-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehzahl und einer Drehrichtung eines drehbaren Bauteils sowie einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Vorrichtung.
-
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Ermittlung einer Drehzahl und einer Drehrichtung eines drehbaren Bauteils bekannt, die einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor aufweisen. Die beiden Drehzahlsensoren sind zueinander versetzt angeordnet und geben jeweils ein drehzahlabhängig schwingendes Drehzahlsignal aus. Durch diesen Versatz ergibt sich, dass drehrichtungsabhängig eines der Drehzahlsignale vorauseilt, während das andere der Drehzahlsignale nacheilt. Somit kann neben der Drehzahl auch die Drehrichtung des drehbaren Bauteils bestimmt werden.
-
Nachteilig an üblichen Vorrichtungen zur Ermittlung einer Drehzahl und einer Drehrichtung ist, dass die verwendeten Drehzahlsensoren jeweils zumindest zwei Schnittstellen aufweisen, die mit jeweils zwei entsprechenden Anschlüssen der Vorrichtung gekoppelt sind. Somit benötigt die Vorrichtung insgesamt zumindest vier Anschlüsse für die Drehzahlsensoren. Eine Reduktion der erforderlichen Anschlüsse würde zu einer kostengünstigeren Vorrichtung führen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kostengünstigere Alternative anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
-
Vorgeschlagen wird demnach eine Vorrichtung, die zur Ermittlung einer Drehzahl und einer Drehrichtung eines drehbaren Bauteils geeignet ist. Vorgeschlagen wird außerdem ein Kraftfahrzeugantriebsstrang mit zumindest einem von Antriebsmotor, Getriebe und Radaufhängung. Der Antriebsstrang weist hierbei die vorgeschlagene Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl und/oder Drehrichtung eines drehbaren Bauteils des zumindest einen von Antriebsmotor, Getriebes und Radaufhängung auf.
-
Die vorgeschlagene Vorrichtung verfügt über genau oder zumindest einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor. Die Drehzahlsensoren sind jeweils dazu ausgebildet, ein Drehzahlsignal auszugeben, wobei diese Drehzahlsignale zeitlich versetzt zueinander sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Geber- und/oder Nehmerelemente der Drehzahlsensoren mechanisch versetzt zueinander angeordnet sind.
-
Bei den Drehzahlsignalen handelt es sich insbesondere jeweils um ein drehzahlabhängig schwingendes Drehzahlsignal, wie insbesondere ein Rechteck- oder Sinussignal. Die Drehzahlsensoren sind insbesondere als Inkrementalgeber ausgebildet, auch Drehimpulsgeber genannt.
-
Vorgesehen ist nun, dass die Drehzahlsensoren so miteinander verschaltet sind, dass sich die Drehzahlsignale überlagern. Diese Verschaltung der Drehzahlsignale ergibt somit ein gemeinsames Drehzahlsignal, das die einzelnen Drehzahlsignale der Drehzahlsensoren kumuliert enthält. Mit anderen Worten moduliert sich dann das Drehzahlsignal eines der Drehzahlsensoren auf das Drehzahlsignal des anderen der Drehzahlsensoren auf.
-
Eine solche Verschaltung der Drehzahlsensoren weist eine geringere Anzahl von freien Schnittstellen auf, als zwei einzelne Drehzahlsensoren. Dementsprechend benötigt die Vorrichtung eine geringere Anzahl an zugehörigen Anschlüssen. Insbesondere weist eine solche Verschaltung lediglich zwei freie Schnittstellen auf, und dementsprechend werden nur zwei zugehörige Anschlüsse (= korrespondierende Schnittstellen) an der Vorrichtung erfordert.
-
Diese Verschaltung der Drehzahlsensoren kann in Hardware erfolgen oder in Software. Bei den Schnittstellen der Drehzahlsensoren kann es sich somit um Hardware- oder Softwareschnittstellen handeln. Bei einer solchen Verschaltung in Hardware sind die Drehzahlsensoren entsprechend elektrisch miteinander gekoppelt. Es liegt dann also eine tatsächliche elektrische Verschaltung der beiden Drehzahlsensoren vor, durch die die Überlagerung der Drehzahlsignale erfolgt. Bei einer solchen Verschaltung in Software sind die Drehzahlsensoren hingegen entsprechend softwaretechnisch miteinander gekoppelt. Es werden dann also lediglich die von den Drehzahlsensoren an eine Auswerteeinrichtung ausgegebenen Drehzahlsignale, mit der die Drehzahlsensoren verschaltet sind, überlagern. Bei einer Verschaltung in Hardware kann eine größere Kosteneinsparung erzielt werden, da die Bereitstellung von Hardwareschnittstellen und entsprechenden Anschlüssen normalerweise kostenintensiver ist als die Bereitstellung von Softwareschnittstellen.
-
Bei der Vorrichtung kann es sich insbesondere um ein Steuergerät handeln mit dem eine technische Einrichtung betätigbar ist, beispielsweise steuerbar oder regelbar. Das Steuergerät dann kann über externe Anschlüsse für die miteinander entsprechend verschalteten externen Drehzahlsensoren aufweisen. Alternativ kann es sich bei den Anschlüssen um interne Anschlüsse des Steuergeräts handeln, für die in diesem Fall intern ausgeführten und entsprechend verschalteten Drehzahlsensoren.
-
Die Anschlüsse der Vorrichtung für die Drehzahlsensoren können insbesondere als Pins oder dergleichen ausgebildet sein. Entsprechend sind dann die zugehörigen Schnittstellen der Drehzahlsensoren als dazu passende Buchsen oder Hülsen oder dergleichen ausgebildet.
-
Bevorzugt sind die Drehzahlsensoren elektrisch in Reihe geschaltet, also in Hardware. Eine erste (Hardware-)Schnittstelle eines der Drehzahlsensoren ist somit mit einer zweiten (Hardware-)Schnittstelle des anderen der Drehzahlsensoren elektrisch gekoppelt. Wenn die beiden Drehzahlsensoren dann jeweils genau über zwei Schnittstellen (eine erste und eine zweite Schnittstelle) verfügen, benötigt die Vorrichtung lediglich genau zwei Anschlüsse, um daran die verbleibenden (Hardware-)Schnittstellen der miteinander verschalteten Drehzahlsensoren anzuschließen.
-
Bevorzugt weisen die Drehzahlsensoren jeweils zwei Stromschnittstellen auf. Über eine solche Stromschnittstelle kann dem Drehzahlsensor ein elektrischer Strom zu-oder abgeführt werden. Eine der Stromschnittstellen dient beispielsweise zur Stromzufuhr und die andere der Stromschnittstellen dient dann zur Stromabfuhr. Das Drehzahlsignal liegt dann insbesondere in Form einer drehzahlabhängigen Schwankung des über die beiden Stromschnittstellen geführten elektrischen Stromes vor. Eine der zwei Stromschnittstellen des einen Drehzahlsensors (dessen erste Schnittstelle) ist dann mit einer der zwei Stromschnittstellen des anderen Drehzahlsensors (dessen zweite Schnittstelle) elektrisch gekoppelt, insbesondere unmittelbar gekoppelt. Die zwei verbleibenden anderen Stromschnittstellen der Drehzahlsensoren (die zweite Stromschnittstelle des ersten Sensors und die erste Stromschnittstelle des zweiten Sensors) sind dann jeweils mit dem entsprechenden Anschluss der Vorrichtung für die Drehzahlsensoren elektrisch gekoppelt sind. Dadurch weist die Vorrichtung also genau zwei Anschlüsse für die miteinander solcherart in Reihe geschalteten Drehzahlsensoren auf.
-
Bevorzugt sind die Drehzahlsensoren als Hall-Drehzahlsensoren ausgebildet. Es handelt sich also um Drehzahlsensoren, die auf dem Hall-Prinzip basieren. Solche Drehzahlsensoren sind an sich bereits im Einzelnen bekannt.
-
In einer Ausführungsform können die Drehzahlsensoren identisch zueinander ausgebildet sein. Die Drehzahlsensoren sind dann also baugleich zueinander ausgebildet. Die beiden Drehzahlsensoren könne, müssen aber nicht um ¼ der Impulsbreite (Periodendauer) eines zugehörigen Inkrements der Drehzahlsensoren zueinander versetzt angeordnet sein. Je nach Drehrichtung ergibt sich durch den Versatz der Drehzahlsensoren und durch die Überlagerung der Drehzahlsignale ein charakteristisches Muster in dem gemeinsamen Drehzahlsignal. Aus dem Muster und aus der Frequenz des gemeinsamen Drehzahlsignals kann dann auf die Drehrichtung und die Drehzahl geschlossen werden.
-
In einer dazu alternativen Ausführungsform sind die Drehzahlsensoren unterschiedlich zueinander ausgebildet. Die Drehzahlsensoren sind dann also gerade nicht baugleich zueinander ausgebildet. Die Drehzahlsensoren geben dann insbesondere jeweils ein Rechtecksignal (High- und Low-Signal) als Drehzahlsignal aus, wobei die Frequenz des Rechtecksignals der ermittelten Drehzahl entspricht. Das Drehzahlsignal setzt sich dann aus drehzahlabhängig schnell abwechselnden High- und Low-Signalen zusammen. Das High-Signal zeichnet ist hierbei insbesondere durch einen relativ hohen elektrischen Stromfluss durch den Drehzahlsensor aus, und das Low-Signal zeichnet ist hierbei insbesondere durch einen relativ geringen elektrischen Stromfluss durch den Drehzahlsensor aus.
-
Die Drehzahlsensoren können hierbei derart unterschiedlich zueinander ausgebildet sein, dass ihre Drehzahlsignale unterschiedliche Tastverhältnisse aufweisen. Das Tastverhältnis bildet hierbei das Verhältnis der Zeitdauer des High-Signals zur Impulsbreite eines Inkrements des Drehzahlsensors. Die Impulsbreite der Drehzahlsensoren ist hierbei insbesondere identisch. Je nach Drehrichtung ergibt sich hierdurch und durch die Überlagerung der Drehzahlsignale ein charakteristisches Muster in dem gemeinsamen Drehzahlsignal. Aus dem Muster und aus der Frequenz des gemeinsamen Drehzahlsignals kann dann auf die Drehrichtung und die Drehzahl geschlossen werden.
-
Die Drehzahlsensoren können alternativ oder zusätzlich derart unterschiedlich zueinander ausgebildet sein, dass ihre Drehzahlsignale unterschiedliche Signalstärken aufweisen. Insbesondere sind die Amplituden der Drehzahlsignale unterschiedlich hoch. Insbesondere liegen zumindest oder nur die High-Signale der beiden Drehzahlsensoren auf unterschiedlichen Niveaus, insbesondere Stromniveaus. Auch hierbei ergibt sich je nach Drehrichtung hierdurch und durch die Überlagerung der Drehzahlsignale ein charakteristisches Muster des gemeinsamen Drehzahlsignals. Aus dem Muster und aus der Frequenz des gemeinsamen Drehzahlsignals kann auch hier auf die Drehrichtung und die Drehzahl geschlossen werden.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen hierbei in schematischer Darstellung:
- 1 eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehzahl und einer Drehrichtung eines drehbaren Bauteils,
- 2 Drehzahlsignale zweier Drehzahlsensoren 2, 3.
-
1 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehzahl n und einer Drehrichtung eines drehbaren Bauteils 1. Die Vorrichtung weist einen ersten Drehzahlsensor 2 und einem zweiten Drehzahlsensor 3 auf. Diese geben jeweils ein drehzahlabhängig schwingendes Drehzahlsignal S1, S2 aus. Bei einer hohen Drehzahl n sind demnach die Frequenzen der Drehzahlsignale S1, S2 höher als bei einer niedrigen Drehzahl n. Die Drehzahlsignale S1, S2 sind vorliegend Stromsignale. Die Drehzahl n wird somit durch die Frequenz der Schwingung des elektrisch Stromes i repräsentiert, der durch die Drehzahlsensoren 2, 3 fließt.
-
Die Drehzahlsensoren 2, 3 sind so ausgeführt, dass die Drehzahlsignale S1, S2 zeitlich versetzt zueinander ausgegeben werden. Eines der Drehzahlsignale S1, S2 ist also zu dem anderen der Drehzahlsignale S2, S1 vorauseilend. Dies kann durch einen entsprechenden mechanischen Versatz von Elementen der Drehzahlsensoren 2, 3 realisiert werden.
-
Die Drehzahlsensoren 2, 3 sind als Inkrementalgeber ausgebildet, beispielsweise als Hall-Drehzahlsensoren. An dem Bauteil 1 sind für die Drehzahlsensoren 2, 3 mitrotierende Inkremente 2A, 3A vorgesehen, beispielsweise in Form eines Zahnrads oder einer Codescheibe. Das Vorbeiziehen dieser Inkremente 2A, 3A an dem jeweiligen Sensor 2, 3 wird in an sich bekannter Weise von diesen erfasst und je als entsprechendes Drehzahlsignal S1, S2 ausgegeben.
-
Ein beispielhafter Aufbau der Drehzahlsensoren 2, 3 ist 1 entnehmbar. Die Drehzahlsensoren 2, 3 sind hierbei als Ersatzschaltbilder dargestellt. Dem Fachmann sind andere geeignete Ausführungsformen für die Drehzahlsensoren 2, 3 bekannt. Die Drehzahlsensoren 2, 3 weisen vorliegend jeweils einen symbolischen Schalter 2B, 3B auf. Die Drehzahlsensoren 2, 3 weisen vorliegend außerdem jeweils ein symbolisches Sensorelement 2C, 3C auf, das ein Vorbeiziehen eines der Inkremente 2A, 3A erkennt und den Schalter 2B, 3B entsprechend betätigt.
-
Der Schalter 2B, 3B wird beim Vorbeiziehen eines entsprechenden Inkrements 2A, 3B von dem Sensorelement 2C, 3C geschlossen. Dadurch verringert sich der elektrische Widerstand des jeweiligen Drehzahlsensors 2, 3 und der darüber geführte elektrische Strom i steigt dann auf ein gewisses Stromniveau H1 , H2 (= High-Signal). Wenn das Inkrements 2A, 3B an dem Sensorelement 2C, 3C vorbeigezogen ist, erkennt dies das Sensorelement 2C, 3C und schließt den zugehörigen Schalter 2B, 3B wieder. Somit erhöht sich nun der elektrische Widerstand des jeweiligen Drehzahlsensors 2, 3 und der darüber geführte elektrische Strom i sinkt. Ein gewisser elektrischer Strom fließt auch bei geöffnetem Schalter 2B, 3B weiterhin über das Sensorelement 2C, 3C, sodass das jeweilige Drehzahlsignale S1, S2 auch dann ein gewisses Stromniveau L1 , L2 (= Low-Signal) aufweist. Die Drehzahlsensoren 2, 3 erzeugen auf diese Art jeweils die Rechteckschwingung, deren Frequenz von der Drehzahl n abhängig ist.
-
Die Drehzahlsensoren 2, 3 sind vorliegend unterschiedlich zueinander ausgebildet, und zwar derart, dass ihre Drehzahlsignale S1, S2 unterschiedliche Signalstärken aufweisen. Die Drehzahlsignale S1, S2 weisen vorliegend dadurch High-Signale auf, mit zueinander unterschiedlichen Stromniveaus H1 , H2 . Dies kann dadurch bewirkt werden, dass die Drehzahlsensoren 2, 3 zueinander unterschiedliche elektrische Widerstände im Schaltungszweig der Schalter 2B, 3B aufweisen. Die Drehzahlsignale S1, S2 können zudem auch Low-Signale mit zueinander unterschiedlichen Stromniveaus L1 , L2 aufweisen.
-
Ein zeitlicher Verlauf der Drehzahlsignale S1, S2 bei einer isolierten Anordnung der Drehzahlsensoren 2, 3 ist in 2, oben, beispielhaft für eine bestimmte (konstante) Drehzahl n dargestellt. Die rechteckförmigen Drehzahlsignale S1, S2 weisen eine bestimmt drehzahlabhängige Impulsbreite T (Periodendauer) auf. Innerhalb der Impulsbreite T liegt das High-Signal mit dem Stromniveau H1 (Drehzahlsensor 2) beziehungsweise das High-Signal mit dem niedrigeren Stromniveau H2 (Drehzahlsensor 3) an, sowie ein Low-Signal mit dem jeweiligen Stromniveau L1 (Drehzahlsensor 2) und L2 (Drehzahlsensor 3). Das High-Signal H1 , H2 dauert die Zeit Th an, und das Low-Signal L1 , L2 dauert die Zeit Tl , an. Hierbei gilt Th + Tl= T. Das mathematische Verhältnis zwischen der Dauer des High-Signals H1 , H2 zu der Impulsbreite T wird als Tastverhältnis τ (τ = Th/T) bezeichnet. Das Tastverhältnis T spiegelt die mechanische Form der Inkremente 2A, 3A wieder und kann somit hierüber beeinflusst werden.
-
Alternativ oder zusätzlich dazu können die Drehzahlsensoren 2, 3 derart unterschiedlich zueinander ausgebildet sein, dass ihre Drehzahlsignale S1, S2 unterschiedliche Tastverhältnisse τ aufweisen. Hierbei kann die Impulsbreite T gleich sein. Insbesondere sind dazu die Inkremente 2A, 3A entsprechend unterschiedlich ausgebildet.
-
Die Drehzahlsensoren 2, 3 sind so miteinander in Hardware verschaltet, dass sich die Drehzahlsignale S1, S2 überlagern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Drehzahlsensoren 2, 3 hierzu in Reihe miteinander geschaltet. Jeder Drehzahlsensor 2, 3 weist hierzu eine (+)-Stromschnittstelle (= erste Schnittstelle) und eine (-)-Stromschnittstelle (= zweite Schnittstelle) auf. Die (+)-Schnittstelle des ersten Drehzahlsensors 2 ist mit einem entsprechenden Anschluss 4 der Vorrichtung elektrisch gekoppelt. Die (-)-Schnittstelle des zweiten Drehzahlsensors 3 ist mit einem entsprechenden anderen Anschluss 5 der Vorrichtung elektrisch gekoppelt. Die (-)-Schnittstelle des ersten Drehzahlsensors 2 ist direkt mit der (+)-Schnittstelle des zweiten Drehzahlsensors 3 elektrisch gekoppelt. Dadurch ergibt sich, dass die Vorrichtung statt vier Anschlüsse nur die beiden Anschlüsse 4 und 5 benötigt. Dadurch kann die Vorrichtung einfacher und billiger ausgebildet sein.
-
Der zeitliche Verlauf des aus der Überlagerung der Drehzahlsignale S1 und S2 resultierenden (gesamt) Drehzahlsignals S1+S2 ist in 2, unten, beispielhaft für die bestimmte Drehzahl n dargestellt. Wie daraus hervorgeht, addieren sich die bei der einzelnen Anordnung der Drehzahlsensoren 2, 3 vorliegenden Drehzahlsignale S1 und S2 zu dem zeitlichen Verlauf des gemeinsamen Drehzahlsignals S1+S2. Dies liegt daran, dass sich die elektrischen Widerstände der Drehzahlsensoren 2, 3 je nach Stellung der Schalter 2B, 3B verändern und dadurch der entsprechend schwankende elektrische Strom i durch die in Reihe geschalten Drehzahlsensoren 2, 3 fließt. Dieser Strom i nimmt somit unterschiedliche definitive Stromniveaus an. Dies sind vorliegend das Stromniveau L1+L2 (= Low-Signal) und das Stromniveau L1+H2 (erstes High-Signal) und das Stromniveau L2+H1 (zweites High-Signal) und das Stromniveau H1+H2 (drittes High-Signal).
-
Wie in aus 2, unten, gut erkennbar ist, liegt in der zeitlichen Abfolge dieser Stromniveaus L1+L2 , L1+H2 , L2+H1 , H1+H2 des Signals S1+S2 ein einerseits drehzahlabhängiges und andererseits drehrichtungsabhängiges, wiederkehrendes Strommuster vor. Durch Auswertung dieses charakteristischen Musters in der Vorrichtung kann daher wahlweise die Drehzahl n und/oder die Drehrichtung des Bauteils 1 ermittelt werden.
-
Diese Auswertung erfolgt insbesondere in einer Auswerteeinrichtung 6 der Vorrichtung, an welche die Drehzahlsensoren 2, 3 über die Anschlüsse 4, 5 angeschlossen sind. Zur Ermittlung der Drehzahl n sowie der Drehrichtung kann beispielsweise die zeitliche Abfolge der Stromniveaus L1+L2 , L1+H2 , L2+H1 , H1+H2 erfasst und ausgewertet werden.
-
Die in 1 gezeigt Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl n und Drehrichtung eignet sich besonders zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang. Dieser kann dann zumindest eines der Antriebsstrangelemente Antriebsmotor, Getriebe und Radaufhängung aufweisen. Es können noch weitere Antriebsstrangelemente dafür vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Seitenwelle und/oder eine Allradwelle. Die Vorrichtung dient dann zur Ermittlung der Drehzahl n und/oder der Drehrichtung eines drehbaren Bauteils 1 eines solchen Antriebsstrangelements. Das in 1 gezeigt Bauteil 1 ist dann also ein Teil des jeweiligen Antriebsstrangelements und wird entsprechend mitgedreht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- rotierbares Bauteil
- 2
- Drehzahlsensor
- 2A
- Inkremente für den Drehzahlsensor 2
- 2B
- Schalter des Drehzahlsensors 2
- 2C
- Sensorelement des Drehzahlsensors 2
- 3
- Drehzahlsensor
- 3A
- Inkremente für den Drehzahlsensor 3
- 3B
- Schalter des Drehzahlsensors 3
- 3C
- Sensorelement des Drehzahlsensors 3
- 4
- Anschluss
- 5
- Anschluss
- 6
- Auswerteeinrichtung
- (+)
- (+)-Stromschnittstelle, erste Schnittstelle
- (-)
- (-)-Stromschnittstelle, zweite Schnittstelle
- i
- elektrischer Strom
- n
- Drehzahl des Bauteils 1
- t
- Zeit
- H1, H2
- High-Signal, Stromniveau
- H1+H2
- High-Signal, Stromniveau
- L1+H2
- High-Signal, Stromniveau
- L2+H1
- High-Signal, Stromniveau
- L1, L2
- Low-Signal, Stromniveau
- L1+L2
- Low-Signal, Stromniveau
- S1
- Drehzahlsignal des Drehzahlsensors 2
- S2
- Drehzahlsignal des Drehzahlsensors 3
- S1+S2
- überlagertes Drehzahlsignal
