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Bei modernen Kraftfahrzeugen mit Bremsensteuergeräten befindet sich an jedem Rad ein Raddrehzahlfühler (RDF). Die Sensoren übermitteln grundsätzlich einen elektrischen Impuls pro definierter Wegstrecke an ein Kraftfahrzeug-Steuergerät. Die Übermittlung erfolgt mittels 2-Draht-Schnittstelle auf Basis von Industriestandards mit genau definierten, wenigen (zwei bis vier) diskreten elektrischen Strömen. Verletzt ein Sensorstrom diese Standards, ist das Signal üblicherweise unbrauchbar; es werden keine Impulse mehr erkannt. Elektrische Überwachungen in einem Steuergerät beziehen sich auf die elektrischen Kennwerte gemäß der Schnittstellenspezifikation. Bedingt durch Fertigungstoleranzen der Komponenten im Steuergerät können diese Kennwerte nicht lückenlos überwacht werden, ohne Funktionseinbußen zu erleiden. Die Robustheit gegen Fehlereinflüsse leidet unter diesen, den Bauteiltoleranzen geschuldeten, Funktionseinbußen.
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Gemäß der Spezifikationen sind bestimmte Strompegel mit einer jeweiligen Toleranz vorgegeben (z.B. 7mA, 14mA oder 28mA mit jeweils -16%/+20% Toleranz). Daraus ergeben sich bestimmte Erwartungswerte bezüglich des Stromflusses durch das Steuergerät.
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Zur Rekonstruktion der Wegstreckenimpulse aus dem Stromsignal des Raddrehzahlsensors wird im Stand der Technik ein Strombereich (bzw. eine Stufe) mit zwei diskreten Ausgangspegeln (Komparatoren) verwendet. Ist ein Referenzwert überschritten, wird ein bestimmter digitaler Wert ausgegeben; bei Unterschreitung erscheint der negierte Wert am Ausgang. Der zeitliche Zusammenhang zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen wird als Maß für die Radumfangsgeschwindigkeit benutzt.
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Zur Überwachung der definierten Sensorströme werden Überwachungsbereiche mit zwei diskreten Ausgangspegeln (Komparatoren) verwendet, die ein Verlassen des spezifizierten Strombereiches erkennen und entsprechend dem Steuergerät melden. Von der verarbeitenden Software werden diese Situationen entsprechend bewertet, führen zu Degradationen, Warnlampenaktivitäten und Eintragungen im Fehlerspeicher. Beispiele für derartig überwachte Fehler sind Kurzschlüsse zwischen oder Unterbrechungen in den Zuleitungen des Raddrehzahlsensors. Bei einem anderen Verfahren wird der Strombereich überwacht, der im fehlerfreien Zustand zwischen den diskreten Strompegeln liegt. Damit lässt sich ein Fehler feststellen, sobald der Sensorstrom in dem Strombereich verweilt.
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Aufgrund der zu erwartenden Toleranzen technisch nutzbarer Umsetzungen können die definierten diskreten Strombereiche der Raddrehzahlsensoren nicht enganliegend überwacht werden. Bei der Auslegung entsprechender Schaltungstechnik sind Toleranzbereiche auch für die verschiedenen Vergleichsschwellen vorzuhalten. Es entstehen Bereiche, in denen sich die Vergleichsschwellen befinden, sowie Lücken zu den Grenzen der Toleranzbereiche, in denen sich der Strom des Raddrehzahlsensors befinden darf.
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Beispielsweise wird ein durch Feuchtigkeit im Kabelstrang auftretender Isolationsfehler sich in dieser Anwendung durch einen Störstrom bemerkbar machen, der dem Sensorstrom additiv überlagert ist. Für das Steuergerät, das den Strom des Sensors auswertet, verschieben sich die erfassten Sensorströme und liegen außerhalb der spezifizierten Werte. Statisch eingestellte Vergleichsstufen können die verschobenen Ströme auf der Schnittstelle nicht auswerten. Die Raddrehzahlimpulse werden nicht mehr erfasst und die entsprechende Information steht nicht zur Verfügung. Ist der störende Strom groß genug, wird im Steuergerät eine vorhandene elektrische Erkennung ausgelöst.
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Als besonders problematisch erweisen sich Fehler durch Feuchteeinwirkung im Kabelstrang, die den das Steuergerät durchfließenden Strom des Sensors nur leicht verfälschen (dargestellt in 5). Aus der Praxis ist es bekannt, dass in bestimmten Situationen und bei bestimmten Überwachungskonzepten die Erkennung der Wegstreckenimpulse des Sensors im Steuergerät nicht gewährleistet ist, eine elektrische Fehlererkennung jedoch ebenfalls nicht wirksam erfolgt. Die entsprechenden Informationen sind unerkannt falsch und das kann sicherheitskritisch sein.
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Es sind bereits Anordnungen bekannt, die eine derartige Verfälschung des Stromes durch Isolationsfehler detektieren. Diese sind jedoch entweder nur mit entsprechend hohem schaltungstechnischen Aufwand darstellbar oder können nicht während der Fahrt angewendet werden. Auch eine dynamische (also zeitvariable) Nachführung der Überwachungsbereiche ist unter Umständen nicht wünschenswert. Zumindest würde eine dynamische Nachführung von Überwachungsbereichen einen entsprechenden zusätzlichen Aufwand erfordern.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, die Überwachung der Übertragung von Signalen eines Raddrehzahlsensors zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens eines Raddrehzahlsensors, wobei die Anordnung den Raddrehzahlsensor und eine Steuereinheit aufweist und wobei von dem Raddrehzahlsensor an das Steuergerät Signale in Form eines Sensorstroms übertragbar sind und
- - in einem vordefinierten Wertebereich für den Sensorstrom ein Strombereich und mindestens ein Überwachungsbereich angeordnet sind, mittels welchen jeweils ein Ausgangssignal entsprechend des Sensorstroms ausgebbar ist, wobei
- - mittels des Ausgangssignals des Strombereichs aus dem Sensorstrom abgeleitete Wegstreckenimpulse bereitstellbar sind und
- - die Überwachungsbereiche oberhalb und/oder unterhalb des Strombereichs angeordnet sind, so dass mittels des Ausgangssignals der Überwachungsbereiche bei einem Überschreiten und/oder Unterschreiten des Strombereichs durch ein übertragenes Signal ein Fehler in dem übertragenen Signal feststellbar ist, wobei in dem vordefinierten Wertebereich für den Sensorstrom mindestens zwei Vergleichsbereiche angeordnet sind, wobei mittels der Ausgangssignale der Vergleichsbereiche ein Fehler im übertragenen Signal feststellbar ist und gleichzeitig aus dem Sensorstrom abgeleitete Wegstreckenimpulse bereitstellbar sind.
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Besonders bevorzugt sind innerhalb der Vergleichsbereiche, des Strombereichs und der Überwachungsbereiche jeweils ein oder mehrere Schwellenwerte definiert, bei deren Überschreitung oder Unterschreitung durch den Sensorstrom ein entsprechendes Ausgangssignal ausgebbar ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass nunmehr eine lückenlose Überwachung der Sensorsignale, insbesondere im laufenden Betrieb, möglich ist.
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Anders gesagt bezieht sich der Kernpunkt der Erfindung darauf, mögliche Bereiche für Schwellenwerte bzw. Schwellenwerte an sich mitten in die Nutzsignale zu legen und dadurch zusätzliche Informationen zu erhalten.
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Der vordefinierte Wertebereich des Sensorstroms bezeichnet den Bereich der möglichen Bandbreite bzw. der möglichen Werte der Ströme, welche durch das Signal angenommen werden können. Das Signal kann vorzugsweise zwei Zustände einnehmen, wobei es zwischen beiden Zuständen wechselt und zwischen den Wechseln ein Plateau in einem der Zustände einnimmt. Der Strombereich ist derart angeordnet, dass er bei einem fehlerfreien Signalverlauf nicht auf einem der Stromniveaus bzw. Zustände liegt. Vielmehr liegt der Strombereich vorzugsweise zwischen beiden Stromzuständen bzw. Stromniveaus. Innerhalb des Strombereichs sind Schwellenwerte angeordnet. Durch die Auswertung, ob das Signal unterhalb oder oberhalb der Schwellenwerte liegt, kann das Signal rekonstruiert werden, da der Zeitpunkt des Wechsels zwischen beiden Zuständen feststellbar ist. Zudem ist die Schaltung bevorzugt derart ausgelegt, dass ein Fehler feststellbar ist, wenn erkannt wird, dass das Signal im Strombereich liegt und sich nicht verändert.
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Die Überwachungsbereiche detektieren einen Fehler, wenn sich das Signal derart nach oben oder unten (in Richtung positiverer Stromwerte oder in Richtung negativerer Stromwerte) verschiebt, dass der Signalverlauf nicht mehr durch einen Schwellenwert im Strombereich detektierbar wäre. Bevorzugt sind zwei Überwachungsbereiche vorgesehen, welche jeweils oberhalb und unterhalb des Strombereichs und dem zulässigen Impulsverlauf angeordnet sind.
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Die Vergleichsbereiche schließen die im Stand der Technik vorhandene Überwachungslücke und bieten einerseits eine Fehlererkennung bei kleineren Verschiebungen des Signalverlaufs und andererseits eine Signalrekonstruktion auch wenn eine derartige Verschiebung (= Fehler) erkannt wurde. Das Signal ist somit im Fall eines solchen Fehlers nicht mehr unbrauchbar, sondern kann rekonstruiert und als Information genutzt werden. Diese Fehlererkennung findet insbesondere dann statt, wenn eine Verarbeitung des Signals (Fehlererkennung, Rekonstruktion) durch den Sensorbereich (aufgrund der Signalverschiebung) nicht möglich ist.
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Besonders bevorzugt sind auch in den Vergleichsbereichen ein oder mehrere Schwellenwerte definiert, bei deren Überschreitung oder Unterschreitung durch den Sensorstrom ein entsprechendes Ausgangssignal ausgebbar ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Vergleichsbereiche bzw. die Schwellenwerte in den Vergleichsbereichen statisch ausgebildet und somit zeitinvariant. Sie werden also nicht dynamisch angepasst bzw. dem Signal nachgeführt. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die Auswertung einfacher auslegbar ist, da der gesamte Aufwand (z.B. Rechenaufwand) reduziert wird. Alternativ kann jedoch auch eine dynamische Anpassung vorgesehen sein.
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Alle genannten Bereiche sind so definiert, dass sie den möglichen Bereich für das Vorsehen von ein oder mehreren Schwellenwerten darstellen. Anders gesagt sind bevorzugt in allen genannten Bereichen Schwellenwerte vorgesehen, mittels welcher der Sensorstrom überwachbar ist. Die Schwellen sind im Rahmen der Erfindung als Kriterium zur Unterscheidung von Werten anzusehen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Vergleichsbereiche bzw. die Schwellenwerte in den Vergleichsbereichen in dem vordefinierten Wertebereich derart voneinander beabstandet angeordnet, dass nur durch eine vordefinierte Änderung des Sensorstroms beide Vergleichsbereiche gleichzeitig derart stimulierbar sind, dass sich die Ausgangssignale beider Vergleichsbereiche ändern. Dadurch ist es möglich, das Signal zu rekonstruieren, auch wenn dies nicht mittels des Strombereichs möglich ist. Anders gesagt ist der Strombereich gerade außerhalb seiner Spezifikation, so dass das Signal - wie im Stand der Technik - nicht ausgewertet werden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung für eine Auswertung der Sensorströme Hardware-Bauteile oder eine Software auf.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Impulsausgang auf, an welchem das Ergebnis der Kombination aus den Ausgangssignalen des Sensorbereichs und der Vergleichsbereiche ausgebbar ist. Auf diese Art ist es möglich, die Impulse des Raddrehzahlsensors weiterhin lückenlos zu erfassen, obwohl der das Steuergerät durchfließende Strom des Sensors nicht mehr in dem spezifizierten diskreten Bereich liegt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung überlappen sich der Strombereich, die Überwachungsbereiche und die Vergleichsbereiche nicht. Besonders bevorzugt sind die Vergleichsbereiche zwischen dem Strombereich und einem der Überwachungsbereiche angeordnet.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwachen eines Stroms eines Raddrehzahlsensors in einem vordefinierten Wertebereich für den Sensorstrom, wobei in dem Wertebereich ein Strombereich und mindestens ein Überwachungsbereich angeordnet sind, wobei die Überwachungsbereiche oberhalb und unterhalb des Strombereichs angeordnet sind und wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- - Bereitstellen von Wegstreckenimpulsen mittels eines Ausgangssignals des Strombereichs,
- - Feststellen eines Fehlers bei einem Überschreiten oder einem Unterschreiten des Strombereichs mittels Ausgangssignalen der Überwachungsbereiche,
wobei in dem vordefinierten Wertebereich mehrere Vergleichsbereiche angeordnet sind und folgender Schritt durchgeführt wird:
- - Feststellen eines Fehlers mittels Ausgangssignalen der Vergleichsbereiche und
- - Bereitstellen von Wegstreckenimpulsen aus den Ausgangssignalen der Vergleichsbereiche.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens sind in den Überwachungsbereichen, dem Strombereich und den Vergleichsbereichen Schwellenwerte definiert, mittels welchen die einzelnen Verfahrensschritte realisiert werden. Beispielsweise wird mittels eines Schwellenwerts im Strombereich das Bereitstellen der Wegstreckenimpulse durchgeführt. Mittels einem oder mehreren Schwellenwerten in jedem der Überwachungsbereiche wird ein Fehler festgestellt. Zudem wird mittels einem oder mehreren Schwellenwerten in den Vergleichsbereichen ein Fehler festgestellt, während gleichzeitig Wegstreckenimpulse rekonstruiert werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird folgender Schritt durchgeführt:
- - Kombiniertes Auswerten und Ausgeben der Ausgangssignale des Strombereichs und der Vergleichsstufen an einem einzigen Impulsausgang.
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Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
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Im Anschluss werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
- 1: einen Impulsverlauf eines Raddrehzahlsensors bei Übertragung an ein Steuergerät,
- 2: einen Strombereich gemäß dem Stand der Technik,
- 3: zwei Überwachungsbereiche gemäß dem Stand der Technik,
- 4: eine erste mögliche Fehlersituation,
- 5: eine zweite mögliche Fehlersituation,
- 6: zwei erfindungsgemäße Vergleichsbereiche bei einem fehlerfreien Zustand,
- 7: zwei erfindungsgemäße Vergleichsbereiche bei einem Fehler,
- 8: den Verlauf der Ausgangssignale der Vergleichsbereiche und des Strombereichs bei einer Situation gemäß 7.
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1 zeigt auf der X-Achse die Zeit und auf der Y-Achse den elektrischen Impulsverlauf (Stromverlauf I) des Sensors. Der vom Sensor übermittelte Impulsverlauf bzw. Stromverlauf 10 ist mit einer Linie dargestellt. Der gezeigte Verlauf weist dabei im Wesentlichen zwei Zustände auf, wobei zwischen den beiden Zuständen gewechselt wird und zwischen den Wechseln der Strom auf einem Plateau gehalten wird. Zum Zeitpunkt 1 findet ein Wechsel von einem niedrigen Strom a auf einen hohen Strom b statt, während zum Zeitpunkt 2 der entgegengesetzte Verlauf angezeigt ist. Die Bereiche 100 stellen die Bereiche dar, in welchen sich der Strom 10 in seinen zwei Zuständen plateauartig aufhält. Mittels des gesamten Bereichs der Y-Achse mit dem gezeigten minimalen und maximalen Strom ist ein vordefinierter Wertebereich dargestellt, in dem der Strom 10 verlaufen kann.
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2 zeigt zusätzlich zu 1 einen Strombereich 102. Der Strombereich 102 ist zwischen dem niedrigen Strom a und dem hohen Strom b angeordnet, so dass mittels einem oder mehreren Schwellenwerten in dem Strombereich 102 eine Rekonstruktion der Wegstreckenimpulse durchgeführt werden kann. Der Strombereich 102 ist eine Vergleichsstufe mit zwei diskreten Ausgangspegeln (Komparatoren) und gibt ein Ausgangssignal aus. Ist der Referenzwert bzw. Schwellenwert des Strombereichs 102 überschritten, wird ein bestimmter digitaler Wert ausgegeben, während bei Unterschreitung der negierte digitale Wert davon als Ausgangssignal erscheint. Der zeitliche Zusammenhang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömen wird als Maß für die Radumfangsgeschwindigkeit genutzt. Ebenfalls kann mittels des Strombereichs 102 ein Fehler erkannt werden, nämlich wenn der Sensorstrom 10 in dem Bereich 102 verweilt.
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3 zeigt zusätzlich zu 2 zwei Überwachungsbereiche 104, welche ebenfalls mit definierten Schwellenwerten als Vergleichsstufen mit jeweils zwei diskreten Ausgangspegeln (Komparatoren) ausgebildet sind. Diese erkennen ein Verlassen des spezifizierten Bereichs 100 und melden dies entsprechend der Steuereinheit. Von der verarbeitenden Software werden diese Situationen entsprechend bewertet und führen zu geeigneten Maßnahmen, wie z.B. Degradationen.
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4 zeigt einen möglichen auftretenden Fehler, z.B. durch Leckströme im Kabelstrang. Dabei wird ein Störstrom dem Sensorstrom überlagert, so dass der Gesamtstrom bzw. der Impulsverlauf 10 in einen der Überwachungsbereiche 104 gerät. Der statisch eingestellte Strombereich 102 kann die verschobenen Ströme nicht auswerten. Die Raddrehzahlimpulse werden somit nicht mehr erfasst und die entsprechende Information steht nicht zur Verfügung.
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5 zeigt einen Fehlerfall im Kabelstrang, bei dem der Strom 10 des Sensors nur leicht verfälscht ist. Der addierende Störstrom ist somit geringer als beim in 4 gezeigten Fehlerfall. Im Bereich 100 wird die Raddrehzahlinformation mittels des Strombereichs 102 rekonstruiert, jedoch durchläuft der dargestellte Stromfluss 10 diesen Bereich nicht mehr. Für die Auslösung einer Überstromerkennung in den Bereichen 104 ist jedoch der addierte Störstrom nicht ausreichend. Der fehlerhafte Strom ist hier somit unerkannt falsch, was zu Sicherheitsrisiken führen kann.
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6 zeigt die Erfindung. Hier sind zusätzlich zu der Darstellung in 3 zwei Vergleichsbereiche 106 gezeigt. Diese Bereiche 106 sind zwischen dem Strombereich 102 und dem oberen Überwachungsbereich 104 angeordnet. Im für das Sensorsignal interessierenden Bereich wird ein Raster aus mehreren statischen (also zeitinvarianten) Vergleichsbereichen 106 mit jeweiligen Schwellenwerten angelegt. Bei der Erstellung des Rasters spielen die erlaubten Bereiche des Sensorstroms 10 nur eine untergeordnete Rolle. Die Schwellenwerte der Vergleichsstufen liegen zum Teil in den Toleranzbändern des Stromes vom Raddrehzahlsensor. Es ist daher zufallsbedingt, welches exakte Muster sich an den Ausgängen der Vergleichsstufen bei welchem Sensorzustand einstellt.
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Stimuliert der Sensor einen Stromfluss entsprechend seiner spezifizierten diskreten Strompegel, so wird dieser Stromfluss gleichmäßig, also ohne größere Schwankungen, im jeweiligen Toleranzband erfolgen. Eine erhebliche Änderung auf einen anderen diskreten Wert wird nur ausgelöst, wenn der Sensor durch eine Anregung aktiv umschaltet. Der erzielte Stromhub richtet sich nach dem Typ des Sensors, unterschreitet einen bestimmten Wert jedoch nicht.
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7 zeigt die Auswirkungen eines derart verschobenen Stromflusses auf die zwei zusätzlichen Vergleichsbereiche 106. Die Abstände zwischen den Stromschwellen der Vergleichsbereiche 106 sind so gewählt, dass nur ein bestimmter spezifischer Stromhub, ausgelöst durch ein Umschalten des Sensors, mindestens zwei Vergleichsbereiche 106 bzw. deren Schwellwerte derart stimuliert, dass sie ihr Ausgangssignal ändern. Diese gemeinsame Änderung wird detektiert und als Impuls des Sensors an die Steuereinheit weitergereicht. Bedingt durch das Raster können mehrere solcher Impulsausgänge zur Verfügung stehen. Je nach Zuordnung zu Sensorstromwerten ergeben sich bestimmte Aussagen über den Zustand der Stromschleife des Sensors. Dabei sind die zusätzlichen Vergleichsbereiche 106 innerhalb des Rasters so anzuordnen, dass sich ihre Toleranzwerte nicht überlappen. Alternativ ist eine Überlappung möglich, wenn dies beim Design der Auswerteschaltung entsprechend berücksichtigt wird.
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8 zeigt den Verlauf der Ausgangssignale des Strombereichs 102 (untere Kurve) und der Vergleichsbereiche 106 (obere Kurve) . Die Raddrehzahlimpulse werden von dem Strombereich 102 entsprechend der Kurve aus 7 abgeleitet. Da der Strombereich 102 unterhalb der Stromkurve 10 aus 7 liegt, ist das Ausgangssignal des Strombereichs 102 ein gleichbleibender Wert. Auch aus den Vergleichsbereichen 106 werden die Sensorimpulse entsprechend der Kurve 10 aus 7 abgeleitet. Die Sensorimpulse 10 durchlaufen beide Vergleichsbereiche 106, so dass festgestellt werden kann, an welcher Stelle der Wechsel zwischen dem niedrigen Strom 1 und dem hohen Strom 2 stattfindet. Entsprechend ergibt sich das Ausgangssignal der Vergleichsbereiche 106.
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Je nach Anforderung an die Signalintegrität des Sensors werden mehrere der Impulsausgänge über eine spezielle Stufe derart zusammengefasst, dass ein einziger, kombinierter Impulsausgang entsteht. Auf diese Art wird es möglich, die Impulse des Sensors weiterhin lückenlos zu erfassen, obwohl der das Steuergerät durchfließende Strom 10 des Sensors nicht mehr in den spezifizierten diskreten Bereichen liegt.
