DE19822843A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur hochauflösenden Bestimmung der Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl einer Welle - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur hochauflösenden Bestimmung der Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl einer Welle

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DE19822843A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl einer Welle (52). Hierfür wird mittels eines eine drehfest mit der Welle verbundene Codierscheibe (54) aufweisenden inkrementalen Drehwinkelsensors (10) ein sinusförmig variierendes Analogsignal abgetastet und über einen Analog/Digital-Wandler (14) in Digitalwerte umgesetzt. Die Digitalwerte lassen sich in einer elektronischen Auswerteeinheit (20) durch geeignete Filter- und Normierungsroutinen (64, 68) rechnerisch aufbereiten und mit in einem Speichermittel (70) hinterlegten Referenzdaten vergleichen, um auf diese Weise hochaufgelöste Drehwinkelinformationen zu erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Schaltungsan­ ordnung zur hochauflösenden Bestimmung der Drehwinkel­ stellung und/oder Drehzahl einer Welle, insbesondere der Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine.
Zur Drehwinkelerfassung ist es bekannt, Drehwinkelsen­ soren bzw. Winkelcodierer einzusetzen, die eine mit Um­ fangsmarkierungen versehene, mit der Meßwelle drehfest verbundene Codierscheibe und einen ortsfesten Meßfühler aufweisen, welcher beim berührungslosen Abtasten der Markierungen ein periodisches Analogsignal liefert. Das Analogsignal in Digitalimpulse gewandelt und die Dreh­ winkelinformation durch Impulszählung gewonnen. Die er­ reichbare Auflösung ist damit durch den Winkelabstand der Markierungen der Codierscheibe begrenzt, wobei un­ ter Berücksichtigung der erforderlichen mechanischen Stabilität bzw. Standzeit und des geforderten geringen Herstellungsaufwandes keine signifikanten Auflösungs­ steigerungen möglich sind. Einer höherauflösenden ana­ logen Signalverarbeitung steht entgegen, daß die Ampli­ tuden der abgetasteten Signale insbesondere beim Ein­ satz im Bereich der Motortechnik starken Störeinflüssen wie Drehzahl- und Temperaturschwankungen sowie Drifter­ scheinungen unterworfen sind.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein störungsunempfindliches Verfahren und eine entsprechende Anordnung zur hochauflösenden Bestimmung von Drehwinkelinformationen anzugeben, mit welchem bei geringem Bauaufwand des Drehwinkelsensors auch bei rau­ hem Meßbetrieb genaue und selbst bei Änderung der Meß­ parameter reproduzierbare Meßergebnisse erhalten wer­ den.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden nach der Erfindung die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 11 angegebe­ nen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung erge­ ben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, durch eine di­ gitale amplitudenmäßige Auswertung der erfaßten Sensor­ signale in Verbindung mit gespeicherten Referenzdaten eine Auflösungssteigerung und zugleich eine Fehlerkor­ rektur zu ermöglichen. Entsprechend wird zur verfah­ rensmäßigen Lösung der vorgenannten Aufgabe vorgeschla­ gen, daß eine drehfest mit der Welle verbundene, in Um­ fangsrichtung verteilt angeordnete Markierungen aufwei­ sende Codierscheibe zur Erzeugung eines beim Abtasten der Markierungen in einem jeweiligen Abtastzyklus sinu­ soidal variierenden Analogsignals abgetastet wird, das Analogsignal mittels eines Analog/Digital-Wandlers in eine Vielzahl von Digitalwerten in jedem Abtastzyklus sequentiell umgesetzt wird, und die Digitalwerte durch eine Auswerteeinheit rechnerisch aufbereitet und mit in einem Speichermittel hinterlegten, einer jeweiligen Drehwinkelstellung der Welle zugeordneten Referenzdaten verglichen werden. Durch geeignete Wahl der Taktrate des Analog/Digital-Wandlers lassen sich damit gegenüber der einfachen Impulszählung beträchtliche Auflösungs­ steigerungen erzielen, wobei durch die rechnerische Verarbeitung der Meßdaten Störeinflüsse auf einfache Weise korrigiert werden können und der Vergleich mit Referenzdaten eine Kompensation von Fertigungstoleran­ zen der Codierscheibe erlaubt.
Um Amplitudenänderungen insbesondere bei unterschiedli­ chen Meßbedingungen ausgleichen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Digitalwerte durch Verknüpfung mit einem vorbestimmten Korrekturwert rechnerisch auf eine den Referenzdaten angepaßte Amplitude normiert werden. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß der Korrekturwert aus dem Verhältnis eines vorgege­ benen Kalibrierwerts und eines aus den Digitalwerten ermittelten Effektiv- oder Integralwerts bestimmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden die Digital­ werte in einem gegebenen Abtastzyklus bipolar in posi­ tiven und negativen Halbperioden umgesetzt und durch Verknüpfung mit ihrer zeitlichen Ableitung den vier Quadranten einer harmonischen Schwingung zugeordnet. Damit lassen sich die Digitalwerte auch bei gleichem Betrag ihrer analogen Signalamplituden in jeder Ab­ tastperiode eindeutig voneinander unterscheiden. Zudem ist es damit möglich, Informationen über die Drehwin­ kelstellung auch in einer Markierungslücke der Codier­ scheibe zu erhalten. Zu den genannten Zwecken ist es besonders günstig, wenn aus den in vorgegebenen Zeitab­ ständen ti fortlaufend erfaßten Digitalwerten f(ti) ein aufbereiteter Signalverlauf f.(ti) gemäß der Beziehung
f.(ti) = f(ti)/f'(ti)
ermittelt wird, wobei f'(ti) die zeitliche Ableitung von f(t) bedeutet.
Um eine Bestimmung der absoluten Winkelstellung der Welle bezüglich eines feststehenden Lagers zu ermögli­ chen, kann ein durch eine Lücke der in definiertem Win­ kelabstand voneinander angeordneten Markierungen der Codierscheibe erzeugtes Lückensignal ausgewertet wer­ den.
Zur eindeutigen zyklusweisen Zuordnung der Digitalwerte zu den Markierungen der Codierscheibe und einem dadurch möglichen Toleranzausgleich ist es vorteilhaft, wenn aus dem Analogsignal oder daraus abgeleiteten Digital­ größen durch Auswerten charakteristischer Signalverläu­ fe wie Nulldurchgänge die Anzahl der Abtastzyklen fort­ laufend bestimmt wird.
Zur Gewinnung der Drehwinkelinformation auch bei unter­ schiedlichen Meßaufbauten ist es von Vorteil, wenn die Referenzdaten durch Referenzmessungen bei vorgegebenen Drehwinkelstellungen der Welle aus dabei erfaßten, ge­ gebenenfalls gemittelten Digitalwerten ermittelt und als Wertepaare in fester Zuordnung zu der jeweiligen Drehwinkelstellung gespeichert werden. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine mehrdimensionale Hinterle­ gung, wobei die Referenzdaten in Abhängigkeit von Meß­ parametern wie Drehzahl der Welle oder Umgebungstempe­ ratur parametrisiert erfaßt und in Form einer Tabelle oder Referenzfunktion gespeichert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß die aus den Digitalwerten ermittelte mo­ mentane Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl der Welle über einen Digital/Analog-Wandler als Analogsignal auf eine Anzeigeeinheit, beispielsweise ein Oszilloskop, zur möglichen Durchführung von Echtzeit-Untersuchungen ausgegeben wird.
Im Hinblick auf eine Vorrichtung wird die eingangs ge­ stellte Aufgabe durch die Kombination folgender Merkma­ le gelöst:
  • - einem Drehwinkelsensor zur Erzeugung eines beim Abta­ sten der Markierungen in einem jeweiligen Abtastzy­ klus sinusoidal variierenden Analogsignals, welcher eine drehfest mit der Welle verbindbare, mit in Um­ fangsrichtung verteilt angeordneten Markierungen ver­ sehene Codierscheibe aufweist,
  • - einem Analog/Digital-Wandler zum sequentiellen Umset­ zen des Analogsignals in eine Vielzahl von Digital­ werten in jedem Abtastzyklus, und
  • - einer elektronischen Auswerteeinheit, die Aufberei­ tungsmittel zum rechnerischen Aufbereiten der Digi­ talwerte und Vergleichsmittel zum Vergleichen der aufbereiteten Digitalwerte mit in einem Speichermit­ tel hinterlegten, einer jeweiligen Drehwinkelstellung der Welle zugeordneten Referenzdaten aufweist.
Um ein in erster Näherung von der Winkelgeschwindigkeit unabhängiges Meßsignal zu erhalten, weist der Drehwin­ kelsensor einen Hallgenerator, eine Feldplatte oder ei­ nen magnetoresistiven Kühler als Signalgeber auf, und die Markierungen der Codierscheibe sind als die magne­ tische Flußdichte in einem den Signalgeber enthaltenden magnetischen Kreis ändernde Zähne oder Ausnehmungen ausgebildet. Grundsätzlich kann hier auch ein optischer Geber vorgesehen sein. Zur Ermittlung absoluter Win­ keldaten sind die Markierungen der Codierscheibe in de­ finiertem Winkelabstand voneinander angeordnet, wobei durch eine fehlende Markierung eine einer vorgegebenen absoluten Winkelstellung der Welle entsprechende Lücke gebildet ist.
Zur Eliminierung von Störeinflüssen ist es von Vorteil, wenn die Aufbereitungsmittel Programmroutinen zum Fil­ tern und Normieren der Digitalwerte umfassen. Dabei kann die Auswerteeinheit ein durch eine Programmroutine gebildetes, als Bandpaßfilter ausgebildetes Digitalfil­ ter zum vorzugsweise drehzahlabhängigen Filtern der Di­ gitalwerte aufweisen.
Um eine Zeitbasis für die Digitalwerte vorzugeben und damit die Auflösung einzustellen, ist es vorgesehen, daß die Auswerteeinheit einen mit einer vorgegebenen Taktrate arbeitenden Taktgeber zur Ansteuerung des Ana­ log/Digital-Wandlers aufweist.
Zur eindeutigen Zuordnung der beim Abtasten der Markie­ rungen als Sinuskurve erfaßten Digitalwerte zu den zu­ gehörigen Winkelstellungen ist es von Vorteil, wenn der Analog/Digital-Wandler oder eine nachgeschaltete Ein­ heit zur bipolaren oder gleichspannungsfreien Umsetzung des Analogsignals ausgebildet ist und die Auswerteein­ heit Mittel zum Differenzieren der in zeitlicher Abfol­ ge erfaßten Digitalwerte aufweist.
Eine Grobbestimmung der momentanen Winkelstellung wird durch einen mit dem Analogsignal beaufschlagbaren und auf einen vorgegebenen Schwellenwert ansprechenden, ausgangsseitig mit der Auswerteeinheit verbundenen Kom­ parator zur Erzeugung von den Abtastzyklen zugeordneten digitalen Inkrementsignalen ermöglicht.
Um die für Echtzeitmessungen erforderliche hohe Rechen­ leistung bereitzustellen, kann die Auswerteeinheit als digitaler Signalprozessor, als anwendungsorientierter festverdrahteter Halbleiterbaustein (ASIC) oder als programmierbare Halbleiter-Gatteranordnung ausgebildet sein. Denkbar ist es hier auch, daß die Auswerteeinheit durch einen Mikroprozessor mit geeignet hoher Verarbei­ tungsgeschwindigkeit gebildet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß die Auswerteeinheit zur Steuerung, Regelung oder Triggerung insbesondere der Brennkraftmaschine zu­ gehöriger externer Einheiten mindestens einen Synchro­ nisationsausgang aufweist. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit mindestens einen Eingang zur Einspeisung von äußeren Betriebszuständen, insbesondere Motorfunktionen der Brennkraftmaschine zugeordneten Meßsignalen aufweist.
Um Steuerfunktionen ausüben und zusätzliche Auswertungen gegebenenfalls im Off-line-Betrieb durchführen zu kön­ nen, ist vorteilhafterweise eine vorzugsweise als Mi­ krocontroller oder Personalcomputer ausgebildete Kon­ trolleinheit vorgesehen, welche zur Übermittlung von Meßdaten vorzugsweise über ein Dual-Port-RAM mit der Auswerteeinheit verbunden ist.
Zur Untersuchung von Schwingungsvorgängen, insbesondere Torsionsschwingungen ist es vorteilhaft, wenn an der Welle zwei Drehwinkelsensoren im axialen Abstand von­ einander angeordnet sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur hochauflösenden Bestimmung der Drehwinkel­ stellung bzw. Drehzahl einer Welle;
Fig. 2 einen Drehwinkelsensor der Schaltungsanordnung mit einer drehfest mit der Welle verbundenen Codierscheibe;
Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des mit dem Drehwinkelsensor erfaßten Analogsignals;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm der in diskreten Zeitabstän­ den umgesetzten und gefilterten Digitalwerte, und
Fig. 5 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von rech­ nerisch aufbereiteten Digitalwerten.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung dient zur Ergänzung von hochaufgelösten digitalen Dreh­ zahl- und Drehwinkelinformationen und umfaßt einen ein sinusförmiges Analogsignal liefernden inkrementalen Drehwinkelsensor 10, einen über einen vorgeschalteten Meßverstärker 12 mit dem Drehwinkelsensor 10 verbunde­ nen Analog/Digital-Wandler 14 und eine Verarbeitungs­ einrichtung 16, die eine eingangsseitig mit dem Ana­ log/Digital-Wandler 14 über einen parallelen Eingangs­ bus 18 gekoppelte, einen digitalen Signalprozessor um­ fassende Auswerteeinheit 20 und eine über ein Dual-Port-RAM 22 sowie einen Steuerbus 24 mit der Auswerte­ einheit 20 verbundenen Mikrocontroller 26 aufweist.
Zur Einspeisung eines digitalen Inkrementsignals ist ein mit dem Analogsignal des Drehwinkelsensors 10 be­ aufschlagbarer Komparator 28 mit einem Eingang der Aus­ werteeinheit 20 verbunden. Über einen weiteren digita­ len Eingang 30 lassen sich äußeren Betriebszuständen zugeordnete Meßsignale zur Korrelation mit den Drehwin­ kelinformationen in die Auswerteeinheit 20 einspeisen. Die mittels der Auswerteeinheit 20 bestimmte momentane Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl kann über einen Ausgangsbus 32, einen Digital/Analog-Wandler 34 und ei­ nen nachgeordneten Ausgangsverstärker 36 auf eine An­ zeigeeinheit 38 ausgegeben werden. Ein digitaler Aus­ gang 40 der Auswerteeinheit 20 dient zur Steuerung, Re­ gelung oder Triggerung von externen Einheiten.
Der Mikrocontroller 26 ermöglicht eine Offline- Auswertung der von der Auswerteeinheit 20 über das RAM 22 bereitgestellten Meßdaten. Zusätzlich können über den Steuerbus 24 Steuerbefehle, Konfigurationsdaten und Meßereignisdaten zwischen dem Mikrocontroller 26 und der Auswerteeinheit 20 übermittelt werden. Externe Systeme können mit dem Mikrocontroller 26 über Bus­ schnittstellen (z. B. CAN-Bus 42, RS232-Schnittstelle 44) sowie über digitale Steuereingänge 46 und Ausgänge 48 gekoppelt werden. Eine LED-Anzeige 50 ermöglicht ei­ ne einfache Darstellung von Status- und Betriebsartin­ formationen.
Der in Fig. 2 dargestellte Drehwinkelsensor 10 weist eine drehfest mit der Meßwelle 52 verbundene Codier­ scheibe 54 auf, welche über umfangsseitige Markierungen 56 mit einem beispielsweise als Hallgenerator ausgebil­ deten Signalgeber 58 zusammenwirkt. Die der Einfachheit halber nur in einem Sektor dargestellten Markierungen 56 sind durch radiale Randausnehmungen gebildet, welche in Umfangsrichtung der Codierscheibe in gleichem Win­ kelabstand voneinander verteilt angeordnet sind. Durch eine fehlende Markierung 56 ist an einer Umfangsstelle der Codierscheibe 54 eine Lücke 60 gebildet, welche ei­ ne absolute Drehwinkelbestimmung ermöglicht. Beim Um­ lauf verursachen die Markierungen 56 in einem durch den ortsfest fixierten Signalgeber 58 geschlossenen magne­ tischen Kreis zeitliche Änderungen der magnetischen Flußdichte, welche sich in einem sinusförmigen Verlauf des von dem Signalgeber gelieferten Analogsignals wi­ derspiegeln. Aufgrund dieser magnetogalvanischen Kopp­ lung ist die Signalamplitude unabhängig von der Drehge­ schwindigkeit der Codierscheibe 54. Jeder Markierung 56 läßt sich eine Periode in dem Analogsignal und entspre­ chend ein Abtastzyklus zuordnen.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des auf diese Weise gewonnenen Analogsignals S(t). Dessen Amplitude ist in Abhängigkeit von Meßparametern wie der Umgebungstempe­ ratur Schwankungen unterworfen und kann von Störungen überlagert sein. Die einzelnen Periodendauern bzw. Ab­ tastzyklen können aufgrund von Winkeltoleranzen der Markierungen 56 variieren. Beim Durchlauf der Lücke 60 entsteht ein Lückensignal 62 entsprechend einer fehlen­ den Signalperiode. Zur digitalen Erfassung des Analog­ signals wird der Analog/Digital-Wandler 14 mit einer vorgegebenen Taktrate 1/ti mittels eines nicht gezeig­ ten Taktgebers angesteuert, wodurch die erreichbare Winkelauflösung bei gegebener Drehzahl n der Welle 52 festgelegt wird.
Die sequentiell in Zeitabständen ti abgetasteten Digi­ talwerte werden in der Auswerteeinheit 20 rechnerisch verarbeitet. In einem ersten Aufbereitungsschritt wer­ den die Digitalwerte durch eine Aufbereitungsstufe 64 digital gefiltert, wobei ein Bandpaßfilter durch eine geeignete Programmroutine softwaremäßig realisiert wird. Die so erhaltenen, in Fig. 4 gezeigten gefilter­ ten Digitalwerte f(ti) können dann in einem weiteren Verarbeitungsschritt normiert werden, um Amplituden­ schwankungen auszugleichen. Bei einer einfachen Ampli­ tudennormierung ist es vorgesehen, daß die Digitalwerte f(ti) durch einen Korrekturwert dividiert werden, wel­ cher aus dem Effektivwertverhältnis zwischen den Daten f(ti) und einem vorbestimmten Effektivwert gebildet wird. Alternativ oder ergänzend können normierte Digi­ talwerte f.(ti) rechnerisch gemäß der Beziehung
f.(ti) = f(ti)/f'(ti)
ermittelt werden, wobei f'(ti) die durch eine Differen­ zierroutine erhaltene zeitliche Ableitung von f(t) be­ deutet. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Digi­ talwerte in einem gegebenen Abtastzyklus in positiven und negativen Halbperioden gleichspannungsfrei ermit­ telt werden. Ein entsprechender Signalverlauf ist in Fig. 5 für zwei das Lückensignal 62 enthaltende Signal­ perioden dargestellt, wobei die Werte f.(ti) zwischen den die Wendepunkte von f'(ti) markierenden Übergangs­ stellen 66 monoton ansteigen. Auf diese Weise lassen sich die Digitalwerte anhand der jeweiligen Vorzeichen der Signalverläufe f(ti) und f.(ti) in jedem Abtastin­ tervall eindeutig den vier Quadranten der abgetasteten Sinusschwingung zuordnen.
Zur Bestimmung der in den aufbereiteten Digitalwerten enthaltenen Drehwinkelinformation werden diese durch Vergleichsmittel 68 der Auswerteeinheit 20 mit in einem Speichermittel 70 hinterlegten Referenzdaten vergli­ chen. Die Referenzdaten werden durch vorhergehende Re­ ferenzmessungen bei vorgegebenen Drehwinkelstellungen der Welle 52 in der vorstehend beschriebenen Weise er­ faßt und als sogenanntes Template in Form einer Tabelle oder einer analytischen Referenzfunktion gespeichert. Dabei können äußere Meßparameter durch eine entspre­ chend parametrisierte, mehrdimensionale Referenzdaten­ erfassung berücksichtigt werden. Die Referenzdaten kön­ nen eine vollständige Umdrehung der Welle 52 oder bei bestehender Signalperiodizität auch nur einen entspre­ chenden Sektorausschnitt repräsentieren. Um eine ein­ deutige zyklusweise Zuordnung der Referenzdaten und der Digitalwerte zu den Markierungen 56 der Codierscheibe 54 zu erhalten, werden durch Auswertung der Nulldurch­ gänge der Digitalwerte oder anhand des von dem Kompara­ tor 28 gelieferten Inkrementsignals die abgetasteten Markierungen 56 fortlaufend mitgezählt. Damit ist es durch einen Wertevergleich zwischen den abgetasteten Digitalwerten und den Referenzdaten möglich, den ent­ sprechenden Drehwinkel α der Welle 52 zu bestimmen und unter Berücksichtigung der Abtastzeit ti die zugehörige momentane Drehzahl zu berechnen.
Das vorstehend beschriebene Prinzip der Drehwinkel- und Drehzahlerfassung eröffnet vorteilhafte Anwendungsmög­ lichkeiten vor allem im Bereich der Steuerungstechnik von Brennkraftmaschinen. Hier können über den Eingang 30 abgefragte Schaltzeitpunkte der Mengenmagnetventile oder die Einspritzzeitpunkte der Einspritzdüsen in Be­ ziehung zu den mittels eines oder mehrerer Drehwinkel­ sensoren 10 an der Kurbel- oder Nockenwelle abgetaste­ ten Drehwinkelinformationen gesetzt werden. Zugleich ist es auch möglich, durch Ausgabe von Steuersignalen über den Ausgang 40 drehwinkelabhängige Motorfunktionen wie Einspritzbeginn, Zündzeitpunkt, Schließ- und Öff­ nungswinkel zu steuern oder zu regeln.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin­ dung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanord­ nung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl einer Welle 52. Hierfür wird mittels eines ei­ ne drehfest mit der Welle verbundene Codierscheibe 54 aufweisenden inkrementalen Drehwinkelsensors 10 ein si­ nusförmig variierendes Analogsignal abgetastet und über einen Analog/Digital-Wandler 14 in Digitalwerte umge­ setzt. Die Digitalwerte lassen sich in einer elektroni­ schen Auswerteeinheit 20 durch geeignete Filter- und Normierungsroutinen 64, 68 rechnerisch aufbereiten und mit in einem Speichermittel 70 hinterlegten Referenzda­ ten vergleichen, um auf diese Weise hochaufgelöste Drehwinkelinformationen zu erhalten.

Claims (23)

1. Verfahren zur hochauflösenden Bestimmung der Dreh­ winkelstellung und/oder Drehzahl einer Welle (52), insbesondere der Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine drehfest mit der Welle (52) verbundene, in Umfangsrichtung ver­ teilt angeordnete Markierungen (56) aufweisende Co­ dierscheibe (54) zur Erzeugung eines beim Abtasten der Markierungen (56) in einem jeweiligen Abtastzy­ klus sinusoidal variierenden Analogsignals abgeta­ stet wird, das Analogsignal mittels eines Ana­ log/Digital-Wandlers (14) in eine Vielzahl von Di­ gitalwerten in jedem Abtastzyklus sequentiell umge­ setzt wird, und die Digitalwerte durch eine Auswer­ teeinheit (20) rechnerisch aufbereitet und mit in einem Speichermittel (70) hinterlegten, einer je­ weiligen Drehwinkelstellung der Welle (52) zugeord­ neten Referenzdaten verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalwerte durch Verknüpfung mit einem vorbestimmten Korrekturwert rechnerisch auf eine den Referenzdaten angepaßte Amplitude normiert wer­ den.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert aus dem Verhältnis eines vor­ gegebenen Kalibrierwerts und eines aus den Digital­ werten ermittelten Effektiv- oder Integralwerts be­ stimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalwerte in einem gege­ benen Abtastzyklus bipolar in positiven und negati­ ven Halbperioden umgesetzt und durch Verknüpfung mit ihrer zeitlichen Ableitung den vier Quadranten einer harmonischen Schwingung zugeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den in vorgegebenen Zeitab­ ständen ti fortlaufend erfaßten Digitalwerten f(ti) ein aufbereiteter Signalverlauf f.(ti) gemäß der Beziehung
f.(ti) = f (ti)/f'(ti)
ermittelt wird, wobei f'(ti) die zeitliche Ableitung von f(t) bedeutet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der absoluten Winkelstellung der Welle (52) ein durch eine Lücke (60) der in definiertem Winkelabstand voneinander angeordneten Markierungen (56) der Codierscheibe (54) erzeugtes Lückensignal (62) ausgewertet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Analogsignal oder dar­ aus abgeleiteten Digitalgrößen durch Auswerten cha­ rakteristischer Signalverläufe wie Nulldurchgänge die Anzahl der Abtastzyklen zur eindeutigen zyklus­ weisen Zuordnung der Digitalwerte zu den Markierun­ gen (56) der Codierscheibe (54) fortlaufend be­ stimmt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzdaten durch Refe­ renzmessungen bei vorgegebenen Drehwinkelstellungen der Welle (52) aus den dabei erfaßten, gegebenen­ falls gemittelten Digitalwerten ermittelt und als Wertepaare in fester Zuordnung zu der jeweiligen Drehwinkelstellung gespeichert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzdaten in Abhängig­ keit von Meßparametern wie Drehzahl der Welle (52) oder Umgebungstemperatur parametrisiert erfaßt und in Form einer Tabelle oder Referenzfunktion gespei­ chert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Digitalwerten er­ mittelte momentane Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl der Welle (52) über einen Digital/Analog- Wandler (34) als Analogsignal auf eine Anzeigeein­ heit (38) ausgegeben wird.
11. Schaltungsanordnung zur hochauflösenden Bestimmung der Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl einer Wel­ le (52), insbesondere der Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem eine drehfest mit der Welle (52) verbindbare, mit in Umfangsrich­ tung verteilt angeordneten Markierungen (56) verse­ hene Codierscheibe (54) aufweisenden Drehwinkelsen­ sor (10) zur Erzeugung eines beim Abtasten der Mar­ kierungen (56) in einem jeweiligen Abtastzyklus si­ nusoidal variierenden Analogsignals, einem Ana­ log/Digital-Wandler (14) zum sequentiellen Umsetzen des Analogsignals in eine Vielzahl von Digitalwer­ ten in jedem Abtastzyklus, und einer elektronischen Auswerteeinheit (20), die Aufbereitungsmittel (64) zum rechnerischen Aufbereiten der Digitalwerte und Vergleichsmittel (68) zum Vergleichen der aufberei­ teten Digitalwerte mit in einem Speichermittel (70) hinterlegten, einer jeweiligen Drehwinkelstellung der Welle (52) zugeordneten Referenzdaten aufweist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drehwinkelsensor (10) einen Hallgenerator, eine Feldplatte oder einen magneto­ resistiven Fühler als Signalgeber (58) aufweist, und daß die Markierungen der Codierscheibe (54) als die magnetische Flußdichte in einem den Signalgeber (58) enthaltenden magnetischen Kreis ändernde Zähne oder Ausnehmungen (56) ausgebildet sind.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Markierungen (56) der Codierscheibe (54) in definiertem Winkelabstand voneinander angeordnet sind, wobei durch eine feh­ lende Markierung eine einer vorgegebenen absoluten Winkelstellung der Welle (52) entsprechende Lücke (60) gebildet ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungs­ mittel (64) Programmroutinen zum Filtern und Nor­ mieren der Digitalwerte umfassen.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (20) ein durch eine Programmroutine gebildetes, als Bandpaßfilter ausgebildetes Digitalfilter zur vor­ zugsweise drehzahlabhängigen Filterung der Digital­ werte aufweist.
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (20) einen Taktgeber zur Ansteuerung des Analog/­ Digital-Wandlers (14) mit einer vorgegebenen Abtast­ rate aufweist.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler (14) zur bipolaren Umsetzung des Analogsignals ausgebildet ist, und daß die Auswerteeinheit (20) Mittel zum Differenzieren der in zeitlicher Abfolge erfaßten Digitalwerte aufweist.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch einen mit dem Analogsignal beaufschlagbaren und auf einen vorgegebenen Schwel­ lenwert ansprechenden, ausgangsseitig mit der Aus­ werteeinheit (20) verbundenen Komparator (28) zur Erzeugung von den Abtastzyklen zugeordneten digita­ len Inkrementsignalen.
19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (20) als digitaler Signalprozessor, als anwendungs­ orientierter festverdrahteter Halbleiterbaustein (ASIC) oder als programierbare Halbleiter-Gatter­ anordnung ausgebildet ist.
20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (20) mindestens einen Synchronisationsausgang (40) zur Steuerung, Regelung oder Triggerung insbesonde­ re der Brennkraftmaschine zugehöriger externer Ein­ heiten aufweist.
21. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (20) mindestens einen Eingang (30) zur Einspeisung von äußeren Betriebszuständen, insbesondere Motor­ funktionen der Brennkraftmaschine zugeordneten Meß­ signalen aufweist.
22. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise als Mi­ krocontroller oder Personalcomputer ausgebildete Kontrolleinheit (26), welche zur Übermittlung von Meßdaten vorzugsweise über ein Dual-Port-RAM (22) mit der Auswerteeinheit (20) verbunden ist.
23. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (52) zwei Drehwinkelsensoren (10) im axialen Abstand voneinander angeordnet sind.
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