebenen ungünstigsten Fall, d. h. bereits spätestens nach dieser Teilumdrehung ist die Position der Drehwelle eindeutig bestimmt.Since each bit in the coding C shown here with a code length L of 60 bits corresponds to an angle section W1, W2 of six degrees, this means a rotation of the encoder wheel G or of the rotary shaft by 66 degrees plus the described learning phase in the described worst case, d. H. already at the latest after this partial revolution, the position of the rotary shaft is uniquely determined.

Im günstigsten Fall, d. h. wenn der Einlesevorgang der Codierung C genau am Anfang eines Segments S1 bis S10 startet, ist die Position der Drehwelle im hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Codierung C mit einer Codelänge L von 60 Bit bereits nach einer Drehung um 36 Grad zuzüglich der bereits beschriebenen Einlernphase eindeutig bestimmt.In the best case, d. H. If the read-in process of the coding C starts exactly at the beginning of a segment S1 to S10, the position of the rotary shaft in the exemplary embodiment of the coding C shown here with a code length L of 60 bits is uniquely determined after a rotation of 36 degrees plus the already described learning phase.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ermittlung der Position und Drehzahl der Drehwelle schnell, präzise und mit geringem Software- und Hardwareaufwand möglich, da nur Sensorauswertungen und Codeauswertungen notwendig sind.By means of the device according to the invention 1 and the method according to the invention, the determination of the position and speed of the rotary shaft is possible quickly, precisely and with little software and hardware, since only sensor evaluations and code evaluations are necessary.

Aufwendige Interpolationsberechnungen, um annähernd ähnliche Ergebnisse mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu erzielen, sind mit einem hohen Software- und Rechenaufwand verbunden.Elaborate interpolation calculations to achieve approximately similar results with prior art devices are associated with high software and computational effort.

Die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Drehwelle bzw. die Schnelligkeit, mit der die Drehzahl ermittelbar ist, hängt davon ab, in wie viele Segmente S1 bis S10 die Codierung C unterteilt wird. D. h. würde man diese Codierung C mit einer Codelänge L von 60 Bit beispielsweise in 20 Segmente zu je drei Bit unterteilen, so würde jedes Segment nur 18 Grad des Geberrades G umfassen, wodurch die Position des Geberrades G noch genauer und noch schneller bestimmbar wäre.The accuracy of the position determination of the rotary shaft or the speed with which the speed is determined depends on how many segments S1 to S10 the coding C is divided. Ie. If one subdivided this coding C with a code length L of 60 bits, for example, into 20 segments of three bits each, then each segment would only comprise 18 degrees of the encoder wheel G, whereby the position of the encoder wheel G would be more accurately and more quickly determinable.

Allerdings sind mit drei Bit nur acht verschiedene binäre Codes BC darstellbar, so dass die Bedingung des eindeutigen Codeabschnitts jedes Segments nicht mehr erfüllbar ist. D. h. um eine solche Genauigkeit zu erzielen, müsste die Länge der Codierung C erhöht werden, auf beispielsweise 120 Bit. Dazu müssten die Winkelabschnitte W1, W2 des Geberrades G halbiert werden, so dass sich ihre Anzahl verdoppelt, und die Anzahl der am Geberrad G angeordneten Zähne 3 müsste verdoppelt werden.However, only three different binary codes BC can be represented with three bits, so that the condition of the unique code section of each segment can no longer be satisfied. Ie. to achieve such accuracy, the length of the C code would have to be increased to, for example, 120 bits. For this purpose, the angle sections W1, W2 of the encoder wheel G would have to be halved, so that their number is doubled, and the number of arranged on the encoder gear G teeth 3 would have to be doubled.

Je mehr Zähne 3 am Geberrad G angeordnet sind, desto größer ist auch eine Auflösung und damit eine Genauigkeit des codierten Drehzahlsignals CD. Dies ist insbesondere bei einem Verbrennungsmotor zur präziseren Verbrennungssteuerung von Vorteil. Je mehr Zähne 3 am Geberrad G angeordnet sind und je kleiner die Abstände zwischen den Zähnen 3, desto unkritischer für den Auslesevorgang der Codierung C durch den Drehwellensensor 2 ist ein Auftreten großer kurzzeitiger Beschleunigungen bzw. Verzögerungen der Drehbewegung insbesondere bei kleinen Drehzahlen. The more teeth 3 are arranged on the encoder wheel G, the greater is also a resolution and thus an accuracy of the coded speed signal CD. This is particularly advantageous in an internal combustion engine for more precise combustion control. The more teeth 3 arranged on the transmitter wheel G and the smaller the distances between the teeth 3 , the less critical for the read-out of the coding C by the rotary shaft sensor 2 is an occurrence of large short-term acceleration or deceleration of the rotational movement, especially at low speeds.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise auch das bereits in WO 2007/019955 A1 beschriebene Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion realisierbar, da die eindeutige Codierung C des Geberrades G, welches an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet ist, vom Drehwellensensor 2 erfasst und an das Motorsteuergerät weitergeleitet wird.By means of the device according to the invention 1 and the method according to the invention, for example, that already in WO 2007/019955 A1 described driving authorization system with an electronic immobilizer function realized because the unique coding C of the encoder wheel G, which is arranged on the crankshaft of the internal combustion engine, from the rotary shaft sensor 2 is detected and forwarded to the engine control unit.

Das Motorsteuergerät decodiert das codierte vom Kurbelwellensensor empfangene Drehzahlsignal CD mit einem Decodieralgorithmus, welcher von einem berechtigten Authentikationselement über ein Freigabesignal freigegeben und aktiviert wird. Das Freigabesignal für den Decodieralgorithmus im Motorsteuergerät wird von einem als elektronisches Zündschloss ausgeführtem Fahrzeugsteuergerät nach einem erfolgreichen Authentikationsvorgang erzeugt und beispielsweise codiert über einen elektronischen Datenbus zum Motorsteuergerät übertragen. Zur Authentikation kommuniziert das elektronische Zündschloss über eine entsprechende Kommunikationsverbindung mit dem tragbaren Authentikationselement.The engine control unit decodes the encoded speed signal CD received from the crankshaft sensor with a decoding algorithm which is enabled and activated by an authorized authentication element via an enable signal. The release signal for the decoding algorithm in the engine control unit is generated by a designed as an electronic ignition lock vehicle control unit after a successful authentication process and transmitted, for example encoded via an electronic data bus to the engine control unit. For authentication, the electronic ignition lock communicates via a corresponding communication link with the portable authentication element.

Die Kommunikationsverbindung zwischen dem elektronischen Zündschloss und dem tragbaren Authentikationselement kann beispielsweise durch Übertragungssignale im Infrarotfrequenzbereich und/oder im Ultraschallfrequenzbereich und/oder im Hochfrequenzbereich aufgebaut werden.The communication connection between the electronic ignition lock and the portable authentication element can be constructed for example by transmission signals in the infrared frequency range and / or in the ultrasonic frequency range and / or in the high-frequency range.

Der auf die mechanische Codierung C des Geberrads G abgestimmte Decodieralgorithmus decodiert das codierte Drehzahlsignal CD vom Kurbelwellensensor und stellt somit dem Motorsteuergerät die für den Betrieb des Verbrennungsmotors erforderliche Information über die Stellung und/oder Drehzahl der Kurbelwelle zur Verfügung. Das Motorsteuergerät kann die Wegfahrsperrfunktion nur nach einer erfolgreichen Decodierung des codierten Drehzahlsignals CD freigeben. Ein unbefugt ausgetauschtes Motorsteuergerät kann das codierte Drehzahlsignal CD nicht decodieren, da der Decodieralgorithmus im ausgetauschten Motorsteuergerät nicht mit der mechanischen Codierung C des Geberrads G abgestimmt ist, so dass der Decodieralgorithmus im ausgetauschten Motorsteuergerät das codierte Drehzahlsignal CD nicht decodieren kann, selbst wenn ein manipuliertes Freigabesignal für den Decodieralgorithmus vorliegt.The decoding algorithm tuned to the mechanical coding C of the encoder wheel G decodes the coded rotational speed signal CD from the crankshaft sensor and thus provides the engine control unit with the information about the position and / or rotational speed of the crankshaft required for the operation of the internal combustion engine. The engine control unit may enable the immobilizer function only after a successful decoding of the encoded speed signal CD. An unauthorized replaced engine control unit can not decode the encoded speed signal CD since the decoding algorithm in the replaced engine controller is not matched with the mechanical coding C of the encoder wheel G so that the decoding algorithm in the replaced engine controller can not decode the encoded speed signal CD even if a manipulated enable signal is present for the decoding algorithm.

Die Codierung C und entsprechende Decodierung bzw. das Decodierverfahren kann mit Hilfe von heute bekannten kryptografischen Verfahren, wie beispielsweise das Public-Private-Key-Verfahren, durchgeführt werden. Hierzu wird ein Schlüsselpaar mit einem entsprechenden öffentlichen und einem privaten Schlüssel generiert. Die Codierung C des Geberrades G und damit des vom Kurbelwellensensor erfassten Drehzahlsignals CD erfolgt mittels des öffentlichen Schlüssels. Die Dekodierung des Drehzahlsignals CD kann aber nur mit Hilfe des korrespondierenden privaten Schlüssels erfolgen, welcher beispielsweise im Motorsteuergerät hinterlegt wird.The coding C and corresponding decoding or the decoding method can be carried out with the aid of today known cryptographic methods, such as the public-private-key method. For this purpose, a key pair is generated with a corresponding public and a private key. The coding C of the encoder wheel G and thus of the detected by the crankshaft sensor speed signal CD by means of the public key. The decoding of the speed signal CD can only be done with the help of the corresponding private key, which is stored for example in the engine control unit.

Durch das in WO 2007/019955 A1 beschriebene Fahrberechtigungssystem wird die elektronische Wegfahrsperrfunktion über das erfindungsgemäß mechanisch codierte Geberrad G mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, wobei der Drehwellensensor 2, welcher beispielsweise als Differenz-Hall-Sensor ausgeführt ist, über das Geberrad G die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Stellung der Kurbelwelle erfasst. Das codierte Drehzahlsignal CD des Drehwellensensors 2 ist unerlässlich zur im Motorsteuergerät ausgeführten Synchronisierung von Kurbelwellenstellung und Einspritzzeitpunkten. Ohne eine entsprechende Dekodierung dieses codierten Drehzahlsignals CD im Motorsteuergerät kann der Verbrennungsmotor nicht oder zumindest nicht korrekt gestartet werden.Through the in WO 2007/019955 A1 described driving authorization system, the electronic immobilizer function is coupled via the invention mechanically encoded encoder wheel G to the internal combustion engine, wherein the rotary shaft sensor 2 , which is designed for example as a differential Hall sensor, via the encoder wheel G detects the speed of the engine and the position of the crankshaft. The coded speed signal CD of the rotary shaft sensor 2 is essential for synchronizing crankshaft position and injection timing in the engine control unit. Without a corresponding decoding of this encoded speed signal CD in the engine control unit, the internal combustion engine can not be started or at least not started correctly.

Der vorgegebene Synchronisationspunkt, der eine Stellung der Kurbelwelle bzw. des ersten Zylinders bezeichnet, synchronisiert das gemessene Drehzahlsignal CD mit der Kurbelwellenstellung und ist als zusätzliche Information mit Hilfe der Codierung C des Geberrads G codiert und damit in der Geometrie des Geberrades G hinterlegt. Eine explizite herausgehobene Markierung zur Synchronisierung von Kurbelwellenstellung mit dem gemessenen Drehzahlsignal CD, wie sie an einem aus dem Stand der Technik bekannten Geberrad G umgesetzt wird, ist daher nicht mehr notwendig. Dadurch erhält das erfindungsgemäße Fahrberechtigungssystem eine höhere Sicherheitsstufe, da nun selbst bei Abschaltung der Codeprüffunktion durch einen Dritten der Synchronisationspunkt für die Stellung der Kurbelwelle nicht bekannt ist und ohne Kenntnis der Codierung C auch nicht ermittelt werden kann.The predetermined synchronization point, which designates a position of the crankshaft or of the first cylinder, synchronizes the measured rotational speed signal CD with the crankshaft position and is coded as additional information with the aid of the coding C of the transmitter wheel G and thus stored in the geometry of the transmitter wheel G. An explicit highlighted marking for the synchronization of crankshaft position with the measured speed signal CD, as it is implemented on a known from the prior art sensor wheel G, is therefore no longer necessary. As a result, the driving authorization system according to the invention receives a higher security level, since now even when switching off the code checking by a third party, the synchronization point for the position of the crankshaft is not known and without knowing the coding C can not be determined.

Mittels der Aufteilung der Codierung C des Geberrades G in eine vorgegebene Anzahl von Segmente S1 bis S10 ist eine effektive Codierung C möglich, da die einzelnen Segmente S1 bis S10 über dem gesamten Umfang des Geberrades G eindeutig gewählt sind. Eine solche Codierung C ermöglicht im Gegensatz zu konventionellen Geberrädern G, die mindestens eine volle Umdrehung von 360° zur Synchronisierung benötigen, in vorteilhafter Weise eine sehr schnelle Synchronisierung einer zugehörigen Fahrzeugbaugruppe beispielsweise eines Motors oder eines Automatikgetriebes. Die Synchronisierung ist damit bereits nach einer Teilumdrehung möglich. Diese effektive Codierung C ermöglicht auch eine schnellere Überprüfung des im Fahrzeugsteuergerät abgelegten Codes.By dividing the coding C of the encoder wheel G in a predetermined number of segments S1 to S10 effective coding C is possible because the individual segments S1 to S10 over the entire circumference of the encoder wheel G are uniquely selected. Such coding C allows in contrast to conventional encoder wheels G, which require at least a full 360 ° rotation for synchronization, advantageously a very fast synchronization of an associated vehicle assembly such as a motor or an automatic transmission. Synchronization is thus already possible after a partial revolution. This effective coding C also allows faster checking of the code stored in the vehicle control unit.

Ein weiterer Vorteil der segmentierten Codierung C liegt in der Möglichkeit, dass einzelne Segmente S1 bis S10 aus dem Speicher des zugehörigen Fahrzeugsteuergerätes in andere Fahrzeugsteuergeräte und/oder in das tragbare Authentikationselement ausgelagert werden können, so dass ein einzelnes Fahrzeugsteuergerät zusammen mit dem zugehörigen Geberrad G nicht zum Start des Verbrennungsmotors fähig ist, solange das richtige andere Fahrzeugsteuergerät und/oder das Authentikationselement nicht beteiligt sind. Dies erhöht nochmals die Schwelle für mögliche Manipulationsversuche.Another advantage of the segmented coding C lies in the possibility that individual segments S1 to S10 can be paged out of the memory of the associated vehicle control unit into other vehicle control units and / or into the portable authentication element, so that a single vehicle control unit together with the associated transmitter wheel G does not is capable of starting the internal combustion engine, as long as the correct other vehicle control device and / or the authentication element are not involved. This again increases the threshold for possible manipulation attempts.

Alternativ ist es möglich, die vollständige Codierungsinformation zur Decodierung des Drehzahlsignals CD des zugehörigen Geberrades G elektronisch im tragbaren Authentikationselement zu speichern. Dies hätte den Vorteil, dass im Fahrzeugsteuergerät keine Codierungsinformationen zur Decodierung des zugehörigen Geberrads G fest abgelegt sind, sondern dynamisch beim Start des Fahrzeugs, vom tragbaren Authentikationselement in die zugehörigen Fahrzeugsteuergeräte übertragen werden. Dies verhindert ein einfaches Auslesen der Codierungsinformationen aus den Fahrzeugsteuergeräten bei Stillstand des Fahrzeugs. Bei bekannten Wegfahrsperrsystemen sind die als Zündschlüssel ausgeführten Authentikationselemente in der Regel mit einem sicheren, d. h. nicht auslesbaren oder manipulierbaren Hardwarespeicher ausgestattet, so dass eine Speicherung der Codierungsinformation in dem manipulationssicheren Hardwarespeicher problemlos möglich ist.Alternatively, it is possible to electronically store the complete coding information for decoding the rotational speed signal CD of the associated encoder wheel G in the portable authentication element. This would have the advantage that in the vehicle control unit no coding information for decoding the associated donor gear G are stored permanently, but are dynamically transmitted at the start of the vehicle, the portable authentication element in the associated vehicle control units. This prevents easy readout of the coding information from the vehicle control units when the vehicle is at a standstill. In known immobilizer systems, the authentication elements executed as ignition keys are generally associated with a secure, d. H. not readable or manipulated hardware memory, so that storage of the coding information in the tamper-resistant hardware memory is easily possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
DrehwellensensorRotary shaft sensor
33
Zahntooth
GG
Geberradsensor wheel
W1W1
Winkelabschnitt mit einem ZahnAngular section with a tooth
W2W2
Winkelabschnitt mit zwei ZähnenAngle section with two teeth
BCBC
binärer Codebinary code
CDCD
codiertes Drehzahlsignalcoded speed signal
CC
Codierungencoding
LL
Codelängecode length
S1 bis S10S1 to S10
Segmentesegments
CS1 bis CS10CS1 to CS10
Codeabschnitte der SegmenteCode sections of the segments

Claims (12)

Vorrichtung (1) zur Erfassung einer Stellung oder einer Drehzahl einer Drehwelle eines Fahrzeugs mittels eines Drehwellensensors (2) und eines an der Drehwelle angeordneten Geberrades (G), welches eine vorgegebene Anzahl von Zähnen (3) umfasst, die mittels einer Codierung (C) am Umfang des Geberrades (G) verteilt angeordnet sind und ein codiertes Drehzahlsignal (CD) erzeugen, das vom Drehwellensensor (2) erfassbar ist, wobei die Zähne (3) des Geberrades (G) gleich groß und gleich breit sind, und die Abstände zwischen den Zähnen (3) einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand umfassen, wobei ein erster Abstand größer ist als ein zweiter Abstand, und wobei die Codierung (C) am Umfang des Geberrades (G) in eine vorgebbare Anzahl von Segmenten (S1 bis S10) gleicher Segmentlänge aufgeteilt ist, die jeweils eindeutig erkennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment in eine vorgebbare Anzahl von gleich großen ersten und zweiten Winkelabschnitten (W1, W2) aufgeteilt ist, und der erste Winkelabschnitt (W1) nur einen Zahn (3) und den größeren ersten Abstand umfasst, und der zweite Winkelabschnitt (W2) zwei Zähne (3) und zwei kleinere zweite Abstände umfasst.Contraption ( 1 ) for detecting a position or a rotational speed of a rotary shaft of a vehicle by means of a rotary shaft sensor ( 2 ) and arranged on the rotary shaft encoder wheel (G), which a predetermined number of teeth ( 3 ), which are arranged distributed by means of a coding (C) on the circumference of the encoder wheel (G) and generate a coded speed signal (CD), which from the rotary shaft sensor ( 2 ) is detectable, whereby the teeth ( 3 ) of the sender wheel (G) are the same size and the same width, and the distances between the teeth (G) 3 ) comprise a first distance and a second distance, wherein a first distance is greater than a second distance, and wherein the coding (C) at the periphery of the encoder wheel (G) is divided into a predeterminable number of segments (S1 to S10) of the same segment length , which are each clearly recognizable, characterized in that each segment is divided into a predeterminable number of identically sized first and second angle sections (W1, W2), and the first angle section (W1) only one tooth ( 3 ) and the larger first distance, and the second angle section (W2) comprises two teeth ( 3 ) and two smaller second distances. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstand zwischen den Zähnen (3) doppelt so groß ist wie der zweite Abstand.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first distance between the teeth ( 3 ) is twice as large as the second distance. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberrad (G) mittels eines Stanzprozesses herstellbar ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the encoder wheel (G) can be produced by means of a stamping process. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der vorgebbaren Segmente (S1 bis S10) eine gleiche Anzahl von Winkelabschnitten (W1, W2) enthält, und jedes der vorgebbaren Segmente (S1 bis S10) eine eindeutige Folge von Winkelabschnitten (W1, W2) umfasst, derart dass diese sich nicht in anderen Segmenten wieder findet und sich nicht in einer beliebigen, zusammenhängenden Folge von Winkelabschnitten (W1, W2) gleicher Anzahl auf der gesamten Codierung (C) wieder findet.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that each of the predeterminable segments (S1 to S10) contains an equal number of angular sections (W1, W2), and each of the predeterminable segments (S1 to S10) has a unique sequence of angular sections (W1, W2) such that it does not find itself in other segments and does not find itself in any contiguous sequence of angular sections (W1, W2) of equal number on the entire coding (C). Verfahren zur Erfassung einer Stellung oder einer Drehzahl einer Drehwelle eines Fahrzeugs mittels eines Drehwellensensors (2) und eines an der Drehwelle angeordneten Geberrades (G), welches eine vorgegebene Anzahl von Zähnen (3) umfasst, die mittels einer Codierung (C) am Umfang des Geberrades (G) verteilt angeordnet sind und ein codiertes Drehzahlsignal (CD) erzeugen, das vom Drehwellensensor (2) erfasst wird, wobei alle Zähne (3) des Geberrades (G) gleich groß und gleich breit sind, und die Abstände zwischen den Zähnen (3) einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand umfassen, wobei ein erster Abstand größer ist als ein zweiter Abstand, und wobei die Codierung (C) am Umfang des Geberrades (G) in eine vorgebbare Anzahl von Segmenten (S1 bis S10) gleicher Segmentlänge aufgeteilt wird, die jeweils eindeutig erkennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment in eine vorgebbare Anzahl von gleich großen ersten und zweiten Winkelabschnitten (W1, W2) aufgeteilt wird, und der erste Winkelabschnitt (W1) nur einen Zahn (3) und den größeren ersten Abstand umfasst, und der zweite Winkelabschnitt (W2) zwei Zähne (3) und zwei kleinere zweite Abstände umfasst.Method for detecting a position or a rotational speed of a rotary shaft of a vehicle by means of a rotary shaft sensor ( 2 ) and arranged on the rotary shaft encoder wheel (G), which a predetermined number of teeth ( 3 ), which by means of a coding (C) on the circumference of Transmitter wheel (G) are distributed and generate a coded speed signal (CD), which from the rotary shaft sensor ( 2 ), whereby all teeth ( 3 ) of the sender wheel (G) are the same size and the same width, and the distances between the teeth (G) 3 ) comprise a first distance and a second distance, wherein a first distance is greater than a second distance, and wherein the coding (C) is divided at the periphery of the encoder wheel (G) in a predetermined number of segments (S1 to S10) of the same segment length , which are each clearly recognizable, characterized in that each segment is divided into a predeterminable number of identically sized first and second angle sections (W1, W2), and the first angle section (W1) only one tooth ( 3 ) and the larger first distance, and the second angle section (W2) comprises two teeth ( 3 ) and two smaller second distances. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Winkelabschnitt (W1, W2) des Geberrades (G) ein Bit der Codierung (C) zugeordnet wird.A method according to claim 5, characterized in that each angle section (W1, W2) of the encoder wheel (G) a bit of the coding (C) is assigned. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bit eines Winkelabschnitts (W2), welcher zwei Zähne (3) des Geberrades (G) umfasst, mit dem Wert Eins codiert wird.A method according to claim 6, characterized in that one bit of an angle section (W2), which two teeth ( 3 ) of the encoder wheel (G) is encoded with the value one. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bit eines Winkelabschnitts (W1), welcher nur einen Zahn (3) des Geberrades (G) umfasst, mit dem Wert Null codiert wird.A method according to claim 6, characterized in that one bit of an angle section (W1), which only one tooth ( 3 ) of the encoder wheel (G) is encoded with the value zero. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Aufteilung des Geberrades (G) in 60 Winkelabschnitte (W1, W2) mit je einem Bit das Geberrad (G) mit einer Codierung (C) mit einer Codelänge (L) von 60 Bit codiert wird.A method according to claim 6, characterized in that by means of a division of the encoder wheel (G) in 60 angle sections (W1, W2) with one bit the encoder wheel (G) with a coding (C) coded with a code length (L) of 60 bits becomes. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierung (C) mit einer Codelänge (L) von 60 Bit in zehn Segmente (S1 bis S10) mit einer Segmentlänge von jeweils sechs Bit aufgeteilt wird.A method according to claim 9, characterized in that the coding (C) with a code length (L) of 60 bits is divided into ten segments (S1 to S10) with a segment length of six bits each. Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Driving authorization system with an electronic immobilizer function with a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4. Fahrberechtigungssystem mit einer elektronischen Wegfahrsperrfunktion geeignet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 10.Driving authorization system with an electronic immobilizer function suitable for carrying out a method according to one of claims 5 to 10.
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