DE19602359A1

DE19602359A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Drehzahlsensors

Info

Publication number: DE19602359A1
Application number: DE1996102359
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Sommer; Norbert Ehmer
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-07-31
Also published as: WO1997027488A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung eines Drehzahlsensors oder Drehbewegungssensors, der aus einem mit dem Rad, das die zu messende Drehbewegung ausführt, umlau fenden Meßwertgeber und aus einem stationären Meßwertaufnehmer besteht, der ein die Drehbewegung darstellendes Ausgangssignal liefert. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah rens gehört ebenfalls zur Erfindung.

Ein derartiges Überwachungsverfahren wird beispielsweise für Kraftfahrzeug-Regelungssysteme benötigt, bei denen das mit Raddrehzahlsensoren gemessene Signal die wichtigste oder gar alleinige Eingangsgröße des Regelungssystems ist. Hierzu zäh len u. a. Systeme zur Blockierschutzregelung (ABS) oder An triebsschlupfregelung (ASR), Systeme zur elektronischen Rege lung der Bremskraftverteilung (EBV), zur Fahrstabilitätsrege lung (FSR, ASMS) und dergleichen.

Bei diesen Systemen ist üblicherweise jedes Fahrzeugrad mit einem Drehzahlsensor ausgerüstet. Ein fehlerhaftes Sensor signal hätte zumindest eine Verschlechterung der Regelung zur Folge oder könnte sogar sicherheitskritische Situationen her beiführen. Eine Überwachung des Sensorsignals ist daher in der Praxis unbedingt erforderlich.

Es sind bereits Verfahren und Schaltungsanordnungen bekannt, mit denen ein Sensorausfall, eine Leitungsunterbrechung, Sen sorkurzschluß oder dergleichen festgestellt werden kann. Grundsätzlich ist es jedoch schwierig, Defekte zu erken nen, die nicht zum völligen Ausfall des Signals, sondern le diglich zu einer Signalverfälschung führen.

Fehler, die eine erhebliche Geschwindigkeitsänderung bzw. sprunghafte Änderung der aus dem Sensorsignal errechneten Drehgeschwindigkeit zur Folge haben, lassen sich durch Plausi bilitätskriterien erkennen und von regelungsbedingten Signal änderungen unterscheiden, weil solche sprunghaften Änderungen physikalisch nicht möglich sind.

Ferner bereitet es Schwierigkeiten , aus dem Verlauf des Sensor-Ausgangssignals oder der errechneten Geschwindigkeit Fehler zu erkennen, die durch mechanische Defekte oder, wenn der Meßwertgeber eine Zahnscheibe ist, durch einen oder meh rere verbogene Zähne, herausgebrochene Zähne etc. verursacht sind. Bei einem bekannten Drehzahlsensor für ein Kraftfahrzeug-Antiblockiersystem führt bereits ein einziger verbogener oder entfernter Zahn der Meßwertgeber-Zahnscheibe zu einer Änderung der errechneten Radgeschwindigkeit von 10 km/h oder von 20 km/h bei "halber Zähnezahl", d. h. bei Aus wertung sowohl der fallenden als auch der ansteigenden Flanke des Signals, das von den einzelnen Zähnen des Meßwertgebers während einer Drehbewegung hervorgerufen wird.

Aus der DE 41 22 484 A1 (P 7203) ist bereits eine Schaltungs anordnung zur Erkennung von Radsensordefekten bekannt, die ebenfalls auf der Auswertung der Sensor-Ausgangssignale be ruht. Diese Schaltungsanordnung ist für ein Kraftfahrzeug-Re gelungssystem, wie ABS, ASR usw. vorgesehen. Nach dieser Schrift werden die Geschwindigkeit, Verzögerung und Beschleu nigung der einzelnen Räder errechnet, und es werden diese Wer te untereinander sowie mit vorgegebenen Schwellwerten vergli chen. Treten Signale oder Signalkombinationen auf, die für Sensordefekte typisch sind, wird die Regelung, d. h. Blockierschutz- oder Antriebsschlupfregelung, abgeschaltet vorgesehen

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Drehzahlsensors zu entwickeln, mit dem auch mechanische Defekte, insbesondere verbogene oder fehlende Zähne bzw. die durch solche Fehler verursachten Signaländerun gen, erkannt und von regelungsbedingten Drehgeschwindigkeits änderungen des Rades unterschieden werden können.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst werden kann. Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, daß kurzzeitige Änderungen oder Einbrüche des Ausgangssignals, die für mechanische Defek te des Meßwertgebers, wie verbogene oder entfernte Zähne, cha rakteristisch sind, und die sich nach jeder vollen Umdrehung des Meßwertgebers wiederholen, erfaßt und zur Fehlererkennung bzw. Defekterkennung ausgewertet werden.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Vorliegen eines Fehlers erst dann signalisiert, wenn die kurzzeitigen Signaländerungen oder Signaleinbrüche in ei ner vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen, z. B. in 10 aufein anderfolgenden Radumdrehungen auftreten.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, die infolge eines Zahndefektes auftretenden Änderungen der errechneten Drehgeschwindigkeiten zur Erfassung der kurzzeitigen Signal änderungen oder -einbrüche und zur Fehlererkennung auszuwer ten.

Einige weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens sind in Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß mechanische Defekte, wie verbogene oder fehlende Zähne des Meßwertgebers, und die von solchen Defekten hervorgerufenen Signaländerungen erkannt und von Drehzahländerungen unterschieden werden kön nen, wenn die für solche Defekte typischen Signaländerungen und die Wiederholung dieser Signaländerungen nach jeder vollen Radumdrehung zur Fehlererkennung ausgenutzt werden. Die Erken nung wird zusätzlich dadurch abgesichert, daß das Vorliegen eines Defektes erst dann signalisiert wird, wenn die charakte ristische Signaländerung in einer bestimmten Anzahl von auf einanderfolgenden Radumdrehungen auftritt. Fälschliche Fehler meldungen werden dadurch mit hoher Zuverlässigkeit vermieden.

Die erfindungsgemäße Sensorüberwachung erfordert keinen zu sätzlichen Herstellungsaufwand, weil sie allein auf der Analy se des Sensorausgangs- oder des Geschwindigkeitssignals be ruht. Es werden bisher nicht feststellbare Defekte erkannt. Außerdem funktioniert die Fehlererkennung bereits bei relativ geringen Geschwindigkeiten; sie ist unabhängig davon, ob die Geschwindigkeitsberechnung auf Auswertung der ganzen oder der halben Zähnezahl beruht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung weiterer Ein zelheiten anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen

Fig. 1 im Diagramm das typische Verhalten des Sensorausgangs signals und der errechneten Radgeschwindigkeit als Fol ge eines Zahndefektes,

Fig. 2 im Diagramm in vergrößerter Darstellung die Änderung des Sensor-Ausgangssignals nach Entfernung von zwei Meßwertgeberzähnen und

Fig. 3 im Funktionsbild die wichtigsten Komponenten einer Schaltungsanordnung zur Fehlersignalisierung nach einer vorgegebenen Zahl von hintereinander auftretenden cha rakteristischen Signaländerungen.

In Fig. 1 sind schematisch vereinfacht das Ausgangssignal u(t) eines Radsensors und die errechnete Geschwindigkeit v_R(t) die ses Rades wiedergegeben. Während des dargestellten Beobach tungszeitraums von 350 ms, der durch die senkrechten, gestri chelten Linien in Arbeitstakte von 7 ms unterteilt ist, fährt das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit von 45 km/h; es handelt sich hier um eine Geschwindigkeitsberechnung mit Hilfe eines Mikrocomputer bzw. Mikrocontrollersystems, das mit dem Arbeitstakt von 7 ms betrieben wird.

Das Ausgangssignal u(t) des Sensors ist im dargestellten Bei spiel näherungsweise sinusförmig, beträgt wenige Volt und be sitzt eine Amplitude von ± u₀.

Schließlich sind in dem Diagramm nach Fig. 1 noch die Trigger pulse, nämlich die von den Zähnen des Meßwertgebers ausgelö sten, von dem sinusförmigen Ausgangssignal u(t) des Radsensors bzw. des Meßwertaufnehmers dieses Sensors hervorgerufenen Pul se wiedergegeben.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, macht sich in den Zeitspannen T₁, T₂ bzw. T₁′,₁ T₂′ ein Sensordefekt bemerkbar. Es handelt sich in diesem Beispiel um einen oder mehrere verbogene oder herausge brochene Zähne. In den Zeitspannen T₁, T₂ wird infolge des Zahndefektes das sinusförmige Ausgangssignal u(t) des Radsen sors bzw. Meßwertgebers dieses Sensors "verformt". Dies führt im dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Frequenz des Ausgangssignals u(t) zur Berechnung der Radgeschwindigkeit v_R(t) ausgewertet wird, zu einem kurzzeitigen Signaleinbruch oder Geschwindigkeitseinbruch während der Zeitspannen T₁′, T₂′. Durch den Zahndefekt wird also eine plötzliche Verzöge rung des Rades vorgetäuscht, der eine Wiederbeschleunigung bis zum Erreichen der Fahrzeuggeschwindigkeit von 45 km/h folgt.

Diese kurzzeitigen, von dem Zahndefekt ausgelösten Signalein brüche wiederholen sich in dem dargestellten Beispiel in glei cher Form nach einer vollen Radumdrehung, wofür nach der Ab bildung (Fig. 1) ca.140 ms benötigt werden. Aus dem charakteri stischen Signaleinbruch und der Wiederkehr nach jeweils einer vollen Radumdrehung wird erfindungsgemäß auf das Vorliegen eines Sensordefektes, insbesondere auf einen verbogenen oder herausgebrochenen Zahns, oder auch mehrere benachbarte Zähne, geschlossen.

In Fig. 2 ist quasi als Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab der Verlauf der Ausgangsspannung u(t) des Radsensors bei konstanter Drehgeschwindigkeit des Rades wiedergegeben. Eingetragen sind in Fig. 2 die Ansprechschwellen (Trigger Le vel) der zugehörigen Triggerschaltung. Durch den Zahndefekt fallen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vier Trigger pulse aus, weil die Amplituden des näherungsweise sinusförmi gen Ausgangssignals u(t) infolge des Defektes kurzzeitig die Ansprechschwellen des Triggers (trigger level) nicht errei chen. Dies hat wiederum, wie in Fig. 1 dargestellt und anhand dieser Fig. erläutert wurde, den kurzzeitigen Einbruch des errechneten Radgeschwindigkeitssignals v_R(t) zur Folge.

Erfindungsgemäß führen die kurzzeitigen Einbrüche des Sensor- Ausgangssignals und des daraus errechneten Radgeschwindig keitsignals erst dann zur Fehlererkennung bzw. Signalisierung eines Sensordefektes, wenn diese Einbrüche sich mehrmals in direkter Folge nach jeder Radumdrehung wiederholen. Dies ver anschaulicht die Schaltungsanordnung nach Fig. 3, die natür lich auch durch ein entsprechendes Computerprogramm verwirk licht werden kann. Heutzutage werden Regelungssysteme der hier beschriebenen Art vorzugsweise auf Basis von programmgesteuer ten Schaltungen, wie Mikrocomputer oder Mikrocontroller reali siert, bei denen die Geschwindigkeitsberechnung im vorgegebe nen Arbeitstakt von z. B. 7 ms erfolgt und wiederholt wird.

Nach Fig. 3 wird aus dem Ausgangssignal u(t) eines Radsensors oder aus dessen Frequenz in einem Schaltungsteil oder Pro grammteil 1 die Radgeschwindigkeit V_R berechnet. Symbolisch dargestellt sind ein Meßwertgeber G in Form einer Zahnscheibe und ein Meßwertaufnehmer A. In einem Schaltungsblock 2 er folgt anschließend die Analyse und Überprüfung nach periodi schen, d. h. nach jedem Radumlauf erneut auftretenden Signal änderungen oder Signaleinbrüchen. Sobald sich solche periodi schen Störungen oder Signaleinbrüche ereignen, wird ein Zähler 3, der die Anzahl der vollen Radumdrehungen ermittelt, gestar tet und außerdem ein Überwachungsfenster 4 geöffnet, das die Dauer der Signaleinbrüche erfaßt und dadurch feststellt, ob es sich tatsächlich um kurzzeitige, für Zahndefekte charakteri stische Signaländerungen handelt. Das Überwachungsfenster 4 wird von dem Ausgangssignal des Schaltungsblockes 2 nach jeder vollständigen Radumdrehung "geöffnet".

Das Ausgangssignal des Überwachungsfensters 4 enthält also die Information, daß es sich bei dem aufgetretenen Signaleinbruch bzw. bei der aufgetretenen Signaländerung um eine periodische, für Zahndefekte charakteristische, kurzzeitige Störung han delt. In einem zweiten Zähler 5 werden nun diese periodisch auftretenden, für Zahndefekte charakteristischen Fehler ge zählt. In einem anschließenden Subtrahierer 6 wird die Anzahl der direkt aufeinanderfolgenden periodischen, charakteristi schen Fehlersignale mit einer durch eine Schaltung 7 vorgege benen Zahl verglichen; diese Zahl stellt die erforderliche Anzahl von direkt aufeinanderfolgenden periodischen Störungs signale dar, die erreicht werden muß, damit es zu einer Feh lererkennung kommt.

Im dargestellten Beispiel wird die Unterdrückung von Störun gen, die nur einige Male auftreten, durch den Subtrahierer 6 gelöst, der die durch die Schaltung 7 vorgegebene Zahl K wenn die periodischen Fehler auftreten, nach jeder Radumdre hung schrittweise erniedrigt, bis schließlich, symbolisiert durch eine Verzweigung 8, das Erreichen der vorgegebenen An zahl K von hintereinanderfolgenden Fehlern festgestellt und "Fehlererkennung" signalisiert wird. Bei jedem Nein "N" am Ausgang der Verzweigung 8 wird der Zähler 3 zurückgestellt.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde "Fehlererken nung" signalisiert, sobald in K=10 aufeinanderfolgenden Rad umdrehungen der periodische Fehler auftrat.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines Drehzahlsensorssensors, der aus einem mit dem Rad, das die zu messende Drehbewegung ausführt, umlaufenden Meßwertgeber und aus einem Meßwert aufnehmer besteht, der ein die Drehbewegung darstellendes Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß kurz zeitige Änderungen oder Einbrüche des Ausgangssignals (u(t), v(t)), die für mechanische Defekte des Meßwertgebers typisch sind und die sich nach jeder vollen Umdrehung des Meßwertgebers wiederholen, erfaßt und zur Fehlererkennung ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererkennung erfolgt bzw. Fehlererkennung signalisiert wird, wenn die kurzzeitigen Signaländerungen oder -einbrü che in einer vorgegebenen Anzahl (K) von Umdrehungen in Folge auftreten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der errechneten Drehgeschwindigkeiten zur Erfassung der kurzzeitigen Signaländerungen oder Si gnaleinbrüche und Fehlererkennung ausgewertet werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zur Überwachung eines Drehzahlsensors (G, A), der als Meßwertgeber(G) eine Zahn scheibe oder dergleichen besitzt, verwendet wird und zur Erkennung von verbogenen Zähnen oder Zahnlücken (fehlenden Zähnen) dient.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zur Überwachung eines Drehzahlsensors (G, A) verwendet wird, der ein Ausgangssi gnal (u(t)) liefert, dessen Frequenz und/oder dessen Am plitude die Drehbewegung darstellt.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß diese Schaltkreise (1-8) enthält oder Pro grammschritte umfaßt, die kurzzeitige, für mechanische Sen sordefekte charakteristische und nach jeder vollen Radum drehung auftretende Störsignale zählen und die eine Fehler erkennung auslösen, wenn sich die charakteristischen Stö rungen in einer vorgegebenen Anzahl (K) von aufeinanderfol genden vollen Radumdrehungen wiederholen.