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Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegungsinformation, insbesondere betreffend eine Drehzahl und/oder eine Drehrichtung, eines sich drehenden Bauteils, insbesondere ein Bauteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Drehgeber mit mehreren in Umfangsrichtung um Lücken beabstandeten Zähnen.
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Erfassungsvorrichtungen für die Erfassung von Drehbewegungsinformationen, insbesondere für die Bestimmung von Drehzahlen von sich drehenden Bauteilen von Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise werden zur Drehzahlbestimmung und einer zugehörigen Drehrichtungsinformation von derartigen sich drehenden Bauteilen zwei um 90° zueinander phasenversetzte Inkrementalgeber verwendet. Von derartigen Drehgebern erzeugte Signale, insbesondere die beiden von den Sensoren erfassten Sensorsignale, können entsprechend ausgewertet werden, sodass in Abhängigkeit der einzelnen Signalflanken sowohl eine Drehzahlbestimmung als auch eine Drehrichtungsinformationen ermittelt werden kann.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, anstelle von zwei um 90° zueinander phasenversetzten Sensoren nur einen Sensor zu verwenden und die Drehbewegungsinformatiomation betreffend die Drehrichtung des Drehgebers über die Länge der Inkremente, d.h. die Länge der Zähne bzw. Lücken, zu kodieren. Mit anderen Worten ist es somit möglich, aus dem Signal des einzelnen dem Drehgeber zugeordneten Sensors zu detektieren, in welche Richtung sich der Drehgeber und somit das zugeordnete Bauteil dreht, da in Abhängigkeit der Reihenfolge der Signalflanken, insbesondere basierend auf der Länge der aufeinanderfolgenden Signalflanken, eine entsprechende Auswertung möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Erfassungsvorrichtung anzugeben, bei der insbesondere nur ein Drehgeber zur Erfassung der Drehbewegungsinformation erforderlich ist.
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Die Erfindung wird durch eine Erfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie zuvor beschrieben, betrifft die Erfindung eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegungsinformation von sich drehenden Bauteilen bzw. von einem sich drehenden Bauteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Die Drehbewegungsinformation kann dabei insbesondere der Drehzahl und eine Drehrichtung des sich drehenden Bauteils umfassen. Mit anderen Worten ist es möglich, mittels der Erfassungsvorrichtung zu erfassen, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich ein einem Bauteil zugeordneter Drehgeber dreht, um somit Rückschlüsse auf die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung des entsprechenden Bauteils ziehen zu können.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Erfassungsvorrichtung wenigstens eine Validierungseinrichtung aufweist und/oder mit wenigstens einer Validierungseinrichtung verbindbar oder verbunden ist, welche Validierungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine ermittele Drehbewegungsinformation basierend auf einem Validierungskriterium zu validieren. Die Validierungseinrichtung ist sonach grundsätzlich dazu ausgebildet, eine Drehbewegungsinformation, die mit der Erfassungsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, erfasst wurde, zu validieren, d.h. zu bestätigen oder zu widerlegen. Dazu kann ein bestimmtes Validierungskriterium definiert werden, das eine Entscheidung darüber ermöglicht, ob die ermittelte Drehbewegungsinformation realistisch, d.h. möglich und beispielsweise physikalisch sinnvoll ist. Insbesondere bei verschiedenen Fahrzuständen, bei denen eine vergleichsweise schnelle Änderung der Drehbewegungsinformation auftritt, ist es möglich, dass die Erfassungsvorrichtung Drehbewegungsinformation erfasst, die von der tatsächlich ausgeführten Drehbewegung abweichen. Beispielsweise können Veränderungen der Drehbewegung, zum Beispiel starke Beschleunigungen oder Verzögerungen oder spontane Drehrichtungsänderungen des sich drehenden Bauteils dazu führen, dass die einzelnen Sensorsignale verzerrt werden, d.h. dass bei einem Abbremsen oder Beschleunigen während eines Vorbeiführens einer ersten Zahnflanke bzw. eines ersten Zahns eine dadurch bewirkte Verzerrung des Sensorsignals entsteht und somit das Sensorsignal falsch bestimmt oder ausgewertet wird.
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Durch die Validierungseinrichtung ist es möglich, zu überprüfen, ob die erfasste Drehbewegungsinformation grundsätzlich der von dem sich drehenden Bauteil ausgeführten Bewegung entspricht oder ob eine Abweichung auftritt, die korrigiert werden muss bzw. die eine neue Erfassung der Drehbewegungsinformation erfordert. Die Validierungseinrichtung kann dabei auch als „Beobachter“ für die Validierung der Drehbewegungsinformation verstanden werden. Die Validierungseinrichtung kann Bestandteil einer Steuerungseinrichtung sein, beispielsweise als „Softwarebaustein“, oder selbst eine Steuerungseinrichtung umfassen, der entsprechende Validierungskriterien zugeführt werden können.
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Grundsätzlich können als Validierungskriterium alle für die Überprüfung der Authentizität der Drehbewegungsinformation geeignete Kriterien bzw. Parameter herangezogen werden. Insbesondere kann die Validierungseinrichtung dazu ausgebildet sein, einen Eigenparameter des sich drehenden Systems bzw. des sich drehenden Bauteils und/oder einen Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs dem die Erfassungsvorrichtung zugeordnet ist und/oder eine Eingangsgröße des Kraftfahrzeugs zur Validierung der ermittelten Drehbewegungsinformation zu verwenden.
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Als Eigenparameter des sich drehenden Systems bzw. des sich drehenden Bauteils können alle durch das Bauteil bzw. das System bedingten Parameter verstanden werden, die grundsätzlich eine Überprüfbarkeit der Drehbewegung bzw. einer physikalischen Durchführbarkeit der entsprechenden Drehbewegung erlauben. Beispielsweise können eine Trägheit bzw. eine Masse bzw. ausführbare Beschleunigungen oder andere eine physikalische Rahmenbedingung beschreibende Parameter als Eigenparameter verwendet werden. Als Fahrzustand des Kraftfahrzeugs kann unter anderem der aktuell vorliegende, der vorausgehende oder der nachfolgende Fahrzustand des Kraftfahrzeugs erfasst und zur Validierung der Drehbewegungsinformation verwendet werden. Beispielsweise kann ausgehend von einem ruhenden Kraftfahrzeug, also ausgehend von einem Stillstand, eine Erfassung der Drehbewegungsinformation durchgeführt werden und entsprechend darauf geschlossen werden, ob die Drehbewegungsinformation, die mittels der Erfassungsvorrichtung erfasst wurde, valide ist. Ebenso ist es möglich, aufeinanderfolgende Fahrzustände zu vergleichen und diese mit der Drehbewegungsinformation bzw. deren Änderung zu überprüfen. Insbesondere kann dabei eine Änderung der Drehrichtung bei einer Änderung des Fahrzustands überprüft werden.
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Ferner können Eingangsgrößen des Kraftfahrzeugs, also verschiedene Systemeingangsgrößen, beispielsweise eine Motordrehzahl, eine angeforderte Beschleunigung, die grundsätzliche Trägheit des Systems, ein angefordertes oder aktuelles Motormoment und dergleichen herangezogen werden, um zu überprüfen, ob die erfasste Drehbewegungsinformation valide ist.
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Wie zuvor beschrieben, kann die Erfassungsvorrichtung genau einen einem Drehgeber zugeordneten Sensor zur Erfassung der Drehbewegungsinformation aufweisen. Gegenüber dem Stand der Technik sind sonach nicht zwei Sensoren erforderlich, um zusätzlich zu der Drehzahl des sich drehenden Bauteils auch die Drehrichtung zu bestimmen, sondern die Erfassungsvorrichtung verwendet nur einen Sensor, der einem Drehgeber zugeordnet ist, um Drehbewegungsinformationen zu ermitteln, die sowohl die Drehrichtung als auch die Drehzahl betreffen können. Dabei kann die Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Drehbewegungsinformation basierend auf einer Anordnung und/oder Ausbildung der Zähne und/oder Lücken in Umfangsrichtung des Drehgebers ausgebildet sein.
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Mit anderen Worten ist es möglich, mittels der Erfassungsvorrichtung zu erfassen, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich ein einem Bauteil zugeordneter Drehgeber dreht, um somit Rückschlüsse auf die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung des entsprechenden Bauteils ziehen zu können. Der Drehgeber, den die Erfassungsvorrichtung umfasst, weist einen rotationssymmetrischen Grundkörper auf, beispielsweise eine Scheibe bzw. einen Zylinder, wobei an dem Grundkörper in Umfangsrichtung mehrere Zähne ausgebildet bzw. angeordnet sind, die um Lücken voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten wechselt sich an der Außenfläche des Grundkörpers ein Zahnprofil aus Zähnen und Lücken ab bzw. Zähne, die um Lücken voneinander beabstandet sind. Zwischen zwei Zähnen des Zahnprofils des Grundkörpers ist somit eine Lücke angeordnet.
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Zur Codierung der Drehrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Zähne des Drehgebers unterschiedliche Länge aufweisen und/oder dass wenigstens zwei Zahnflanken des Drehgebers ungleich ausgebildet sind. Demnach kann vorgesehen sein, die Drehbewegungsinformation, insbesondere in Bezug auf die Drehrichtung des Drehgebers, unterschiedlich zu codieren. Dabei kann die Codierung beispielsweise über eine Länge der Zähne bzw. Inkremente erfolgen, indem beispielsweise wenigstens zwei Zähne des Drehgebers unterschiedliche Länge aufweisen. Dabei können die Inkremente letztlich digital ausgebildet sein, d.h. dass die Zähne letztlich einen Außenumfang aufweisen, der auf einer definierten Radialposition in Bezug auf die Drehachse liegt, wohingegen die Lücken demgegenüber auf einem reduzierten Durchmesser angeordnet sind oder einen Außenumfang aufweisen, der auf einer definierten geringeren Radialposition, also näher an der Drehachse liegt. Die Zahnflanken können sich dabei im Wesentlichen radial, also senkrecht auf der Außenfläche des Grundkörpers erstrecken. Beispielsweise können jeweils zwei Paare von Zähnen unterschiedlicher Länge ausgebildet werden, wobei über den Umfang oder in Umfangsrichtung hinweg mehrere dieser Paare von Zähnen ausgebildet werden, sodass in Abhängigkeit davon, ob der längere oder kürzere Zahn zuerst am Sensor vorbeigeführt wird, die eine oder andere Drehrichtung des Drehgebers erfasst werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Codierung der Drehbewegungsinformation auch dadurch erreicht werden, dass wenigstens zwei Zahnflanken des Drehgebers ungleich, insbesondere geometrisch ungleich, ausgebildet sind. Dabei können die verschiedenen Zahnflanken unterschiedliche Steigungen oder unterschiedliche Formgebung aufweisen, sodass in Abhängigkeit des dadurch erzeugten Sensorsignals erfasst werden kann, in welche Richtung sich der Drehgeber aktuell dreht. Selbstverständlich kann die Länge der Zähne auch mit den unterschiedlich ausgebildeten Zahnflanken kombiniert werden.
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Als Zahnflanke kann im Rahmen dieser Anmeldung ein Übergang an der Außenfläche des Drehgebers verstanden werden, in welchem ein Zahn in eine Lücke übergeht und umgekehrt. Mit anderen Worten betrifft die Zahnflanke beispielsweise den Übergang aus einer Lücke, also einem Bereich des Drehgebers mit kleinerem Durchmesser, zu einem Zahn, also einem Bereich des Drehgebers mit größerem Durchmesser. Dabei ist die Geometrie der Zahnflanken letztlich beliebig wählbar, solange wenigstens zwei Zahnflanken des Drehgebers geometrisch ungleich ausgebildet sind. Zwei Zahnflanken sind beispielsweise geometrisch ungleich ausgebildet, wenn sich diese in einem Abschnitt in ihrem Querschnitt voneinander unterscheiden, das bedeutet wenn deren Steigung bzw. Formgebung sich in wenigstens einem Abschnitt unterscheidet. Ungleiche Zahnflanken führen somit zu unsymmetrischen Zähnen. Die Umkehr bzw. Spiegelung einer Zahnflanke wird im Rahmen dieser Anmeldung nicht als „geometrisch ungleich“ verstanden.
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Somit ist es möglich, zu identifizieren, welche der Zahnflanken als erstes mittels des Sensors detektiert wird, um neben einer Drehzahl auch eine Drehrichtungsinformationen erfassen zu können. Da die wenigstens zwei Zahnflanken des Drehgebers geometrisch ungleich ausgebildet sind, erzeugen diese in dem zugeordneten Sensor, der im Bereich des Drehgebers angeordnet ist, ein entsprechendes Signal, das eine Auswertung ermöglicht, sodass die Drehbewegungsinformation erfasst oder ermittelt werden kann. Mit anderen Worten kann auf die Form bzw. die Geometrie der Zahnflanken eine Drehrichtungsinformation aufgeprägt werden, da in Abhängigkeit der Form der Zahnflanken, also der individuell detektierten Zahnflanke, ein definiertes Sensorsignal erfasst werden kann. Insbesondere können durch die spezielle Formgebung der Zahnflanken verschiedene Frequenzen in dem Sensorsignal erzeugt werden bzw. wird die erfasste Signalflanke in Abhängigkeit der Geometrie der Zahnflanken ansteigen bzw. abfallen.
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Insbesondere kann dadurch entsprechend der gewählten Geometrie der Zahnflanken ein gegenüber gleichförmigen Zähnen verzerrtes bzw. verzogenes Spannungssignal durch den Sensor erzeugt werden, das für die jeweilige Zahnflanken bzw. Zahnflankenkombinationen charakteristisch ist und somit eine Möglichkeit schafft, zu erkennen, welche der Zahnflanken zuerst oder in welcher Reihenfolge Zahnflanken an dem Sensor vorbeigeführt werden. Somit ist es möglich, ohne eine Veränderung der Länge der einzelnen Zähne bzw. Inkremente bzw. Lücken, eine Kodierung der Drehrichtungsinformation an dem Drehgeber vorzunehmen. Dabei ist es möglich, mit genau einem Drehgeber pro sich drehendem Bauteil die Drehbewegungsinformation zu erfassen, die insbesondere die Drehzahl und die Drehrichtung des sich drehenden Bauteils beschreibt.
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Wie bei herkömmlichen Drehgebern kann durch das Vorbeiführen der Inkremente bzw. der Zähne an einem entsprechenden Sensor ein Spannungssignal induktiv erzeugt werden, beispielsweise durch Induktion an einer Spule, wobei das Sensorsignal in Abhängigkeit des Abstands bzw. der Nähe der Außenfläche des Drehgebers zu der Spule erzeugt wird. Dadurch ist das Sensorsignal direkt abhängig davon, ob ein Zahn oder eine Lücke an dem Sensor vorbeigeführt wird bzw. beeinflusst der Verlauf der Zahnflanken, also wie die einzelnen Zahnflanken ansteigen und abfallen ebenso das Sensorsignal. Durch die Überwachung eines magnetischen Flusses über die Zeit und dessen Änderung ergibt sich somit eine Spannung aus der basierend auf der bekannten Geometrie der Zahnflanken abgeleitet werden kann, in welche Drehrichtung sich der Drehgeber bewegt. Da das Sensorsignal letztlich von dem Abstand zwischen dem Sensor und der Außenfläche des Drehgebers abhängt werden durch verschieden geformte Zahnflanken auch verschiedene Signale erzeugt. Dadurch kann anhand des Signals identifiziert werden, welche Zahnflanke den Sensor passiert.
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Beispielsweise können zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Flanken desselben Zahns ungleich ausgebildet sein. Grundsätzlich weist ein Zahn zwei Zahnflanken auf, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Somit folgt auf jede Lücke in Umfangsrichtung eine Zahnflanke eines Zahns, die bis zum maximalen Außenumfang des Zahns ansteigt, wonach sich wiederum eine Zahnflanke in Umfangsrichtung anschließt, die den Außenumfang des Zahns mit der in Umfangsrichtung folgenden Zahnlücke verbindet. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, die beiden Zahnflanken, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegen und demselben Zahn zugeordnet sind, also den Zahn letztlich mit den ihn in Umfangsrichtung umgebenden Lücken verbinden, ungleichförmig auszubilden, d.h. insbesondere in ihrer Geometrie zu verändern. Dabei können beispielsweise verschiedene Steigungen und/oder verschiedene Formen der Zahnflanken gewählt werden, sodass bei Vorbeiführen der Zahnflanken an dem Sensor unterschiedliche Spannungssignale erzeugt werden und somit eine Möglichkeit geschaffen wird, zu erfassen, welche der beiden Zahnflanken zuerst detektiert wird und somit in welche Richtung sich der Drehgeber dreht.
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Dabei können die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Zahnflanken aller Zähne ungleich ausgebildet sein. Zum einen ist es dabei möglich, die Zähne grundsätzlich gleichförmig auszubilden, wobei jeder der Zähne zwei unterschiedliche Zahnflanken aufweist, die den Zahn mit den in Umfangsrichtung benachbarten Lücken verbindet. Grundsätzlich ist das Zahnprofil der Zähne und Lücken über den Drehgeber hinweg gleichförmig, d.h. dass sich das Zahnprofil periodisch in Umfangsrichtung fortsetzen kann. Dabei können die einzelnen Zähne jedoch unterschiedliche Zahnflanken aufweisen, sodass die Zahnflanke in einer ersten Umfangsrichtung nicht der Zahnflanke in einer zweiten Umfangsrichtung entspricht.
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Der Drehgeber kann des Weiteren Zähne mit identischen Zahnflanken aufweisen oder wenigstens zwei, insbesondere in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnete, Gruppen von Zähnen mit identischen Zahnflanken aufweisen, wobei sich wenigstens zwei Zahnflanken von Zähnen unterschiedlicher Gruppen unterscheiden. Gemäß dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass alle Zähne des Drehgebers identische Zahnflanken aufweisen, d.h., dass von jedem Zahn die der entsprechenden Richtung zugewandte Zahnflanke identisch mit allen anderen in diese Richtung weisenden Zahnflanken der übrigen Zähne des Drehgebers ausgebildet sind, die Zähne somit untereinander gleich ausgebildet sind. Alternativ ist es ebenso möglich, dass der Drehgeber an seinem Außenumfang mehrere Gruppen von Zähnen aufweist, wobei die einzelnen Gruppen untereinander identische Zahnflanken aufweisen, jedoch zwei Zähne unterschiedlicher Gruppen unterschiedliche Zahnflanken aufweisen.
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Die beiden Gruppen können beispielsweise abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sein, sodass auf einen Zahn einer ersten Gruppe ein Zahn einer zweiten Gruppe folgt, wobei die Zahnflanken der Zähne der beiden unterschiedlichen Gruppen unterschiedlich ausgebildet sind. Somit ist es möglich, zu unterscheiden, in welcher Drehrichtung und mit welcher Geschwindigkeit der Drehgeber gedreht wird bzw. die Zähne an dem Sensor vorbeigeführt werden.
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Die beiden unterschiedlichen Zahnflanken eines Zahns können beispielsweise unterschiedliche Steigung aufweisen, beispielsweise kann der Zahn sägezahnförmig ausgebildet sein. Somit ist es im Speziellen möglich, dass eine erste Zahnflanke deutlich steiler also mit deutlich höherer Steigung ausgeführt ist, als die zweite Zahnflanke desselben Zahns. Beispielsweise kann ein Sägezahnprofil ausgebildet werden, bei dem an einer ersten Seite ein sprunghafter Anstieg des Zahns gegenüber einem Lückendurchmesser erfolgt und auf der anderen Seite des Zahns in Umfangsrichtung ein vergleichsweise flacher, beispielsweise gleichförmiger oder ungleichförmiger Abfall auf den Durchmesser der darauf folgenden Lücke vorliegt. Das Sägezahnprofil ist selbstverständlich nur ein Beispiel, wobei die Ausführung von Zahnflanken eines Zahns mit unterschiedlicher Steigung nicht auf ein Sägezahnprofil beschränkt ist, sondern jedwedes Profil verwendet werden kann, bei dem die erste Zahnflanke eine gegenüber der zweiten Zahnflanke desselben Zahns unterschiedliche Steigung aufweist.
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Selbstverständlich können die einzelnen Zahnflanken des Zahns bzw. des Drehgebers mehrere Abschnitte mit verschiedenen Steigungen aufweisen, sodass jede Zahnflanke unterschiedliche Abschnitte aufweisen kann, die untereinander unterschiedliche Steigung aufweisen. Beispielsweise können zwei aufeinanderfolgende Zahnflanken in Umfangsrichtung sinusförmig ausgebildet sein, insbesondere mit unterschiedlicher Frequenz. Somit kann in Umfangsrichtung eine erste Gruppe von Zahnflanken durch eine erste Sinusfunktion und eine zweite Gruppe von Zahnflanken durch eine zweite Sinusfunktion beschrieben werden. Insbesondere können sich dabei die beiden Sinusfunktionen in ihrer Frequenz unterscheiden.
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Beispielsweise weisen dabei alle Zähne eine erste Zahnflanke auf, die in eine erste Umfangsrichtung gerichtet ist, wobei die erste Zahnflanke basierend auf einer ersten Sinusfunktion definiert und ausgebildet ist. Entsprechend weisen alle Zähne des Drehgebers gemäß dieser Ausgestaltung in einer zweiten Umfangsrichtung zweite Zahnflanken auf, die basierend auf einer zweiten Sinusfunktion definiert und ausgebildet sind, wobei sich die erste Sinusfunktion und zweite Sinusfunktion in ihren Frequenzen unterscheiden können. Durch das Vorbeiführen des Zahnprofils an dem Sensor wird ein entsprechendes Spannungssignal erzeugt, wobei in Abhängigkeit der Signalflanken eine Aussage darüber getroffen werden kann, in welche Richtung sich der Drehgeber dreht. Durch den Abstand der aufeinanderfolgenden Maxima bzw. Minima der Signalflanken kann ferner die Drehgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl ermittelt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung. Selbstverständlich sind sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung beschrieben wurden, vollständig auf den erfindungsgemäßen Antriebsstrang übertragbar. Selbstverständlich können die Erfassungsvorrichtung und der Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug verbaut bzw. eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung;
- 2 ein erfindungsgemäßer Drehgeber für eine Erfassungsvorrichtung gemäß 1; und
- 3 ein Diagramm eines beispielhaften Sensorsignals.
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1 zeigt eine Erfassungsvorrichtung 1 zur Erfassung von Drehbewegungsinformationen, zum Beispiel die Drehzahl und die Drehrichtung eines Bauteils eines Antriebsstrangs (nicht dargestellt) betreffend. Die Erfassungsvorrichtung 1 weist einen Drehgeber 2 auf, der im Ausschnitt dargestellt ist. Der Drehgeber 2 weist einen Grundkörper 3 auf, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist, beispielsweise als Scheibe oder Zylinder. Der Drehgeber 3 ist dabei um eine Achse 4 drehbar, wie durch einen Pfeil 5 angedeutet ist. Der Drehgeber 2 ist entsprechend mit dem sich drehenden Bauteil des Antriebsstrangs gekoppelt, sodass durch die Drehbewegung, die das Bauteil ausführt, der Drehgeber 2 in Drehung versetzt wird und somit durch die Erfassungsvorrichtung 1 auf die Drehbewegung des Bauteils rückgeschlossen werden kann.
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Am Außenumfang des Grundkörpers 3 weist der Drehgeber 2 ein Zahnprofil 6 auf, das in Umfangsrichtung des Drehgebers 2 mehrere Zähne 7 und Lücken 8 aufweist. Ersichtlich ist jeder Zahn 7 von zwei Lücken 8 in Umfangsrichtung umgeben und jede Lücke 8 wird in Umfangsrichtung durch zwei Zähne 7 begrenzt. Die Zähne 7 des Drehgebers 2 weisen in diesem Ausführungsbeispielsweisen jeweils eine erste Zahnflanke 9 und eine zweite Zahnflanke 10 auf, die letztlich die Lücken 8 mit den Zähnen 7 verbinden, also den minimalen Durchmesser des Grundkörpers 3 des Drehgebers 2 im Bereich einer Lücke 8 mit dem maximalen Durchmesser des Grundkörpers 3 des Drehgebers 2 im Bereich eines Zahns 7 verbinden.
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Die Zahnflanken 9, 10 jedes Zahns 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel geometrisch ungleich ausgebildet, d.h., dass sich diese in der querschnittlichen Darstellung, die in 1 dargestellt ist, voneinander unterscheiden. In diesem Ausführungsbeispiel sind Zahnflanken 9, 10 unterschiedlicher Steigung gewählt, sodass in diesem Beispiel die Zahnflanken 9 flacher ansteigen als die vergleichsweise steileren Zahnflanken 10. Selbstverständlich ist die Ausführungsform lediglich beispielhaft, sodass auch andere Geometrien bzw. Steigungen oder Anordnungen der Zähne 7 und Zahnflanken 9, 10 bzw. Lücken 8 möglich sind. Die Erfassungsvorrichtung 1 weist des Weiteren einen Sensor 11 auf, der beispielsweise eine Spule umfasst. Durch das Vorbeiführen des Zahnprofils 6 an dem Sensor 11 wird eine Spannung in dem Sensor 11 induziert, die mittels einer Steuerungseinrichtung 12 ausgewertet werden kann. Mit anderen Worten erzeugt der Sensor 11 ein Sensorsignal, das sich in Abhängigkeit der Drehbewegung des Drehgebers 2 verändert und somit basierend auf der Auswertung der Steuerungseinrichtung 12 die Drehbewegungsinformation ermittelt werden kann.
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Insbesondere ist es dabei möglich, zu ermitteln, mit welcher Drehzahl, also mit welcher Drehgeschwindigkeit, und in welche Drehrichtung der Drehgeber 2 um die Achse 4 gedreht wird. Dazu kann die Form der Signalflanken des Sensorsignals bestimmt werden, die sich korrespondierend zu dem Verlauf der Zahnflanken 9, 10 ergeben. Mit anderen Worten kann somit ermittelt werden, ob zuerst eine Zahnflanke 10 und anschließend die Zahnflanke 9 oder zuerst die Zahnflanke 9 und anschließend die Zahnflanke 10 eines Zahns 7 an dem Sensor 11 vorbeigeführt wird. Somit kann die Drehrichtung des Drehgebers 2 und somit des mit dem Drehgeber 2 gekoppelten Bauteils des Antriebsstrangs bestimmt werden. In Abhängigkeit der Abstände der Maxima und Minima der aufeinanderfolgenden Zähne 7 und Lücken 8, die an dem Sensor 11 vorbeigeführt werden, kann ferner die Drehzahl der von dem Drehgeber 2 ausgeführten Drehbewegung bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise ist es daher möglich, mit nur einem einzigen Sensor 11 sowohl die Drehzahl als auch die Drehrichtung des Drehgebers 2 verlässlich zu bestimmen, sodass auf das Bereitstellen eines zweiten Sensors verzichtet werden kann.
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2 zeigt ein Zahnprofil 6 eines Drehgebers 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels. In dem in 2 dargestellten Ausschnitt sind drei Zähne 7 dargestellt, die entsprechend durch Lücken 8 voneinander beabstandet sind. Jeder Zahn 7 weist eine erste Zahnflanke 9 und eine zweite Zahnflanke 10 auf, die geometrisch unterschiedlich ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zahnflanken 9, 10 durch jeweils eine Sinusfunktion definiert, wobei die Zahnflanken 9 durch dieselbe Sinusfunktion und die Zahnflanken 10 durch eine andere Sinusfunktion definiert sind. Die beiden Sinusfunktionen unterscheiden sich beispielsweise in der Frequenz.
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Entsprechend erzeugt jeder Zahn 7 bei einer Drehbewegung in einer ersten Drehrichtung ein charakteristisches erstes Sensorsignal in dem Sensor 11 und bei einer Drehbewegung in der zweiten Drehrichtung ein charakteristisches zweite Sensorsignal, das sich von dem ersten Sensorsignal in dem Sensor 11 unterscheidet. In Abhängigkeit der Steigung bzw. der Form der Zahnflanken 9, 10 induzieren diese einen unterschiedlichen Spannungsverlauf in dem Sensor 11, sodass mittels der Steuerungseinrichtung 12 ermittelt werden kann, ob zuerst die Zahnflanke 9 oder zuerst die Zahnflanke 10 jedes Zahns 7 den Sensor 11 passiert.
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Die Erfassungsvorrichtung 1 (vgl. 1) weist ferner eine Validierungseinrichtung 16 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel mit der Steuerungseinrichtung 12 verbunden, beispielsweise in die Steuerungseinrichtung 12 integriert ist. Die Validierungseinrichtung 16 ist dazu ausgebildet, eine Drehbewegungsinformation, die mittels der Erfassungsvorrichtung 1 ermittelt wurde, basierend auf Validierungskriterien zu validieren. Beispielsweise kann der Validierungseinrichtung 16 dazu ein Eigenparameter des Antriebsstrangs bzw. des sich drehenden Bauteils oder des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Insbesondere können dabei Antriebsparameter, beispielsweise aktuelle oder angeforderte Leistungen oder Drehmomente des Antriebs, physikalische Gegebenheiten des Antriebsstrangs oder des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Massen, Trägheiten, Beschleunigungen und dergleichen der Validierungseinrichtung 16 zugeführt werden.
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Daneben ist es ebenso möglich, aktuelle, vorausgehende oder nachfolgende Fahrzustände des Kraftfahrzeugs an die Validierungseinrichtung 16 zu senden, sodass diese basierend auf den entsprechenden Parametern eine Validierung der ermittelten Drehbewegungsinformation vornehmen kann. Dabei können insbesondere Eingangsgrößen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise angeforderte Motormomente, Pedalstellungen und dergleichen verwendet werden, um die Drehbewegungsinformation zu validieren.
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Ein beispielhaftes Diagramm des Sensorsignals ist in 3 dargestellt. Dabei ist eine erste Kurve 13, eine zweite Kurve 14 und eine dritte Kurve 15 abgebildet, die verschiedenen Drehbewegungen bzw. verschiedenen Zahnprofile 6 zugeordnet sind. Beispielsweise ist mit dem Bezugszeichen 15 eine Kurve bezeichnet, bei der ein Zahnprofil 6 mit gleichförmigen Zahnflanken 9, 10 verwendet wird. Ersichtlich sind die Signalflanken des Signals ebenfalls gleichförmig ausgebildet, sodass keine Aussage darüber getroffen werden kann, in welche Richtung der Drehgeber 2 bewegt wird.
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Demgegenüber wird das im Wesentlichen sinusförmige Signal in der ersten Kurve 13 und der zweiten Kurve 14, die beispielsweise einen Linkslauf und einen Rechtslauf des Drehgebers 2 oder umgekehrt darstellen, verzerrt, sodass eine Bestimmung der Drehrichtung möglich ist. Beispielsweise bezeichnet die erste Kurve 13, die ein Sensorsignal des Sensors 11 darstellt, eine Bewegung des Zahnprofils 6 aus 2 in einer ersten Drehrichtung. Ersichtlich wird dabei eine erste Zahnflanke, beispielsweise eine Zahnflanke 9 jedes Zahns 7 zuerst am Sensor 11 vorbeigeführt, sodass ein steiler Anstieg des Sensorsignals, beispielsweise der Spannung, erfolgt. Darauf folgt ein vergleichsweise flacher Abfall des Sensorsignals, beispielsweise der Spannung, da die Zahnflanke 10 entsprechend flacher ausgebildet ist, sich also die Frequenz des im Wesentlichen sinusförmigen Signals von der Geometrie der ersten Zahnflanken 9 unterscheidet.
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Wird der Drehgeber 2 in die umgekehrte Richtung gedreht, wird mittels des Sensors 11 bzw. der Steuerungseinrichtung 12 die zweite Kurve 14 erfasst, wobei ersichtlich die erste Kurve 13 von der zweiten Kurve 14 unterschieden werden kann, insbesondere in Bezug auf die Steigung der Signalflanken, die sich letztlich aus der Drehbewegung der Zahnflanken 9, 10 relativ zu dem Sensor 11, also einer entsprechenden Drehung des Drehgebers 2 um die Achse 4 ergeben. Ferner kann aus den Kurven 13, 14 die Drehzahl ermittelt werden, beispielsweise aus dem Abstand der Maxima bzw. Minima zu einander.
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Selbstverständlich sind alle Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, der in den einzelnen Fig. gezeigten Ausführungsbeispiele beliebig austauschbar, übertragbar und miteinander kombinierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erfassungsvorrichtung
- 2
- Drehgeber
- 3
- Grundkörper
- 4
- Achse
- 5
- Pfeil
- 6
- Zahnprofil
- 7
- Zahn
- 8
- Lücke
- 9, 10
- Zahnflanke
- 11
- Sensor
- 12
- Steuerungseinrichtung
- 13-15
- Kurve
- 16
- Validierungseinrichtung
