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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung für einen passiven Drehzahlsensor (Drehzahlfühler), ein Verfahren zum Überwachen und Auslesen des passiven Drehzahlsensors und insbesondere auf eine Eingangsschaltung für passive Drehzahlsensoren.
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Passive Drehzahlsensoren werden in Fahrzeugen eingesetzt, um beispielsweise für ein Antiblockiersystem (ABS) oder für andere Steuer- und Regelsysteme von Fahrzeugen eine Drehzahlüberwachung von Rädern durchzuführen, um gezielt Eingriffe zu ermöglichen, falls eine Radgeschwindigkeit nicht einem Sollwert entspricht. Bei dem Rad kann es sich um beliebige Räder handeln wie beispielsweise ein Magnetrad, welches an ein gebremstes Rad oder ein Zahnrad (z.B. im Getriebe) koppelt. Solche Drehzahlsensoren sind erheblichen Umwelteinflüssen ausgesetzt und müssen eine hohe Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb aufweisen. Störungen umfassen beispielsweise Kurzschlüsse zur Versorgungsspannung (z.B. Batteriespannung) oder zur Masse oder ein fehlender Anschluss oder ein falscher Einbau. Die gewünschte hohe Betriebssicherheit kann aber nur sichergestellt werden, wenn Beschädigungen des Drehzahlsensors rechtzeitig erkannt werden.
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Dafür kommen spezifische Eingangsschaltungen zum Einsatz, die einerseits das Sensorsignal des Drehzahlsensors zuverlässig erfassen und andererseits zum Feststellen von Fehlern Tests für den Drehzahlsensor erlauben.
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Konventionelle Eingangsschaltungen bieten aber noch nicht das gewünschte Niveau an Zuverlässigkeit, da die mitunter komplexen integrierten Schaltungen viele Quellen von Störungen bieten. Über längere Zeiträume (zum Beispiel mehr als 15 Jahre) sind sie daher häufig nicht störungsfrei einsetzbar. Im Übrigen sind sie aufgrund der Komplexität häufig nicht kostengünstig produzierbar.
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Daher besteht ein Bedarf nach Eingangsschaltungen oder allgemein an Auswerteschaltungen für passive Drehzahlsensoren, die eine zuverlässige Überwachung und Arbeitsweise während eines langfristigen Betriebes sicherstellen.
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Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch die Auswertschaltung nach Anspruch 1 und einem Verfahren zum Betreiben der Auswerteschaltung nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des unabhängigen Anspruchs.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung für einen passiven Drehzahlsensor eines Fahrzeuges (z.B. Nutzfahrzeug), wobei der passive Drehzahlsensor ausgebildet ist, um eine Drehzahl eines Rades zu erfassen und darauf basierend ein Sensorsignal zu erzeugen. Die Auswerteschaltung umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss zum elektrischen Anschluss des Drehzahlsensors, einen Vergleicher, einen Operationsverstärker, einen ersten Signalausgang und einen zweiten Signalausgang. Der Vergleicher ist ausgebildet, um das Sensorsignal mit einer Referenzspannung zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich ein pulsierendes Ausgangssignal zu erzeugen. Der Operationsverstärker ist als Pufferschaltung konfiguriert und hält die Referenzspannung auf einem vorbestimmten Niveau. Der erste Signalausgang und der zweite Signalausgang sind jeweils mit einem Ausgang des Vergleichers verbunden, um das pulsierende Ausgangssignal zur Ermittlung der Drehzahl des Rades redundant bereitzustellen. Außerdem ist der Vergleicher mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden.
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Optional umfasst der Vergleicher einen weiteren Operationsverstärker mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang, wobei der erste Anschluss und zweite Anschluss an jeweils einem der Eingänge koppelt, sodass der weitere Operationsverstärker effektiv ein Differenzsignal von einem Eingang/Ausgang des passiven Drehzahlsensors analysiert. Gleichzeitig wird die Referenzspannung an einem der Eingänge des weiteren Operationsverstärkers angelegt, sodass dort ein vorbestimmtes Spannungsniveau anliegt.
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Optional umfasst die Auswerteschaltung weiter einen Spannungsbegrenzer, der ausgebildet ist, um die Eingangsspannungen des Operationsverstärker zu begrenzen.
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Optional ist der Operationsverstärker als Spannungsfolger ausgebildet. Insbesondere ist der Operationsverstärker ausgebildet, um eine Spannung niederohmig dem Vergleicher zur Verfügung zu stellen. Die Spannung kann beispielsweise niederohmig von einem nicht-invertierten Eingang des Operationsverstärkers an einen invertierten Eingang des Vergleichers zur Verfügung gestellt werden (ein optionaler Widerstand kann dazwischengeschaltet sein). Diese Spannung dient auch als Referenzspannung für eine Mitkopplung (positive Rückkopplung) eines Ausgangssignals des Vergleichers.
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Optional umfasst der Operationsverstärker einen Sensorsignaleingang, einen Referenzsignaleingang und einen Ausgang. Der Sensorsignaleingang ist mit dem Ausgang verbunden. Der Spannungsbegrenzer kann zwei gegenpolig geschaltete Dioden aufweisen und ein Stromknoten zwischen den gegenpolig geschalteten Dioden kann mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden sein, um eine Eingangsspannung des Vergleichers sicher auf dessen Eingangsspannungsbereich (oder Funktionsspannungsbereich) zu begrenzen.
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Optional umfasst die Auswerteschaltung zumindest einen der folgenden Eingänge und Ausgänge:
- - einen Testsignaleingang zur Einspeisung eines Testsignals, wobei der Testsignaleingang mit dem ersten Anschluss und/oder mit dem zweiten Anschluss verbunden ist,
- - einen ersten Statussignalausgang, der mit dem ersten Anschluss verbunden ist,
- - einen zweiten Statussignalausgang, der mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
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Optional umfasst die Auswerteschaltung eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um Signale von einem oder mehreren der folgenden Anschlüsse zu empfangen:
- - dem ersten Signalausgang,
- - dem zweiten Signalausgang,
- - dem ersten Statussignalausgang,
- - dem zweiten Statussignalausgang,
- - dem Testsignaleingang.
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Optional ist die Steuereinheit ausgebildet, um basierend auf den empfangenen Signalen den passiven Drehzahlsensor zu überwachen. Die Steuereinheit kann optional auch basierend auf dem pulsierenden Ausgangssignal am ersten Signalausgang und/oder am zweiten Signalausgang die Drehzahl des Rades zu ermitteln. Die Drehzahlerfassung kann aber auch durch eine andere Einheit (z.B. einem Steuergerät im Fahrzeug) erfolgen.
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Optional umfasst ist die Steuereinheit weiter ausgebildet, um zumindest einen der folgenden Fehler zu detektieren:
- - einen Kurzschluss des ersten Anschlusses zur Masse,
- - einen Kurzschluss des zweiten Anschlusses zur Masse,
- - einen Kurzschluss des ersten Anschlusses zu einer Versorgungsspannungsspannung,
- - einen Kurzschluss des zweiten Anschlusses zu einer Versorgungsspannungsspannung,
- - einen Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss,
- - ein Übersprechen zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss oder eine Übersprechen zwischen einer externen Signalleitung auf den ersten Anschluss oder auf den zweiten Anschluss,
- - eine offene elektrische Verbindung an dem ersten Anschluss oder an dem zweiten Anschluss (z.B. ein fehlender oder falsch angeschlossenen Drehzahlsensor).
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Das Detektieren des Fehlers kann basierend auf Signalen an zumindest einem der folgenden Ausgänge erfolgen:
- - an dem ersten Statussignalausgang,
- - an dem zweiten Statussignalausgang,
- - an dem ersten Signalausgang,
- - an dem zweiten Signalausgang.
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Dabei können insbesondere auch Differenzsignale erfasst werden.
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Optional ist der erste Anschluss oder der zweite Anschluss mit einem Versorgungsanschluss verbunden (z.B. indirekt über zumindest einen Widerstand), sodass bei einem fehlerfreien Zustand auch bei einem Stillstand des Rades eine Spannung an dem ersten Anschluss und/oder dem zweiten Anschluss anliegt bzw. zwischen beiden Anschlüssen abfällt.
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Optional ist die Steuereinheit ausgebildet, um den Fehler durch eine Messung der Spannung an dem ersten Anschluss oder an dem zweiten Anschluss unter Nutzung des ersten Statussignalausganges oder des zweiten Statussignalausganges zu detektieren. Die Steuereinheit kann hierzu an dem Testsignaleingang ein Testsignal eingeben oder auch kein Testsignal eingeben bzw. den Testsignaleingang auf ein vorbestimmtes Potentialniveaus (z.B. Masse) setzen. Damit kann noch vor einem Fahrtantritt, d.h. bei einem Stillstand oder in einem niedrigen Frequenzbereich, einer der oben genannten Fehler festgestellt werden. Insbesondere kann die Steuereinheit auch das Differenzsignal zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss (d.h. der Spannungsabfall) erfassen, um einen der oben genannten Fehler festzustellen.
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Optional umfasst die Auswerteschaltung an zumindest einem der folgenden Ausgänge bzw. Anschlüsse einen Tiefpassfilter:
- - an dem ersten Signalausgang,
- - an dem zweiten Signalausgang,
- - an dem ersten Statussignalausgang,
- - an dem zweiten Statussignalausgang,
- - zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss.
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Damit wird es möglich an Statussignalausgängen einen Gleichspannungsanteil in hoher Sensitivität zu detektieren. Diese Gleichspannungsanteile erlauben die Feststellung von Kurzschlüssen bzw. einer Verpolung oder eines fehlerhaften Anschlusses des Drehzahlsensors. Darüber hinaus filtern die Tiefpassfilter mögliche Störsignale aus (z.B. von Solenoid-Ventilen einer Bremse), die ansonsten zu Fehlern bei der Drehzahlerfassung führen können.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Antiblockiersystem, ABS, für ein (Nutz-) Fahrzeug mit zumindest einem passiven Drehzahlsensor und zumindest einer zuvor beschriebenen Auswerteschaltung. Im Allgemeinen wird für jedes (gebremstes) Fahrzeugrad zumindest ein Drehzahlsensor ausgebildet sein (können aber auch mehrere sein). Die Auswerteschaltung kann beispielsweise in einem ABS Steuergerät integriert sein, sie kann aber auch separat ausgebildet sein.
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Das Fahrzeug muss kein Nutzfahrzeug sein. Ausführungsbeispiele sind für beliebige Fahrzeuge oder andere Einsatzgebieten von Drehzahlsensoren anwendbar und sollen diese auch umfassen.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zum Überwachen und Auslesen eines passiven Drehzahlsensors, wobei das Verfahren ein Auswerten von Signalen des passiven Drehzahlsensors eines Fahrzeugs unter Verwendung einer zuvor beschriebenen Auswerteschaltung durchführt.
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Optional umfasst das Verfahren ein Feststellen eines Kurzschlusses und/oder eines fehlerhaften Kontaktes und/oder eines Übersprechens. Dazu kann zumindest einen der folgenden Schritte ausgeführt werden:
- - Eingabe eines Testsignals auf dem Testsignaleingang,
- - Analyse eines Signalstatus auf dem ersten Statussignalausgang,
- - Analyse eines Signalstatus auf dem zweiten Statussignalausgang,
- - Analyse eines Signals auf dem ersten Signalausgang und/oder auf dem zweiten Signalausgang oder eines Differenzsignals zwischen dem ersten Signalausgang und auf dem zweiten Signalausgang.
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Als fehlerhafter Kontakt soll insbesondere auch ein offener Kontakt und somit auch das Fehlen des Drehzahlsensors umfasst sein.
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Es versteht sich, dass alle zuvor beschriebenen Funktionen der Auswerteschaltung als weitere optionale Verfahrensschritte ausgebildet sein können. Außerdem versteht es sich, dass die Reihenfolge der Nennung Schritten nicht eine Reihenfolge der Ausführung der Verfahrensschritte einschränkt. Die Schritte können auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden bzw. es wird nur ein Teil der Verfahrensschritte ausgeführt.
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Ausführungsbeispiele überwinden Probleme von konventionellen Auswerteschaltungen. So kommen bei konventionellen Auswerteschaltungen für passive Drehzahlsensoren diskrete und integrierte Eingangsschaltungen zur Anwendung, die verschiedene Probleme mit einer Signalaufbereitung haben. Außerdem zeigen konventionelle Auswerteschaltungen nicht die Möglichkeit, Ausgangssignale basierend auf gezielten Testsignalen zur Verfügung zu stellen. Ausführungsbeispiele überwinden diese Probleme und stellen eine kostengünstige, testbare Eingangsschaltung für einen passiven Drehzahlsensor zur Verfügung.
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Insbesondere wird die Auswerteschaltung als Eingangsschaltung genutzt und es kommen (nur) diskrete Bauelemente zum Einsatz, die sehr zuverlässig arbeiten und in einem sehr weiten Bereich den Anforderungen angepasst werden können. Weitere Vorteile von Ausführungsbeispielen liegen darin, dass nur wenige Probleme mit der Befestigung der Drehzahlsensoren im Fahrzeug bestehen, und zwar durch eine Reduzierung von hochfrequenten Signalanteilen, die durch schlechte Drehzahlfühlerhalterungen entstehen können. Ausführungsbeispiele ermöglichen außerdem (analoge) Filterungen von analogen Rückmeldungen bis zu sehr niedrigen Frequenzbereichen, was zu einer Einsparung an Rechnerressourcen bei der digitalen Filterung der Signale führt. Ansonsten müssten diese Signale aufwendig digital gefiltert werden, was Rechnerressourcen kosten würde. Ausführungsbeispiele erlauben weiterhin eine Rückmeldung der Sensoramplitude. Es sind keine Spezialbauelemente notwendig und verschiedenste Tests können ohne großen Aufwand durchgeführt werden.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden mit der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
- 1 zeigt eine Auswerteschaltung für einen passiven Drehzahlsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Auswerteschaltung mit weiteren Details.
- 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine mögliche Verschaltung der Auswerteschaltung.
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Wenn im Folgenden ein Element als mit einem anderen Element als „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, kann es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende weitere Elemente vorhanden sein. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „benachbart“ im Gegensatz zu „direkt angrenzend“ usw.).
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Die hier verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung illustrativer Ausführungsbeispiele und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Die hier verwendeten Singularformen schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfassen“ bzw. „aufweisen“, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten bezeichnen, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die Beispiele gehören, gemeinhin verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass Begriffe, z. B. solche, die in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des einschlägigen Fachgebiets übereinstimmt, und dass sie nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne ausgelegt werden, sofern sie hier nicht ausdrücklich so definiert sind.
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Schließlich ist die Formulierung, dass Elemente seriell/parallel zwischen zwei Komponenten geschaltet sind, im Sinne einer elektrischen Schaltung zu verstehen, und zwar in dem Sinn, dass die relative Lage der Komponenten zueinander entlang einer Stromrichtung definiert wird, wobei sich eine serielle Verschaltung oder eine parallele Verschaltung ergibt. Das Wort „zwischen“ soll sich daher nicht notwendigerweise auf die physischen Lage oder Anordnung auf einen Schaltungssubstrats (z.B. Leiterplatine) beziehen.
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1 zeigt eine Auswerteschaltung 100 für einen passiven Drehzahlsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Auswerteschaltung 100 kann auch als Eingangsschaltung bezeichnet werden. Der passive Drehzahlsensor 10 ist ausgebildet, um eine Drehzahl eines Rades zu erfassen und darauf basierend ein Sensorsignal zu erzeugen. Die Auswerteschaltung 100 umfasst einen ersten Anschluss 101 und zweiten Anschluss 102, die zum elektrischen Anschluss des Drehzahlsensors 10 vorgesehen sind. Die Auswerteschaltung 100 umfasst außerdem einen Vergleicher 110, der ausgebildet ist, um das Sensorsignal mit einer Referenzspannung zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich ein pulsierendes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Auswerteschaltung 100 umfasst weiter einen Operationsverstärker 120, der als Pufferschaltung konfiguriert ist und der die Referenzspannung auf einem vorbestimmten Niveau hält. Die Referenzspannung kann beispielsweise eine Mittenspannung sein (z.B. des Operationsverstärkers 120 oder eines Verstärkers im Vergleicher 110).
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In der Schaltung der 1 wird die Pufferschaltung 120 nicht durch ein Signal am zweiten Anschluss 102 gesteuert, sondern stellt eine Referenzspannung niederohmig zur Verfügung.
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Die Auswerteschaltung 100 umfasst außerdem einen ersten Signalausgang 141 und einen zweiten Signalausgang 142, die jeweils mit einem Ausgang des Vergleichers 110 verbunden sind, um das pulsierende Ausgangssignal redundant bereitzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass Fehler bei der Signalübertragung an nachfolgende Schaltungskomponenten (verschmutzte Kontakte, Kriechströme, Interferenzen mit benachbarten Signalübertragungen etc.) zuverlässig erkannt bzw. eliminiert werden können.
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Der passive Drehzahlsensor 10 ist im einfachsten Fall eine Spule, in der durch eine Drehung eines Magnetrades/Zahnrades ein periodischer elektrischer Strom induziert wird. Die Amplitude dieses Stromes oder einer Spannung (z.B. über einem Widerstand) ist im Allgemeinen nicht konstant, sondern hängt von der Drehgeschwindigkeit ab. Daher kommt es z.B. bei höheren Drehzahlen auch zu größeren Amplitudenwerten, wodurch die Auswertung erschwert wird, insbesondere wenn für geringe Drehzahlen die gleiche Sensitivität erreicht werden soll wie für hohe Drehzahlen. Daher umfasst die Auswerteschaltung 100 aus der 1 optional einen Spannungsbegrenzer 130 der ausgebildet ist, um die Eingangsspannung des Vergleichers 110 sicher auf dessen Eingangsspannungsbereich (z.B. 0V bis Versorgungsspannung des Vergleichers) zu begrenzen. Auf diese Weise können große Fluktuationen in den Amplitudenwerten vermieden werden. Die gestrichelte Darstellung soll andeuten, dass es sich hierbei um eine optionale Komponente handelt.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Auswerteschaltung 100, welches weitere Details aufweist. Diese Auswerteschaltung 100 kann die folgenden Anschlüsse aufweisen (als Eingang, Ausgang oder zur Überwachung): einen ersten Anschluss 101, einen zweiten Anschluss 102, einen Versorgungsanschluss 104, einen ersten Signalausgang 141, einen zweiten Signalausgang 142, einen ersten Statussignalausgang 151, einen zweiten Statussignalausgang 152, einen Testsignaleingang 160, einen ersten Masseanschluss 106a und einen zweiten
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Masseanschluss 106b. Der erste Masseanschluss 106a kann eine gemeinsame Masse mit einem nachfolgenden Mikrokontroller (Steuereinheit) sein. Der zweite Masseanschluss kann beispielsweise eine Fahrzeugmasse sein. Sie können auch miteinander verbunden sein. Der Versorgungsanschluss 104 kann beispielsweise für eine Verbindung zu einer Fahrzeugbatterie oder einer anderen Stromversorgung genutzt werden.
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Außerdem umfasst die Auswerteschaltung 100 wieder den Vergleicher 110, den Operationsverstärker 120 und den Spannungsbegrenzer 130 aus der 1.
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Der Vergleicher 110 umfasst einen Referenzsignaleingang (-) und einen Signaleingang (+). Der Referenzsignaleingang kann ein invertierter Eingang (-) und der Signaleingang kann ein nicht-invertierter Eingang (+) eines weiteren Operationsverstärkers sein (es kann aber auch umgekehrt sein).
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Der Operationsverstärker 120 kann ebenfalls einen Referenzsignaleingang (+) und einen Signaleingang (-) aufweisen. Der Signaleingang (-) ist z.B. der invertierte Eingang und ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 120 verbunden. Daher verstärkt der Operationsverstärker 120 praktisch nicht (G=1), sondern dient als Pufferschaltung, um eine stabile Referenzspannung bereitzustellen. In dieser Schaltung ist die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers 120 sehr niedrig (z.B. kleiner als 10 Ohm).
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Der Spannungsbegrenzer 130 umfasst beispielsweise eine Diodenanordnung mit zumindest zwei gegenpolig angeordnete Dioden, die den ersten Anschluss 101 mit dem zweiten Anschluss 102 verbinden. Ein Stromknoten zwischen beiden Dioden kann mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 120 verbunden sein. Der Spannungsbegrenzer 130 kann infolge seiner Verschaltung eine Eingangsspannung des Vergleichers 110 sicher auf dessen Eingangsspannungsbereich begrenzen. Damit soll sichergestellt werden, dass stets eine zuverlässige Detektion eines Sensorsignals möglich ist. Falls nämlich eine Eingangsspannung am Vergleicher 110 zu groß sein würde, könnte der Vergleicher 110 kein Sensorsignal ausgeben, da die Fluktuationen unterhalb des Arbeitsbereiches erfolgen würden. Diese Begrenzung der Eingangsspannung ist besonders für die genutzten passive Drehzahlsensoren vorteilhaft, da diese Sensorsignale mit drehzahlabhängigen Amplituden erzeugen und daher die Gefahr besteht, dass hohe Sensorsignale nicht mehr zuverlässig erfasst werden können.
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Der erste Anschluss 101 kann beispielsweise ein sogenannter Highside-Anschluss sein, da er beispielsweise in einer seriellen Verschaltung eines Widerstands R10 und eines Widerstands R18 mit dem Versorgungsanschluss 104 verbunden sein kann. Der zweite Anschluss 102 kann beispielsweise ein sogenannter Lowside-Anschluss sein und ist beispielsweise in einer seriellen Verschaltung eines Widerstands R11 und eines Widerstands R17 mit dem Testsignalanschluss 160 verbunden.
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Der erste Anschluss 101 und der zweite Anschluss 102 können außerdem über einen Widerstand R1 miteinander verbunden sein. Über den Widerstand R1 kann ein Gleichspannungsanteil abfallen, der durch die Verbindung des ersten Anschlusses 101 mit dem Versorgungsanschluss 104 erzeugt werden kann und der für Testzwecke nutzbar ist (siehe unten). Der erste Anschluss 101 kann über eine serielle Verschaltung eines Kondensators C4 und eines Widerstandes R4 mit dem Signaleingang (+) des Vergleichers 110 verbunden sein. Der zweite Anschluss 102 kann über serielle Verschaltung eines Kondensator C5 und eines Widerstand R5 mit dem Referenzsignaleingang (-) des Vergleichers 110 verbunden sein. Als Referenzsignaleingang (-) kann der invertierte Eingang und als Signaleingang (+) kann der nicht-invertierte Eingang genutzt werden. Für beide Anschlüsse kann somit eine Hochpassfilterung erreicht werden, wobei der Gleichspannungsanteil herausgefiltert wird.
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Der Ausgang des Vergleichers 110 kann über zwei seriell verschaltete Widerstände, ein Widerstand R12 und ein Widerstand R13, mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 120 verbunden sein. Ein Stromknoten zwischen dem Widerstand R12 und dem Widerstand R13 kann über einen Widerstand R16 mit dem nicht-invertierten Eingang (+) des Vergleichers 110 verbunden sein. Der Ausgang des Operationsverstärkers 120 kann außerdem über einen Widerstand R3 mit dem invertierten Eingang (-) des Vergleichers 120 verbunden sein. Der invertierte Eingang (-) des Vergleichers 110 kann außerdem über einen seriell danach geschalteten Kondensator C10 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 120 verbunden sein. Außerdem kann der nicht-invertierte Eingang (+) des Vergleichers 110 über einen Kondensator C11 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 120 verbunden sein.
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Der nicht-invertierte Eingang (+) des Operationsverstärkers 120 kann mit einem Stromknoten zwischen einem Widerstand R14 und einem Widerstand R15 verbunden sein, wobei der Widerstand R14 und der Widerstand R15 beide seriell zwischen dem Versorgungsanschluss 104 und dem zweiten Masseanschluss 106b ausgebildet sind, um einen Spannungsteiler zu bilden. Wie bereits erwähnt, ist der Operationsverstärker 120 als ein Spannungsfolger ausgebildet, um eine Spannung, welche sich mit dem Widerstand R14 und dem Widerstand R15 einstellen lässt, niederohmig über den Widerstand R3 dem Vergleichsoperationsverstärker 110 zur Verfügung zu stellen. Diese Spannung dient auch als Referenzspannung für die Mitkopplung des Ausgangssignals von Vergleiches 110, der auch als Operationsverstärker ausgebildet ist, mittels des Widerstandes R12 und des Widerstandes R13 über den Widerstand R16 auf den nicht-invertierenden Eingang (+) des Vergleichers 110.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Auswerteschaltung verschiedene weitere Filtereinheiten umfassen:
- Zwischen dem Ausgang des Vergleichers 110 und dem ersten Signalausgang 141 kann ein erster Tiefpassfilter ausgebildet sein, wobei ein Widerstand R6 und einem folgenden Kondensator C6 als serielle Verschaltung den Ausgang des Vergleichers 110 mit dem ersten Masseanschluss 106a verbinden und an einem Stromknoten zwischen dem Widerstand R6 und dem Kondensator C6 der erste Signalausgang 141 koppelt. Diese erste Filtereinheit stellt somit einen Tiefpassfilter für das Signal auf dem ersten Signalausgang 141 dar.
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Zwischen dem Ausgang des Vergleichers 110 und dem zweiten Signalausgang 142 kann ein zweiter Tiefpassfilter ausgebildet, wobei eine serielle Verschaltung eines Widerstandes R7 und eines folgenden Kondensators C7 von dem Ausgang des Vergleichers 110 zu dem ersten Masseanschluss 106a ausgebildet ist und der zweite Signalausgang 142 an einen Knoten zwischen dem Widerstand R7 und dem Kondensator C7 koppelt. Diese zweite Filtereinheit stellt somit einen Tiefpassfilter für das Ausgangssignal auf dem zweiten Signalausgang 142 dar.
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Ein dritter Tiefpassfilter kann zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem ersten Statussignalausgang 151 geschaltet sein und umfasst einen Widerstand R2 und einen Kondensator C2, wobei der Kondensator C2 den ersten Statussignalausgang 151 mit dem ersten Massenanschluss 106a verbindet und der Widerstand R2 den Kondensator C2 seriell mit ersten Anschluss 101 verbindet. Diese Filtereinheit stellt somit einen Tiefpassfilter für ein Signal auf dem ersten Anschluss 101 und/oder auf dem ersten Statussignalausgang 151 dar, wobei der Widerstand R2 eine Strombegrenzung zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem ersten Statussignalausgang 151 bewirkt (z.B. bei einem Statustest).
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Ein vierter Tiefpassfilter kann zwischen dem zweiten Anschluss 102 und dem zweiten Statussignalausgang 152 geschaltet sein und umfasst einen Widerstand R8 und einen Kondensator C3, wobei der Kondensator C3 den zweiten Statussignalausgang 152 mit dem ersten Massenanschluss 106a verbindet und der Widerstand R8 den Kondensator C3 seriell mit zweiten Anschluss 102 verbindet. Diese Filtereinheit stellt somit einen Tiefpassfilter für ein Signal auf dem zweiten Anschluss 102 und/oder auf dem zweiten Statussignalausgang 152 dar, wobei der Widerstand R8 eine Strombegrenzung zwischen dem zweiten Anschluss 102 und dem zweiten Statussignalausgang 152 bewirkt (z.B. bei einem Statustest).
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Mit dem dritten und dem vierten Tiefpassfilter kann der potentiell vorhandener Gleichspannungsanteil auf dem ersten bzw. zweiten Anschluss 101, 102 über den ersten Statussignalausgang 151 bzw. zweiten Statussignalausgang 152 festgestellt werden. Wenn der Gleichspannungsanteil nicht einen erwarteten Wert hat, liegt ein potentieller Fehler wie beispielsweise einen Kurzschluss zur Masse bzw. ein Kurzschluss zur Versorgungsspannung vor. Anderseits kann dieser Gleichspannungsanteil durch die zuvor genannten Hochpassfilter C4, R4 bzw. C5, R5 vor den Eingängen des Vergleichers 110 herausgefiltert werden und stört somit nicht das Drehzahlsignal.
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Eine fünfte Filtereinheit kann zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 geschaltet sein und umfasst in serieller Verschaltung den Widerstand R10, einen Kondensator C9 und den Widerstand R11, wobei der Kondensator C9 mittig angeordnet sein kann. Die fünfte Filtereinheit stellt einen Tiefpassfilter für ein Drehzahlsignal dar. Hierdurch wird eine Dämpfung erreicht, damit die Signalspannung über einen gesamten Nutzfrequenzbereich nur wenig ansteigt. Passive Drehzahlsensor sind nämlich im einfachsten Fall durch eine Spule gegeben, sodass schnellere Änderungen des Magnetfeldes bei höheren Drehzahlen ein stärkeres Sensorsignal induzieren. Als Folge ändert sich die Signalamplitude mit der Drehgeschwindigkeit. Stark schwankende Signalamplituden sind für die nachfolgende Signalauswertung ungünstig. Die fünfte Filtereinheit dämpft daher die hohen Amplitudenanteile (dort befinden sich vor allem die hochfrequenten Anteile) durch den Kondensator C9. Als Folge schwanken die Amplituden des Sensorsignal mit der Drehzahl nicht so stark.
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Es versteht sich, dass für die gewünschten Funktionen nur die gezeigten Schaltungskomponenten ausreichend sind. Daher beziehen sich weitere Ausführungsbeispiele auf eine Auswerteschaltung, wo nur die gezeigten Komponenten oder ein Teil davon ausgebildet sind, um die gewünschten Funktionen zu erreichen. Ein wesentlicher Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht gerade darin, dass die Funktionen durch eine einfache Schaltung ermöglicht wird, ohne dass komplexe integrierte Schaltungen erforderlich sind, wie sie bei konventionellen Eingangsschaltungen zum Einsatz kommen. Demgegenüber werden bei Ausführungsbeispiele nur diskrete Bauelemente verwendet und nicht multifunktionale integrierte Schaltungen.
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Es versteht sich außerdem, dass die beschriebenen passiven Bauelemente (z.B. Widerstände und Kondensatoren) eine vorbestimmte, gezielt gewählte Charakteristik (z.B. Widerstandswerte, Kapazitäten) aufweisen, um einen gewünschten Effekt zu erreichen. Hierzu zählen z.B.: eine Begrenzung des Stromes, ein Herausfiltern von hoch/niederfrequenten Anteilen. Die gewählten Widerstandswerte und die Kapazitäten der Kondensatoren hängen natürlich von den konkreten Drehzahlsensoren bzw. dem Fahrzeug ab. Sie sind i.A. so zu wählen, dass das Sensorsignal zuverlässig detektiert werden kann (z.B. ab einer Signalstärke von 100 mV) und Störsignale zuverlässig herausgefiltert werden können. Solche Störsignale umfassen beispielsweise das Schalten von Magnetventilen (z.B. in der Bremsanlage), die Spannungs- oder Strompulse auslösen können.
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3 zeigt einen Systemaufbau, mit dem passiven Drehzahlsensor 10, der an dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 der Auswerteschaltung 100 anschließbar ist. Außerdem ist die Auswerteschaltung 100 mit einer Steuereinheit 200 verbunden, wobei der erste Masseanschluss 106a eine gemeinsame Masse der Auswerteschaltung 100 und der Steuereinheit 200 bildet. Der erste Signalausgang 141 und der zweite Signalausgang 142 stellen redundant die Ausgangsgröße aus dem Vergleicher 110 für die Steuereinheit 200 bereit. Die Steuereinheit 200 ist beispielhaft über den Testsignaleingang 160 mit der Auswerteschaltung 100 verbunden. Außerdem kann die Steuereinheit 200 mit dem ersten Statussignalausgang 151 und dem zweiten Statussignalausgang 152 mit der Auswerteschaltung 100 verbunden sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 200 ein optionaler Bestandteil der Auswerteschaltung 100 sein. Sie kann aber auch als eine separate Komponente ausgebildet sein, wie es in der 3 dargestellt ist.
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Ausführungsbeispiele erlauben die folgenden Funktion, die durch die Steuereinheit 200 gesteuert werden können:
- Der erste Anschluss 101 kann zur Messung einer Drehzahlfühlerspannung (z.B. den Gleichspannungsanteil) im niedrigen Frequenzbereich genutzt werden, um beispielsweise zu überprüfen, ob eine korrekte Montage des Drehzahlsensors 10 vorgenommen wurde. Hierzu kann der erste Statussignalausgang 151 genutzt werden, der ein Spannungsniveau am ersten Anschluss 101 messen kann.
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Der erste und der zweite Sensorsignalausgang 141, 142 stellen sicher, dass eine redundante Erfassung des Sensorsignals möglich ist, so dass selbst wenn ein Kabelfehler auf einer der Signalleitungen auftreten sollte, immer noch eine zuverlässige Geschwindigkeitsdetektion erfolgen kann. Die Steuereinheit 200 kann beide Sensorsignal empfangen und kann bei Abweichungen oberhalb einer Toleranzschwelle einen Fehler anzeigen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen nutzt die Steuereinheit 200 den Testsignaleingang 160 dazu, gezielt Testsignale einzugeben, und basierend auf der Reaktion einen Fehler festzustellen. Über den Kondensator C9 wirkt das Testsignal auf den ersten Anschluss 101 und auf den zweiten Anschluss 102. Eine Antwort auf das Testsignal kann zum einen über die Signalausgänge 141, 142 erhalten werden. Außerdem kann eine Reaktion auch an dem ersten Statussignalausgang 151 und/oder dem zweiten Statussignalausgang 152 abgegriffen werden. Damit können folgende Fehler zuverlässig detektiert und voneinander unterschieden werden: ein Kurzschluss des ersten Anschlusses 101 zur Masse, ein Kurzschluss des zweiten Anschlusses 102 zur Masse, ein Kurzschluss des ersten Anschlusses 101 zur Versorgungsspannung, ein Kurzschluss des zweiten Anschlusses zur Versorgungsspannung oder ein Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 sein.
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Wenn beispielsweise auf eine Eingabe eines Testsignals über den Testeingang 160 an dem Statussignalausgängen 151, 152 keine Reaktion erfolgt (z.B., wenn das Spannungsniveau dort konstant bleibt), ist davon auszugehen, dass in Abhängigkeit des anliegenden Potentialniveaus ein Kurzschluss zur Masse bzw. ein Kurzschluss zur Versorgungsspannung (Batteriespannung) vorliegt. Aus den Unterschieden der beiden Statussignale, die an dem ersten Statussignalausgang 151 und dem zweiten Statussignalausgang 152 vorliegen, können Rückschlüsse darüber gewonnen werden, ob eine der obengenannten Fehler vorliegt.
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Ausführungsbeispiele können insbesondere für Antiblockiersysteme für (Nutz-) Fahrzeuge genutzt werden, wo für jedes Rad (zumindest) eine separate Auswerteschaltung 100 vorgesehen ist, um die Drehzahl des Rades zu bestimmen.
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Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zum Überwachen und Auslesen eines passiven Drehzahlsensors, wobei Signale eines passiven Drehzahlsensors 10 eines Fahrzeugs unter Verwendung der Auswerteschaltung 100 ausgewertet werden.
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Das Verfahren kann insbesondere ein Feststellen eines Kurzschlusses und/oder eines Übersprechens umfassen. Dies kann durch zumindest einen der folgenden Schritte erreicht werden:
- - Eingabe eines Testsignals auf dem Testsignaleingang 160,
- - Analyse eines Signalstatus auf dem ersten Statussignalausgang 151,
- - Analyse eines Signalstatus auf dem zweiten Statussignalausgang 152,
- - Analyse eines Signals eines Signalstatus auf dem ersten Signalausgang 141 und/oder dem zweiten Signalausgang 142.
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Es versteht sich, dass ein Testsignal nicht zwingend eingegeben werden muss. Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Status am ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 auch ohne die Eingabe eines Signals analysiert werden (über die Statussignalausgänge 151, 152). Da der erste Anschluss 101 mit dem Versorgungsanschluss 104 verbunden ist, sollte dort im fehlerfreien Zustand eine bestimmte Spannung anliegen. Wenn das nicht der Fall ist, liegt z.B. ein Fehler vor. Alle zuvor beschriebenen Funktionen der Auswerteeinheit und/oder der Steuereinheit 200 können weitere optionale Verfahrensschritte bilden (das Filtern von Signalen, die Spannungsnachverfolgung für die Referenzspannung etc.).
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination, für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehzahlsensor
- 100
- Auswerteschaltung
- 101, 102
- Anschlüsse für den Drehzahlsensor
- 104
- Versorgungsanschluss (für Spannungsversorgung)
- 106a
- erster Masseanschluss (z.B. Masse der Steuereinheit)
- 106b
- zweiter Masseanschluss
- 110
- Vergleicher (z.B. ein weiterer Operationsverstärker)
- 120
- Operationsverstärker
- 130
- Spannungsbegrenzer
- 141, 142
- Signalausgänge (redundant)
- 151, 152
- Statussignalausgänge
- 160
- Testsignaleingang
- 200
- Steuereinheit
- R1, R2, ...
- verschiedene Widerstände
- C1, C2, ...
- verschiedene Kondensatoren
