DE19520690A1

DE19520690A1 - Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines Induktivgebersignals

Info

Publication number: DE19520690A1
Application number: DE1995120690
Authority: DE
Inventors: Karl Ing Grad Ott; Rolf Dipl Ing Kraemer; Beate Dipl Ing Gloeckner; Karoly-Heinz Nemeth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-12
Also published as: EP0774177A1; KR100377036B1; WO1996041414A1; JPH10504160A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines Induktivgebersignals das über einen Eingangswiderstand einem mit einer am plitudenabhängigen Nachführungseinrichtung für eine Triggerschwelle verbunde nen Eingang eines Komparators zugeführt ist, dessen anderer Eingang an ein Bezugspotential angeschlossen ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung gehört zu betriebsinternen Kenntnissen der Anmelderin. Bei einer solchen Schaltungsanordnung wird das Induktivgeber signal über eine Brückenschaltung ausgewertet. Das Induktivgebersignal wird über den einen Teil der Brücke auf die halbe Versorgungsspannung angehoben und dem einen Eingang eines Komparators zugeführt, während der andere Eingang des Komparators über den anderen Teil der Brücke ebenfalls auf die halbe Versorgungsspannung gelegt ist. Dabei sind die Widerstände im Induktiv geberzweig in der Regel diskret, während die Widerstände im Referenzzweig vorzugsweise integriert sind. Als Folge addieren sich eine Reihe von Toleranzen, wie Eingangsstrom und Eingangsoffsetspannung des Komparators, Teilertoleranz der integrierten Widerstände, Temperaturgang der integrierten Widerstände, Teilertoleranz der diskreten Widerstände, Temperaturgang der diskreten Wider stände, Toleranz des Induktivgebers sowie Temperaturgang des Induktivgebers. Hierdurch sind kleine Signalamplituden nicht sicher auswertbar. Außerdem ergeben sich zeitliche Schwankungen des Triggerpunktes, so daß der Ausgangs impuls nicht immer exakt die von dem Induktivgeber aufgenommene Drehzahl oder Winkelposition eines rotierenden Teils widergibt. Diese zeitliche Schwan kung kann z. B. durch einen unrunden Lauf des Geberrades wegen des dadurch sich ändernden Luftspaltes und der auftretenden Amplitudenmodulationen bedingt sein. Die Zeitkonstante der Nachführeinrichtung ist nämlich der Motor dynamik angepaßt, so daß die Triggerschwelle nicht ausreichend nachgeführt wird. Weitere Zeitfehler können durch Unsymmetrien und Toleranzen von Bau elementen der Nachführeinrichtung entstehen oder durch den nicht immer exakten Verlauf der interruptauslösenden Flanke des Induktivgebersignals.

Eine weitere Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines Induktivgebersignals ist in der DE 32 26 073 C2 angegeben. Hierbei sind zwei verschiedene Schal tungsteile vorgesehen, wobei der eine Schaltungsteil nur für den Fall genutzt wird, daß das Induktivgebersignal relativ klein ist, während der andere Schal tungsteil für größere Induktivgebersignale und die Nachführung der Einschalt- Triggerschwelle herangezogen wird. Diese Schaltungsanordnung erfordert einen entsprechenden Aufwand.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der ein gangs beschriebenen Art bereitzustellen, bei der mit geringerem Aufwand auch Induktivgebersignale mit relativ kleinen Amplituden sicher auswertbar sind und Zeitfehler weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch gelöst, daß als Bezugspotential Masse gewählt ist, daß eine feste Grund-Trigger schwelle in den Nulldurchgang des Induktivgebersignals gelegt ist und daß mittels der Nachführeinrichtung die Rückschalt-Triggerschwelle im Bereich nur einer Halbwelle nachgeführt ist. Auf diese Weise sind interne und externe Spannungsteiler durch den Bezug auf Masse vermieden und ein durchgehend gleiches Potential wird aufrechterhalten, so daß die Grundhysterese des Kompa rators an Masse gebunden bleibt und nicht wegwandert, wie es bei der als Ausgangspunkt angenommenen Schaltungsanordnung infolge der unterschiedli chen Toleranzen und zusätzlicher Temperaturdriften der Fall ist. Hierdurch können auch kleinere Amplituden ausgewertet und/oder Komparatoren mit größerer Grundhysterese gewählt werden, so daß sich der Störabstand ver größern läßt. Wegen der festen Grund-Triggerschwelle im Nulldurchgang des Induktivgebersignals wird zudem der Zeitfehler beispielsweise hinsichtlich des von einem Geberrad abgegriffenen Induktivgebersignals minimal, selbst bei unrundem Lauf des Geberrades und der damit verbundenen Amplitudenmodula tionen. Ein größerer Störabstand wird auch dadurch erreicht, daß die Nachfüh rung der Rückschalt-Triggerschwelle frei laufen kann, während bei bisherigen Schaltungsanordnungen häufig eine Klammerung der maximalen Nachführung auf einen relativ geringen Wert durchgeführt wird, um den Zeitfehler zu be grenzen. Weitere Vorteile der vorliegenden Schaltungsanordnung sind ein gerin ger Chipflächenbedarf bei Integration und ein geringer Beschaltungsaufwand.

Ein einfacher Aufbau der Schaltungsanordnung bei sicherer Funktion ist derart, daß die Nachführeinrichtung eine Spitzenwertgleichrichterschaltung aufweist, mit der der Spannungs-Spitzenwert einer Halbwelle speicherbar ist, daß die Nachführeinrichtung ferner derart ausgebildet ist, daß aus dem gespeicherten Spannungs-Spitzenwert über einen Wandlerwiderstand ein mit einem Faktor beaufschlagter Bewertungsstrom abgeleitet ist, der als Führungsgröße einer an den Eingang des Komparators anschaltbaren Stromquelle zugeführt ist, und daß die Stromquelle beim Erkennen des Nulldurchgangs in einer Richtung an den Eingang des Komparators mittels eines Schalters angeschaltet und beim Erken nen des Durchgangs durch die mit der Führungsgröße im Sinne der Induktiv gebersignalamplitude verschobenen Rückschalt-Triggerschwelle in der anderen Richtung mittels des Schalters von dem Eingang getrennt wird. Dabei kann die Betätigung des Schalters auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß ein Be tätigungseingang des Schalters an dem Ausgang des Komparators angeschlos sen ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Spitzenwertgleich richterschaltung einen zwischen dem Induktivgeber und dem Eingangswider stand angeschlossenen Schaltungswiderstand, eine mit diesem in Serie geschal tete Gleichrichterdiode sowie einen an deren Kathode angeschlossenen und auf Masse gelegten Kondensator aufweist und daß der Wandlerwiderstand zwischen der Gleichrichterdiode und dem Kondensator angeschlossen ist. Hierdurch kann die Nachführung in geeigneter Weise einfach an die schwankenden Signalam plituden angepaßt werden.

Ist vorgesehen, daß eine Klammerschaltung mit zwei Dioden vorgesehen ist, wobei die erste Diode mit ihrer Kathode an der Versorgungsspannung und mit ihrer Anode am Eingang des Komparators und die zweite Diode mit ihrer Anode an Masse und mit ihrer Kathode an dem Eingang des Komparators angeschlos sen ist, so werden übermäßig große Signalamplituden des Induktivgebers, die ein Vielfaches größer sein können als die Versorgungsspannung, auf einen gut handhabbaren Wert begrenzt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist derart, daß die Stromquelle mit ihrem von dem Eingang des Komparators abgekehrten Anschluß an der Spannungs versorgung angeschlossen ist.

Eine vorzugsweise Verwendung der Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Drehzahl und/oder die Winkelposition der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors erfaßt werden. Hierbei können momentane Störungen dadurch unterdrückt werden, daß die Zeitkonstante der Spitzenwertgleichrichterschaltung der Motor dynamik angepaßt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be zugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zum Grundprinzip der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit einer Nachführeinrichtung für eine Triggerschwelle,

Fig. 3A und 3B den Einfluß der Triggerschwelle auf die Schaltflanke des Ausgangssignals und

Fig. 4 ein Induktivgebersignal mit Triggerzeitpunkten und ein zugehöriges Ausgangssignal.

Das Grundprinzip einer Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines Induktiv gebersignals UG ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Induktivgeber IG liegt mit seinem einen Anschluß + an Masse, während er mit seinem anderen Anschluß - über einen Eingangswiderstand RE an den nichtinvertierenden Eingang + eines Kompara tors KO mit einer gewissen Grundhysterese angeschlossen ist. Der invertierende Eingang - des Komparators KO liegt auf Masse als Referenzpotential U_R. Damit liegen die Triggerpunkte bei null V + Hysterese/2 bzw. null V - Hysterese/2.

In der Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der gegenüber der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zusätzlich eine amplitudenabhängige Nachführeinrichtung für eine Triggerschwelle vorgesehen ist. Zwischen dem Induktivgeber IG und dem Eingangswiderstand RE ist eine Reihenschaltung aus einem Schaltungswiderstand RS, einer daran mit ihrer Anode angeschlossenen Gleichrichterdiode D3 sowie einem Kondensator C angeschlossen, dessen anderer Anschluß auf Masse liegt. Zwischen der Kathode der Gleichrichterdiode D3 und dem Kondensator C ist ein Wandlerwiderstand Rx angeschlossen, dessen anderer Anschluß über ein Schaltglied zum Multiplizieren mit einem Faktor k zu einer Stromquelle SQ geführt ist. Die Stromquelle SQ liegt einerseits an einer Versorgungsspannung VCC und andererseits über einen Schalter SCH an dem Eingang + des Komparators KO. Der Betätigungseingang des Schalters SCH ist an den Ausgang des Komparators KO angeschlossen.

Durch den Schaltungswiderstand RS, die Gleichrichterdiode D3 und den Kon densator C ist eine Spitzenwertgleichrichterschaltung gebildet, die den Spitzen wert der positiven Halbwelle des Induktivgebersignals U_G speichert. Der Schal tungswiderstand RS begrenzt den Strom für die Aufladung von C. Je größer der Schaltungswiderstand RS gewählt ist, desto weniger wird die positive Amplitude des Stromsignals belastet. Die gespeicherte Spannung wird über den Wandler widerstand Rx in einen Bewertungsstrom i_B umgesetzt. Dieser amplituden abhängige Bewertungsstrom i_B dient als Führungsgröße für die Stromquelle SO, die am Eingang + des Komparators KO liegt. Die Stromquelle SO wird nach dem Erkennen des Nulldurchganges von positiver zu negativer Signalamplitude des Induktivgebersignals zugeschaltet. Über den Eingangswiderstand RE wird die Spannung am Eingang + des Komparators KO um den Wert i_B×k×RE angehoben, so daß auch der Rückschaltpunkt in gleichem Maße verschoben wird.

In Fig. 4 sind die Schaltpunkte der beschriebenen Vorgänge beim Nulldurch gang der Signalamplitude, das heißt bei der Grund-Triggerschwelle GSCHW, und beim Rückschaltpunkt, das heißt bei der nachgeführten Rückschalt-Trigger schwelle NSCHW, zusammen mit dem sich daraus ergebenden Ausgangssignal u_A des Komparators K= dargestellt.

In der Fig. 2 ist ferner eine Klammerschaltung mit zwei Dioden D1 und D2 vorgesehen, wobei die erste Diode D1 mit ihrer Kathode an der Versorgungs spannung und mit ihrer Anode am Eingang + des Komparators KO angeschlos sen ist, während die zweite Diode mit ihrer Anode an Masse und mit ihrer Kathode an dem Eingang + des Komparators KO liegt. Hierdurch wird das Induktivgebersignal, das um ein Vielfaches höhere Werte annehmen kann als die Versorgungsspannung VCC, etwa auf den Wert der Versorgungsspannung VCC begrenzt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ergibt sich durch den Bezug auf Massepotential stets eine zeitgenaue Triggerung beim Nulldurchgang des Induktivgebersignals, so daß das Ausgangssignal u_A praktisch ohne Zeitfehler an der entsprechenden Flanke geschaltet wird. Durch die Nachführung der Rückschalt-Triggerschwelle NSCHW werden die größeren Signalamplituden genutzt, um den Störabstand zu verbessern. Durch Umpolung des Induktivgebers IG könnte beispielsweise auch der Nulldurchgang von negativer zu positiver Signalamplitude des Induktivgeber signals u_G für die Grund-Triggerung und die abfallende Signalflanke für die Rückschalt-Tiggerung genutzt werden.

In den Fig. 3A und 3B ist verdeutlicht, daß eine nachgeführte Triggerschwel le beispielsweise auf den halben Wert der Amplitude (Fig. 3A) gegenüber einer festen Triggerschwelle FSCHW eine wesentliche Unterdrückung des Zeitfehlers t bringt. Dennoch kann bei einer solchen Nachführung der Triggerschwelle infolge nicht idealer Signalflanken oder wegen der Toleranzen der Nachführein richtung ein gewisser Zeitfehler auftreten. Ein weiterer Grund für den Zeitfehler liegt darin, daß beispielsweise bei der Drehzahl und/oder Positionserfassung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors die Nachführeinrichtung der Motordyna mik angepaßt ist und nicht unmittelbar den Amplitudenänderungen des Induktiv gebersignals folgt. Mit der beschriebenen Triggerung im Nulldurchgang werden die Zeitfehler minimiert.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines Induktivgebersignal, das über einen Eingangswiderstand einem mit einer amplitudenabhängigen Nachführungseinrichtung für eine Triggerschwelle verbundenen Eingang eines Komparators zugeführt ist, dessen anderer Eingang an ein Bezugs potential angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugspotential (UR) Masse gewählt ist, daß eine feste Grund-Triggerschwelle (GSCHW) in den Nulldurchgang des Induktivgebersignals (u_G) gelegt ist und daß mittels der Nachführeinrichtung (RS, D3, C, Rx, k, SO, SCH) die Rückschalt-Triggerschwelle (NSCHW) im Bereich nur einer Halbwelle nachgeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachführeinrichtung eine Spitzenwertgleichrichterschaltung (RS, D3, C) aufweist, mit der der Spannungs-Spitzenwert einer Halbwelle speicherbar ist,
daß die Nachführeinrichtung ferner derart ausgebildet ist, daß aus dem gespeicherten Spannungs-Spitzenwert über einen Wandlerwiderstand (Rx) ein mit einem Faktor (k) beaufschlagter Bewertungsstrom (i_B) abgeleitet ist,
der als Führungsgröße einer an den Eingang (+) des Komparators (KO) anschaltbaren Stromquelle (SQ) zugeführt ist, und
daß die Stromquelle (SQ) beim Erkennen des Nulldurchgangs in einer Richtung an den Eingang (+) des Komparators (KO) mittels eines Schal ters (SCH) angeschaltet und beim Erkennen des Durchgangs durch die mit der Führungsgröße im Sinne der Induktivgebersignalamplitude verschobe nen Rückschalt-Triggerschwelle in der anderen Richtung mittels des Schalters (SCH) von dem Eingang (-) getrennt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungseingang des Schalters (SCH) an dem Ausgang des Komparators (KO) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spitzenwertgleichrichterschaltung einen zwischen dem Induktiv geber (IG) und dem Eingangswiderstand (RE) angeschlossenen Schal tungswiderstand (RS), eine mit diesem in Serie geschaltete Gleichrichter diode (D3) sowie einen an deren Kathode angeschlossenen und auf Masse gelegten Kondensator (C) aufweist und
daß der Wandlerwiderstand (Rx) zwischen der Gleichrichterdiode (D3) und dem Kondensator (C) angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klammerschaltung mit zwei Dioden (D1, D2) vorgesehen ist, wobei die erste Diode (D1) mit ihrer Kathode an der Versorgungsspan nung (VCC) und mit ihrer Anode am Eingang (+) des Komparators (KO) und die zweite Diode (D2) mit ihrer Anode an Masse und mit ihrer Katho de an dem Eingang (+) des Komparators (KO) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (SQ) mit ihrem von dem Eingang (+) des Kompara tors (KO) abgekehrten Anschluß an der Spannungsversorgung (VCC) angeschlossen ist.

7. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Erfassung von Drehzahl und/oder Winkelposition der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors.

8. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der Spitzenwertgleichrichterschaltung (RS, D3, C) der Motordynamik angepaßt ist.