DE19632457C1 - Switching circuit for function monitoring for vehicle wheel RPM measuring sensor - Google Patents
Switching circuit for function monitoring for vehicle wheel RPM measuring sensorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sensors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring a sensor according to the preamble of Claim 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 569 924 A1 bekannt. Dort ist eine Schaltungsanord nung zur Überprüfung eines induktiven Sensors gezeigt, der über einen Ohm′schen Spannungsteiler zwischen Versor gungsspannung und Massepotential liegt, wodurch dem Sensor ausgangssignal eine Gleichspannung überlagert wird. Dieses aus einer Wechselspannungs- und einer Gleichspannungskom ponente bestehende Signal wird über ein Tiefpaßfilter gelei tet, welches höherfrequente Wechselspannungskomponenten abtrennt und die verbleibenden Signalkomponenten einem Komparator zuführt, der die mit der Gleichspannung über lagerte Wechselspannung in eine Rechteckimpulsfolge umwan delt. Eine nachfolgende Auswerteschaltung ermittelt die Zeitdauer zwischen Schnittpunkten der Flanken der Wechsel spannung und der Gleichspannung. Je kleiner die Amplitude der Wechselspannungskomponenten ist, desto kürzer ist die Zeitdauer, innerhalb der die Wechselspannungskomponente größer ist als die Gleichspannungskomponente, d. h. der Abstand zwischen ansteigender und abfallender Flanke eines Impulses wird kürzer, während die Impulslücke, d. h. der Abstand zwischen abfallender Flanke eines Impulses und ansteigender Flanke des nächsten Impulses länger wird. Aus diesen Zeitdauern kann man bestimmte Fehlerzustände erkennen und insbesondere den räumlichen Abstand bzw. Luftspalt zwischen dem induktiven Sensor und einem Geber, wie z. B. einem dem Sensor gegenüberliegenden Polrad. Mit dieser Schaltungsanordnung ist es jedoch nicht möglich, elektromagnetisch eingekoppelte Störsignale von Nutzsignalen des Sensors zu unterscheiden, wenn die Störsignale hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz in der Größenordnung des Nutzsignales liegen.Such a device is out EP 0 569 924 A1. There is a circuit arrangement shown for checking an inductive sensor, the via an ohmic voltage divider between the supplier voltage and ground potential, which causes the sensor output signal is superimposed on a DC voltage. This from an AC voltage and a DC voltage comm existing signal is delivered via a low pass filter tet, which has higher frequency AC components separates and the remaining signal components one Comparator feeds the over with the DC voltage stored alternating voltage umwan in a rectangular pulse train delt. A subsequent evaluation circuit determines the Time between intersections of the edges of the changes voltage and the DC voltage. The smaller the amplitude of AC components, the shorter it is Time period within which the AC component is greater than the DC component, i.e. H. of the Distance between rising and falling edge of a Pulse becomes shorter while the pulse gap, i. H. of the Distance between falling edge of a pulse and rising edge of the next pulse becomes longer. From these time periods one can determine certain error conditions recognize and in particular the spatial distance or Air gap between the inductive sensor and an encoder, such as B. a magnet wheel opposite the sensor. With this circuit arrangement, however, it is not possible electromagnetic interference signals of useful signals distinguish the sensor when the interference signals in terms of amplitude and / or frequency in the order of magnitude of the useful signal.
Die DE 44 43 941 A1 geht von einem Sensor aus, der drei Anschlüsse für Spannungsversorgung, Massepotential und ein Meßsignal aufweist. Zur Überprüfung der Anschlußkabel des Sensors werden dort zeitlich nacheinander der Spannungs versorgungsanschluß und der Masseanschluß anstelle des Sensormeßwertes auf den Sensorausgangsanschluß durchge schaltet. Eine mit dem Sensorausgangsanschluß verbundene Auswerteeinheit vergleicht während dieser Umschaltzustände die zugeführten Spannungspegel mit vorgegebenen Vergleichs pegeln und erkennt so bestimmte Fehler des Sensors und des Anschlußkabels. Da bei vielen Sensoren die Amplitude des Nutzsignales in der Größenordnung zwischen Massepotential und Versorgungsspannung liegen kann und somit ein kurz zeitiges Durchschalten von Massepotential oder Versorgungs spannung anstelle des Sensormeßausganges Impulse erzeugt, die in der Größenordnung des Nutzsignales liegen, ist bei dieser bekannten Vorrichtung vorgesehen, daß die Minima und Maxima des Sensornutzsignales einen vorgegebenen Mindest abstand, d. h. eine Spannungsdifferenz gegenüber der Versor gungsspannung bzw. dem Massepotential aufweisen müssen, wodurch man anhand des Absolutwertes der bei den einzelnen Schaltzuständen gemessenen Spannung zwischen dem Sensor ausgangssignal, dem Massepotential und der Versorgungs spannung unterscheiden kann. Weiter ist zu berücksichtigen, daß bei dieser bekannten Vorrichtung der eigentliche Meß vorgang unterbrochen wird und während des Prüfvorganges kein Nutzsignal zur Verfügung steht.DE 44 43 941 A1 is based on one sensor, the three Connections for power supply, ground potential and has a measurement signal. For checking the connection cable of the sensor there the voltage in succession supply connection and the ground connection instead of Sensor measured value on the sensor output connection switches. One connected to the sensor output connector The evaluation unit compares during these switching states the supplied voltage levels with given comparison level and thus recognizes certain errors of the sensor and of the connection cable. Because with many sensors the amplitude of the useful signal in the order of magnitude between ground potential and supply voltage can be and therefore a short early switching of ground potential or supply voltage generates pulses instead of the sensor measurement output, which are in the order of magnitude of the useful signal is at this known device provided that the minima and maxima of the sensor useful signal a predetermined minimum distance, d. H. a voltage difference compared to the Versor supply voltage or the ground potential, which is based on the absolute value of the individual Switching states measured voltage between the sensor output signal, the ground potential and the supply can differentiate voltage. It must also be taken into account that in this known device the actual measurement process is interrupted and during the test process no useful signal is available.
Aus der DE 42 21 196 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer induktiven Schaltung, die auch ein induktiver Sensor sein kann, bekannt, die eine Filter schaltung aufweist. Zu einem Zeitpunkt, zu dem keine Spannung in dem induktiven Sensor induziert wird, der Sensor also inaktiv ist, wird ein Testzyklus durchgeführt, bei dem durch die Filterschaltung und den Sensor ein vorgegebener Strom geleitet wird, der hinsichtlich seines Potentialver laufes ausgewertet wird. Es wird also das Einschwingverhalten des Sensors und der Filterschaltung überwacht. Aus den zeitlichen Änderungen dieses Potentialverlaufes können bestimmte Fehler, wie Kurzschlüsse oder Leitungsunter brechungen, erkannt werden. Dieser Test kann aber nur dann durchgeführt werden, wenn der Sensor inaktiv ist. Ist der Sensor beispielsweise ein Raddrehzahlsensor eines Kraft fahrzeuges, so kann der Test nur bei Stillstand des Fahr zeuges durchgeführt werden. Da viele elektromagnetische Störsignale aber erst durch das Laufen des Motors oder eine Bewegung des Fahrzeuges eingekoppelt werden, können viele in der Praxis auftretende Fehlerzustände damit nicht erkannt werden.DE 42 21 196 A1 describes a circuit arrangement for Monitoring an inductive circuit, which is also a inductive sensor can be known, which is a filter circuit. At a time when there is no tension is induced in the inductive sensor, ie the sensor is inactive, a test cycle is carried out in which a predetermined by the filter circuit and the sensor Current is conducted, the potential ver is being evaluated. So it becomes the transient response of the sensor and the filter circuit are monitored. From the changes over time in this potential curve certain faults, such as short circuits or line unders refractions, are recognized. This test can only then be carried out when the sensor is inactive. Is the Sensor, for example, a wheel speed sensor of a force vehicle, the test can only be carried out when the vehicle is stationary be carried out. Because many electromagnetic Interference signals but only by running the engine or a movement of the vehicle can be coupled many of the error states that occur in practice are not be recognized.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie Nutz- und eingekoppelte Störsignale sicher voneinander unterscheiden kann, wobei zumindest bei ungestörtem Betrieb des Sensors eine kontinuierliche Auswertung dessen Meßsignals möglich ist. The object of the invention is the circuit arrangement of the improve the type mentioned in that they Useful and coupled interference signals safely from each other can distinguish, at least with undisturbed operation the sensor continuously evaluates its measurement signal is possible.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the specified in claim 1 Features resolved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entneh men.Advantageous refinements and further Formations of the invention can be found in the dependent claims men.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, das Aus gangssignal des Sensors galvanisch von der Auswerteschaltung zu entkoppeln, das galvanisch entkoppelte Ausgangssignal des Sensors einer Auswerteschaltung mit Speichereinheit zuzuführen und die beiden Zuleitungen zum Sensor in einem Leitungsabschnitt zwischen dem Sensor und der galvanischen Entkopplung abwechselnd kurzzeitig mit Massepotential zu verbinden, wodurch eingekoppelte Störsignale kurzgeschlossen und aus dem Gesamtsignal entfernt werden. Somit wird sich das vom Operationsverstärker erfaßte galvanisch entkoppelte Signal während des Prüfvorganges von dem zuvorgehenden oder nachfolgenden normalen Meßbetrieb unterscheiden, was erfaßt und ausgewertet werden kann. Damit lassen sich Feh lerzustände durch eingekoppelte Wechselspannungskomponenten eindeutig erkennen. Der Prüfvorgang, d. h. das abwechselnde Verbinden der Zuleitungen des Sensors mit Massepotential kann während des laufenden Meßbetriebes des Sensors durch geführt werden, ohne daß dessen Nutzsignal durch diesen Prüfvorgang verfälscht wird. Die Überprüfung kann damit zu beliebigen Zeitpunkten durchgeführt werden und muß nicht, wie beim Stand der Technik, zu genau definierten Betriebsbe dingungen, wie z. B. bei Stillstand eines Fahrzeuges durchge führt werden.The basic principle of the invention is the end output signal of the sensor galvanically from the evaluation circuit to decouple the galvanically decoupled output signal the sensor of an evaluation circuit with memory unit feed and the two leads to the sensor in one Line section between the sensor and the galvanic Decoupling alternately briefly with ground potential connect, causing short-circuited interference signals and be removed from the overall signal. Thus will the galvanically decoupled detected by the operational amplifier Signal during the test process from the previous one or subsequent normal measuring operation distinguish what can be recorded and evaluated. This makes it possible to Learning states through coupled AC voltage components clearly recognize. The testing process, d. H. the alternate Connect the leads of the sensor to ground potential can by during the current measuring operation of the sensor be performed without its useful signal through this Test process is falsified. The review can do so be carried out at any time and need not, as in the prior art, to precisely defined operating areas conditions such as B. at standstill of a vehicle leads.
Vorzugsweise wird das galvanisch entkoppelte Ausgangssignal des Sensors über einen Operationsverstärker dem Mikrocontrol ler zugeführt und dort ausgewertet. Es ist aber auch möglich, die Spannungen an den Meßleitungen gegenüber einem Bezugs potential, wie z. B. Massepotential, zu messen und mit den Werten vor und während des Prüfvorgangs zu vergleichen.The galvanically decoupled output signal is preferred the sensor via an operational amplifier to the microcontrol fed and evaluated there. But it is also possible the voltages on the measuring lines compared to a reference potential, such as B. ground potential to measure and with the Compare values before and during the test process.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Schaltvor gang, bei dem abwechselnd eine der Sensorausgangsleitungen mit Masse verbunden wird, vom Mikrocontroller überwacht. According to a development of the invention, the Schaltvor gear, in which one of the sensor output lines alternately is connected to ground, monitored by the microcontroller.
Das galvanisch entkoppelte Sensorausgangssignal wird zusätz lich über einen Komparator dem Mikrocontroller zugeführt. Der Komparator bildet - wie bei bestimmten Sensoren, wie z. B. Raddrehzahlsensoren üblich - aus dem meist sinusförmigen Sensorausgangssignal ein Rechtecksignal, dessen Flanken ausgewertet werden. Ist die eingekoppelte Störspannung hinsichtlich Frequenz und/oder Amplitude derart, daß die Störspannungskomponente ein Durchschalten des Komparators zur Folge hat, während im Vergleich dazu das Nutzsignal ein vollkommen anderes Schaltverhalten des Komparators bewirken würde, beispielsweise eine vollkommen andere Fre quenz oder Impulsbreite, so kann dieser Fall allein durch Auswerten des Ausgangssignales des Komparators erkannt werden, da sich während des Prüfvorganges das Komparatoraus gangssignal hinsichtlich Frequenz oder Impulsbreite bzw. Breite der Impulspausen signifikant von dem normalen Betrieb unterscheidet.The galvanically decoupled sensor output signal is additional Lich fed to the microcontroller via a comparator. The comparator forms - as with certain sensors, how e.g. B. Wheel speed sensors common - from the mostly sinusoidal Sensor output signal is a square wave whose edges be evaluated. Is the coupled interference voltage in terms of frequency and / or amplitude such that the Interference voltage component a switching of the comparator entails, while in comparison the useful signal a completely different switching behavior of the comparator would cause, for example, a completely different Fre quenz or pulse width, this case can be done by Evaluation of the output signal of the comparator detected as the comparator turns off during the test process output signal with regard to frequency or pulse width or Width of the pulse pauses significantly from normal operation differs.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert.In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game in connection with the drawing in more detail explained.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Sensor 1, der beispielsweise ein generatorischer, induktiver Sensor zum Erfassen der Drehzahl eines Rades ist. Dieser Sensor 1 ist über eine zweipolige Leitung 2, 2′ von belie biger Länge mit einem Regelgerät 3 verbunden, welches auch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung aufweist. Bei Sensoren dieser Art kann es vorkommen, daß über die Leitung 2, 2′ elektromagnetische Störimpulse eingespeist werden, was insbesondere dann auftritt, wenn eine der beiden Lei tungen 2, 2′ einen Kurzschluß oder Nebenschluß zu Masse potential hat, was durch Widerstände 4 und 4′ angedeutet ist, die jeweils eine der beiden Leitungen 2 bzw. 2′ mit Massepotential verbinden. Solche Störsignale können vom auswertenden Regelgerät nicht von Nutzsignalen unterschieden werden. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung sieht daher vor, daß der Sensor 1 und dessen Zuleitungen 2 und 2′ zwischen einen Spannungsteiler geschaltet werden, der aus den Widerständen 5 und 5′ besteht und dem Sensorausgangs signal eine Gleichspannungskomponente überlagert. Der Wider stand 5 liegt dabei an Versorgungsspannung, der Widerstand 5′ an Massepotential. Die beiden Widerstände 5 und 5′ sind vorzugsweise gleich groß, so daß der Sensor 1 symmetrisch zwischen dem Spannungsteiler 5, 5′ liegt. Sie können aber auch unterschiedliche Werte annehmen, ohne daß dadurch die Funktionsfähigkeit der Erfindung beeinträchtigt würde. Die auf den Leitungen 2 und 2′ ankommenden Signale, die Nutz- und Störsignale enthalten können, werden über zwei in die Zuleitungen 2 und 2′ geschaltete Kondensatoren 6 und 6′ galvanisch getrennt zu einem Komparator 7 geführt, der mit einem Mikrocontroller 10 verbunden ist. Weiter wird das galvanisch entkoppelte Sensorsignal über einen Operationsverstärker 8 dem Mikrocontroller 10 oder einer sonstigen Auswerteschaltung zugeführt.The single figure shows a circuit arrangement with a sensor 1 , which is, for example, a generator, inductive sensor for detecting the speed of a wheel. This sensor 1 is connected via a two-pole line 2 , 2 'of arbitrary length to a control device 3 , which also has the circuit arrangement according to the invention. In sensors of this type, it can happen that electromagnetic interference pulses are fed via the line 2 , 2 ', which occurs particularly when one of the two lines 2 , 2 ' has a short circuit or shunt potential to ground, which is caused by resistors 4 and 4 'is indicated, each connecting one of the two lines 2 and 2 ' with ground potential. Such interference signals cannot be distinguished from useful signals by the evaluating control device. The circuit arrangement according to the invention therefore provides that the sensor 1 and its leads 2 and 2 'are connected between a voltage divider, which consists of the resistors 5 and 5 ' and the sensor output signal superimposed on a DC component. The opponent was 5 is the supply voltage, the resistance 5 'to ground potential. The two resistors 5 and 5 'are preferably the same size, so that the sensor 1 is symmetrical between the voltage divider 5 , 5 '. However, they can also assume different values without the functionality of the invention being impaired thereby. The signals arriving on lines 2 and 2 ', which may contain useful and interference signals, are electrically isolated via two capacitors 6 and 6 ' connected to leads 2 and 2 'to a comparator 7 which is connected to a microcontroller 10 . Furthermore, the galvanically decoupled sensor signal is fed to the microcontroller 10 or another evaluation circuit via an operational amplifier 8 .
Beide Leitungen 2 und 2′ können jeweils für sich durch Transistoren 9 bzw. 9′ mit Massepotential verbunden werden. Der Mikrocontroller 10 schaltet während eines Prüfzyklus in vorgegebenen Zeitintervallen abwechselnd einen der beiden Transistoren 9 bzw. 9′ durch, so daß die jeweilige Leitung 2 bzw. 2′ mit Masse verbunden wird. Das Schalten der Transis toren 9 bzw. 9′ wird durch eine RC-Schaltung 11, 12 bzw. 11′, 12′ vom Mikrocontroller 10 überwacht.Both lines 2 and 2 'can each be connected to ground potential by transistors 9 and 9 '. The microcontroller 10 alternately switches one of the two transistors 9 and 9 'during a test cycle at predetermined time intervals, so that the respective line 2 and 2 ' is connected to ground. The switching of the transis gates 9 and 9 'is monitored by an RC circuit 11 , 12 and 11 ', 12 'from the microcontroller 10 .
Der Mikrocontroller 10 vergleicht die Amplitude der vom Operationsverstärker 8 verstärkten Sensorspannung vor und während des Einschaltens der Transistoren 9 und 9′.The microcontroller 10 compares the amplitude of the sensor voltage amplified by the operational amplifier 8 before and during the switching on of the transistors 9 and 9 '.
Liegt ein Fehlerfall vor, beispielsweise ein Kurzschluß oder Nebenschluß, der durch die Widerstände 4 und 4′ dar gestellt ist, und wird dadurch durch eine Störquelle ein Wechselspannungssignal eingekoppelt, so ist die dem Mikro controller zugeführte Sensorspannung unterschiedlich, je nachdem, ob einer der beiden Transistoren 9 oder 9′ einge schaltet ist oder nicht. Liegt kein Störfall vor, so ist die vom Operationsverstärker 8 dem Mikrocontroller zugeführte Sensorspannung unabhängig vom Schaltzustand der Transistoren 9 und 9′. Vielmehr wird dadurch lediglich das Potential des Sensors relativ zu Masse verschoben, was durch die galvanische Entkopplung durch die Kondensatoren 6 und 6′ ohne Einfluß auf das galvanisch entkoppelte Signal ist.If there is a fault, for example a short circuit or shunt, which is provided by the resistors 4 and 4 ', and thereby an AC voltage signal is coupled in by an interference source, the sensor voltage supplied to the microcontroller is different, depending on whether one of the two Transistors 9 or 9 'is turned on or not. If there is no fault, the sensor voltage supplied by the operational amplifier 8 to the microcontroller is independent of the switching state of the transistors 9 and 9 '. Rather, it only shifts the potential of the sensor relative to ground, which is due to the galvanic decoupling through the capacitors 6 and 6 'without affecting the galvanically decoupled signal.
Liegt dagegen ein Störfall vor und wird beispielsweise über die Leitung 2 ein Störsignal eingekoppelt, so wird dieses beim Durchschalten des Transistors 9 kurzgeschlossen und verschwindet während der Einschaltdauer des Transistors 9. Somit kann mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ein Störfall von einem normalen Betriebsfall unterschieden werden.In contrast, if a malfunction has occurred, and is for example coupled in an interference signal on the line 2, so this is short-circuited in the turn on of the transistor 9 and disappears during the duty cycle of the transistor. 9 A fault can thus be distinguished from a normal operating case using the circuit arrangement described.
Ist der Fehler (Kurzschluß) im Sensor selbst, so wird auch das erkannt, da ein Teil der Störspannung kurzgeschlossen wird. Ist der Fehler sensormittig, so wirkt er sich nicht aus, da er als Gleichtaktstörung von der Schaltung unterdrückt wird.If the error (short circuit) is in the sensor itself, so will that recognized because part of the interference voltage short-circuited becomes. If the error is sensor-centered, it has no effect off as it is a common mode noise from the circuit is suppressed.
Wird ein Störfall erkannt, so kann der Mikrocontroller eine Fehlermeldung ausgeben und ein Regelgerät, wie z. B. eine Blockierschutzeinrichtung bei einem Kraftfahrzeug, außer Betrieb setzen.If a malfunction is detected, the microcontroller can issue an error message and a control device such. B. an anti-lock device in a motor vehicle, take out of order.
Claims (9)
daß zwischen die Anschlußleitungen (2, 2′) und dem Komparator (7) eine galvanische Entkopplung (6, 6′) geschaltet ist,
daß Schalteinrichtungen (9, 9′) vorgesehen sind, die die Anschlußleitungen (2, 2′) zwischen dem Sensor (1) und der galvanischen Entkopplung (6, 6′) abwechselnd für je eine vorgegebene Zeitdauer mit Massepotential verbinden, und
daß die Auswerteeinheit (10) das galvanisch entkoppelte Sensorausgangssignal bei aktivierter Schalteinrichtung (9, 9′) mit dem galvanisch entkoppelten Sensorausgangs signal bei zuvor oder danach inaktiver Schalteinrich tung vergleicht.1. Circuit arrangement for checking a sensor, the connecting lines of which are connected by means of a voltage divider circuit between a supply voltage and ground and are connected to input connections of a comparator, the output of which is connected to an evaluation unit, characterized in that
that a galvanic decoupling ( 6 , 6 ') is connected between the connecting lines ( 2 , 2 ') and the comparator ( 7 ),
that switching devices ( 9 , 9 ') are provided which connect the connecting lines ( 2 , 2 ') between the sensor ( 1 ) and the galvanic decoupling ( 6 , 6 ') alternately for a predetermined period of time with ground potential, and
that the evaluation unit ( 10 ) compares the galvanically decoupled sensor output signal with activated switching device ( 9 , 9 ') with the galvanically decoupled sensor output signal with previously or subsequently inactive switching device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |