DE10240834A1

DE10240834A1 - Verfahren zur logischen Plausibilisierung eines Inkrementrades eines Winkel- und/oder Phasensensors und Winkel- und/oder Phasensensor

Info

Publication number: DE10240834A1
Application number: DE2002140834
Authority: DE
Inventors: Ralf Wurm; Bodo Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur logischen Plausibilisierung eines Inkrementrades (12) eines Winkel- und/oder Phasensensors (10), insbesondere eines Winkel- und/oder Phasensensors zur Bestimmung des Phasenwinkels einer Nocken- und/oder einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einer Vielzahl von äquidistant zueinander an dem Inkrementrad (12) angeordneten Inkrementen, mit wenigen an dem Inkrementrad (12) angeordneten Referenzsegmenten (18, 20, 22, 24), die jeweils einen von einer Segmentflanke (26) und einer Synchronisationsflanke (28) eingeschlossenen Segmentwinkel aufweisen, wobei die Segmentwinkel der einzelnen Referenzsegmente (18, 20, 22, 24) verschieden und die Winkelabstände zwischen je zwei benachbarten Segmentflanken (26) äquidistant sind, und wobei bei der logischen Plausibilisierung lediglich die äquidistant zueinander angeordneten Segmentflanken (26) und nicht die Synchronisationsflanken berücksichtigt werden.

Description

Stand der Technik
Winkel- und/oder Phasensensoren, insbesondere zur Bestimmung des Phasenwinkels einer Nockenwelle und/oder einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, sind in vielfältiger Art und Weise bekannt. Vorzugsweise finden Sensoren mit Inkrementrädern Verwendung. Die Inkrementräder sehen hierbei eine Vielzahl von äquidistant zueinander angeordnete "Inkremente" vor, die von gegenüber dem Inkrementrad ortsfest angeordneten Sensorelementen verfasst werden. Die Sensorelemente sind dabei mit einer Auswerteeinheit bzw. einem Steuergerät koppelbar, das ausgehend von einer Bezugsmarke, die beispielsweise eine Lücke durch Auslassen eines oder mehrerer Inkremente sein kann, die von den Inkrementen hervorgerufenen Signale auswertet. Zur logischen Plausibilisierung der erfassten Signale ist es bekannt, die gezählte Anzahl der Inkrementsignale beim Erfassen der Bezugsmarke, mit der tatsächlichen Anzahl der Inkremente zu vergleichen. Stimmt hierbei die erfasste Anzahl der Inkremente nicht mit der tatsächlichen Anzahl der Inkremente überein, so kann hieraus auf ein defektes oder manipuliertes Inkrementrad rückgeschlossen werden.
Aus der US 4,747,389 und aus der DE 196 00 975 C2 sind Winkel- und/oder Phasensensoren bekannt geworden, die keine Lücke, d.h. keine Bezugsmarke, im Bereich der Inkremente aufweisen. Zur Bestimmung von Referenzpositionen der Inkrementräder sind vielmehr wenige an dem jeweiligen Inkrementrad angeordnete Referenzsegmente vorgesehen, die jeweils einen von einer Segmentflanke und einer Synchronisationsflanke eingeschlossenen Segmentwinkel aufweisen. Hierbei sind die Segmentwinkel der einzelnen Referenzsegmente verschieden und die Winkelabstände zwischen je zwei benachbarten Segmentflanken äquidistant.
Bei derartigen Winkel- und/oder Phasensensoren hat sich die logische Plausibilisierung, also die Früfung der Anzahl der Inkremente pro Winkelabschnitt bzw. pro Umdrehung des Inkrementrades, als problematisch herausgestellt. Eine Lücke, d.h. eine Bezugsmarke in den Inkrementen, ist nicht vorhanden. Ferner ist eine Plausibilisierung mit Hilfe der Referenzsegmente nur sehr aufwendig realisierbar, da die Segmentwinkel der einzelnen Referenzsegmente verschieden groß sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für einen aus beispielsweise der US 4,747,389 oder der DE 196 00 975 C2 bekannten Winkel- und/oder Phasensensor ein Verfahren für eine einfache und robuste logische Plausibilisierung vorzuschlagen. Außerdem soll ein Winkel- und/oder Phasensensor bereitgestellt werden, der zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden bei der logischen Plausibilisierung lediglich die äquidistant zueinander angeordneten Segmentflanken der Referenzsegmente berücksichtigt; die nicht äquidistant zueinander angeordneten Synchronisationsflanken bleiben bei der Betrachtung der logischen Plausibilisierung außer Betracht. Folglich wird nur jedes zweite durch die Referenzsegmente hervorgerufene, nämlich das durch die jeweilige Segmentflanke generierte Signal für die logische Plausibilisierung berücksichtigt. Wenn die Winkelabstände zwischen den Segmentflanken äquidistant zu einander sind, ist die tatsächliche Anzahl der Inkremente zwischen jeweils zwei benachbarten Segmentflanken gleich. Aufgrund der Berücksichtigung von lediglich den Segmentflanken spielen die Segmentwinkel zur logischen Plausibilisierung keine Rolle. Sie können gänzlich vernachlässigt werden.
Die Referenzsegmente liegen hierbei vorteilhafterweise auf einer anderen Kreisbahn um die Rotationsachse des Inkrementrades als die Inkremente. Hierdurch kann eine eindeutige Unterscheidung zwischen den Inkrementen und den Referenzsegmenten gemacht werden, wobei dann vorzugsweise für die Abtastung der Inkremente andere Sensorelemente als für die Abtastung der Referenzsegmente bereitgestellt werden können.
Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Inkrementrädern ohne Lücke in den Inkrementen bzw. ohne Referenzinkremente vorgesehen sein. Als Referenzmarken für den Beginn der Zählung der Inkremente dient erfindungsgemäß keine Referenzlücke der Inkremente, sondern dienen ausschließlich die Segmentflanken der Referenzsegmente.
Die Inkremente und/oder die Referenzsegmente können durch Inkrementzähne, durch Inkrementschlitze als magnetisierter Rad und/oder optisch abtastbares Medium in einer insbesondere scheibenartig ausgebildeten Inkrementscheibe gebildet sein.
Ein ebenfalls vorteilhaftes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur logischen Plausibilisierung die von den Inkrementen hervorgerufenen Inkrementsignale ausgehend von einem durch eine Segmentflanke hervorgerufenen Referenzsignal bis zu dem durch die nachfolgende Referenzflanke hervorgerufenen Referenzsignal gezählt werden und die gezählte Anzahl der Inkrementsignale mit der tatsächlichen Anzahl der zwischen den jeweiligen Segmentflanken liegenden Inkrementen verglichen wird. Bei Vorsehen von beispielsweise vier Referenzsegmenten, d.h. bei vier Segmentflanken, die jeweils in einem Abstand von 90° zueinander angeordnet sind, werden folglich jeweils die in diesem Winkelabstand von 90° liegenden Inkremente aufgezählt und mit der tatsächlichen Anzahl der in diesem Winkelabstand liegenden Inkremente verglichen. Je nach Anzahl der Referenzsegmente bzw. der Segmentflanken wird folglich die Plausibilitätsprüfung auf mehr oder weniger Inkremente gerichtet.
Die genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Winkel- und/oder Phasensensor, insbesondere zur Bestimmung des Phasenwinkels einer Nocken- und/oder einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, der die Merkmale des Anspruchs 7 aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen eines derartigen Winkel- und/oder Phasensensors sind in den dem Anspruch 7 folgenden Unteransprüchen angegeben.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert ist.
Zeichnung
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Winkel- und/oder Phasensensors; und
2 die Ausgangssignale des Sensorelements des Winkel- und/oder Phasensensors gemäß 1 mit einer logischen Plausibilisierung.
1 zeigt einen Winkel- und/oder Phasensensor 10 mit einem Inkrementrad 12, das um eine Achse 14 in Richtung des Pfeiles 16 drehbar ist. Das Inkrementrad 12 sieht eine Vielzahl von äquidistant zueinander angeordnet, nicht dargestellten Inkrementen vor. Außerdem sieht das Inkrementrad 12 insgesamt vier Peferenzsegmente 18, 20, 22, 24 vor. Jedes Referenzsegment weist eine in Drehrichtung 16 vorauseilende Segmentflanke 26 und eine der Segmentflanke 26 nachfolgende Synchronisationsflanke 28 auf. Die Segmentflanken 26 schließen mit den zugehörigen Synchronisationsflanken 28 jeweils einen Segmentwinkel ein, wobei der Segmentwinkel des Referenzelements 18 ca. 5°, der Segmentwinkel des Referenzsegments 20 ca. 10°, der Segmentwinkel des Referenzsegments 22 ca. 30° und der Segmentwinkel des Referenzsegments 24 ca. 20° beträgt. Die Segmentflanken 26 der Referenzsegmente 18, 20, 22, 24 sind äquidistant zueinander angeordnet; der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Segmentflanken 26 beträgt 90°.
Das in der 1 dargestellte Inkrementrad 12 ist zur Erfassung der Phase einer Nockenwelle eines 4-Zylinder- Motors. Für jeden der 4 Zylinder ist ein Winkelsegment von 90° des Inkrementrades 12 vorgesehen, wobei die Winkelsegmente für die einzelnen Zylinder durch die Segmentflanken 26 der Referenzsegmente 18, 20, 22, 24 begrenzt sind. Die oberen Todpunkte OT der einzelnen Zylinder sind in der 2 mit OT1 bis OT4 gekennzeichnet.
Der Sensor 10 umfasst außerdem ein Sensorelement 30, das zum einen die nicht dargestellten Inkremente und zum anderen die an ihm vorbeigeführten Referenzsegmente 18, 20, 22, 29 erfasst. Das Sensorelement 30 ist mit einem Steuergerät 32 zur Auswertung der von dem Sensorelement 30 erfassten Signale gekoppelt. Das Steuergerät 32 ist über eine Leitung 34 mit weiteren Systemen zum Betreiben des Motors verbunden. Das Steuergerät 32 führt unter anderem eine logische Plausibilisierung des Inkrementrades 12 durch.
Die von dem Sensorelement 30 erfassten Signale sind in 2 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 40 ist der Signalverlauf der Referenzsegmente 18, 20, 22, 24 bezeichnet, wobei das durch das Referenzsegment 18, 20, 22 bzw. 24 hervorgerufene Signal das Bezugszeichen 18', 20', 22' bzw. 24' trägt. Jedes dieser Signale 18', 20', 22', 29' sieht eine Segmentflanke 26' und eine Synchronisationsflanke 28' vor.
Unterhalb der Signallinie 40 ist die Signalkennlinie 42 der Inkremente dargestellt. Insgesamt sind über die 360° des Inkrementrades 12 120 Inkrementimpulse vorhanden, d.h. in den Winkelabschnitten von 90° zwischen den jeweiligen Signalflanken 26' können jeweils 30 Inkrementimpulse erfasst werden. Die Winkelabschnitte von 90° zwischen jeweils zwei Segmentflanken 26', in denen jeweils 30 Inkrementimpulse auftreten können, sind mit den Bezugszeichen 50 versehen.
Zur logischen Plausibilisierung werden die von den Inkrementen hervorgerufenen Inkrementsignale ausgehend von jeweils einer Segmentflanke 26' gezählt bis die jeweils nächste Segmentflanke 26' erreicht ist. Schließlich wird die Anzahl der gezählten Inkrementsignale, bzw. der gezählten Inkremente, mit der Anzahl der tatsächlich vorhandenen Inkremente zwischen jeweils zwei Segmentflanken 26' verglichen. Wenn die gezählte Anzahl für Inkremente von 30 verschieden ist, dann ist die Plausibilitätsprüfung negativ, woraus auf ein manipuliertes oder defektes Inkrementrad rückgeschlossen werden kann.
Die logische Plausibilität kann folglich nach Ablauf eine Winkelsegments, das zwischen zwei Segmentflanken 26 liegt, festgestellt werden. Aufwendige Auswerteverfahren sind hierbei nicht erforderlich.
Die in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Verfahren zur logischen Plausibilisierung der durch ein Inkrementrad (12) hervorgerufenen Signale eines Winkel- und/oder Phasensensors, (10) insbesondere eines Winkel- und/oder Phasensensors zur Bestimmung des Phasenwinkels einer Nocken- und/oder einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einer Vielzahl von äquidistant zueinander an dem Inkrementrad (12) angeordneten Inkrementen, mit wenigen an dem Inkrementrad (12) angeordneten Referenzsegmenten (18, 20, 22, 29), die jeweils einen von einer Segmentflanke (26) und einer Synchronisationsflanke (28) eingeschlossenen Segmentwinkel aufweisen, wobei die Segmentwinkel der einzelnen Referenzsegmente (18, 20, 22, 24) verschieden und die Winkelabstände zwischen je zwei benachbarten Segmentflanken (26) äquidistant sind, und wobei bei der logischen Plausibilisierung lediglich die äquidistant zueinander angeordneten Segmentflanken (26) und nicht die Synchronisationsflanken berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkremente auf einer anderen Kreisbahn um die Rotationsachse (14) des Inkrementrades (12) liegen als die Referenzsegmente (18, 20, 22, 24) bzw. sich auf einem anderen Sensorrad befinden das fest oder drehgekoppelt mit dem Inkrementrad verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Inkremente einander entsprechend ausgebildet sind und dass keine Referenzinkremente vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkremente durch Zähne oder Schlitze gebildet oder Magnetpole bzw. optisch abtastbares Material sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzsegmente (18, 20, 22, 24) durch Zähne oder Schlitze oder Magnetpole bzw. optisch abtastbares Material gebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur logischen Plausibilisierung die von den Inkrementen hervorgerufenen Inkrementsignale (42) ausgehend von einem durch eine Segmentflanke (26) hervorgerufenen Referenzsignal (26') bis zu dem durch die nachfolgende Segmentflanke (26) hervorgerufenen Referenzsignal (26') gezählt werden und die gezählte Anzahl der Inkrementsignale mit der tatsächlichen Anzahl der zwischen den jeweiligen Segmentflanken (26) liegenden Inkrementen vergleichen wird.
Winkel- und/oder Phasensensors (10), insbesondere zur Bestimmung des Phasenwinkels einer Nocken- und/oder einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem Inkrementrad (12), mit einer Vielzahl von äquidistant zueinander an dem Inkrementrad (12) angeordneten Inkrementen, mit wenigen an dem Inkrementrad (12) angeordneten Referenzsegmenten (18, 20, 22, 29), die jeweils einen von einer Segmentflanke (26) und einer Synchronisationsflanke (28) eingeschlossenen Segmentwinkel aufweisen, wobei die Segmentwinkel der einzelnen Referenzsegmente (18, 20, 22, 24) verschieden und die Winkelabstände zwischen je zwei benachbarten Segmentflanken (26) äquidistant sind, mit wenigstens einem gegenüber dem Inkrementrad ortsfest angeordneten Sensorelement (30) zur Erfassung der Inkremente und der Segmentabschnitte (18, 20, 22, 24), und mit einem mit dem Sensorelement (30) gekoppelten oder koppelbaren Steuergerät (32) zur Auswertung der vom dem Sensorelement (30) erfassten Signale und zur logischen Plausibilisierung des Inkrementrades (12) gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Winkel- und/oder Phasensensors (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkremente auf einer anderen Kreisbahn um die Rotationsachse (14) des Inkrementrades (12) liegen als die Referenzsegmente (18, 20, 22, 24), bzw. auf einem anderen Geberrad, das fest oder drehgekoppelt mit dem Segmentrad verbunden ist.
Winkel- und/oder Phasensensors (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Inkremente einander entsprechend ausgebildet sind und dass keine Referenzinkremente vorgesehen sind.
Winkel- und/oder Phasensensors (10) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkremente durch Zähne oder Schlitze oder Magnetpole bzw. optisch abtastbares Material gebildet sind.
Winkel- und/oder Phasensensors (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzsegmente durch Zähne oder Schlitze oder Magnetpole bzw. optisch abtastbares Material gebildet sind.