DE19844780A1

DE19844780A1 - Verfahren zur Auswertung eines periodischen Signales

Info

Publication number: DE19844780A1
Application number: DE1998144780
Authority: DE
Inventors: Ewald Stuible; Frank Sager; Thomas Kahnert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-06
Also published as: FR2783922A1; JP2000111567A; GB9922060D0; GB2342173A; GB2342173B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Drehzahlerfassung bei einem im Wesentlichen periodischen Signal beschrieben, bei dem zur Berechnung der Drehzahl oder einer korrespondierenden Geschwindigkeit zufällig ausgewählte Signalflanken verwendet werden, wobei die zufällige Auswahl von Auswertezeitpunkten bedeutet, dass diese in einem nicht konstanten Abstand voneinander liegen.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Auswertung eines im wesentlichen periodischen Signales, insbesondere eines Drehzahlsignales, das mit Hilfe eines Impulsrades gewonnen wird.

Stand der Technik

Zur Erfassung der Drehzahl oder einer Welle des Rades werden üblicherweise Impulsräder eingesetzt, die mit der Welle, deren Drehzahl ermittelt werden soll, verbunden sind. Solche Impulsräder weisen an ihrer Oberfläche eine vorgebbare Anzahl von Winkelmarken bzw. Zähnen sowie Lücken zwischen den Winkelmarken bzw. Zähnen auf. Diese Impulsräder werden mit Hilfe von feststehenden Sensoren, beispielsweise Induktivsensoren oder Radsensoren abgetastet. Sofern sich das Impulsrad dreht, liefert der Sensor ein Ausgangssignal, das der Oberfläche des Impulsrades entspricht.

Zur Ermittlung der Drehzahl werden üblicherweise Zeitabstände zwischen vorgebbaren Signalflanken ausgewertet. Je kürzer diese Zeitabstände sind, desto höher ist die Drehzahl. Eine Drehzahlerfassung, bei der die Drehzahl einer Welle in der beschriebenen Weise erfolgt, ist aus der DE-OS 34 23 664 bekannt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Erfahren zur Auswertung eines im wesentlichen periodischen Signales hat den Vorteil, daß Ungenauigkeiten, die infolge von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Impulsräder auftreten können, in ihrer Auswirkung auf ihre Genauigkeit bei der Drehzahlerfassung wesentlich beschränkt werden. So können Impulsräder eingesetzt werden, bei denen die Abstände zwischen den Winkelmarken bzw. die Längen der Winkelmarken selbst nicht absolut identisch sein müssen. Dies hat den Vorteil, daß solche Impulsräder nach kostengünstigen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise können Stanzgitter- Impulsräder verwendet werden, bei denen sich positive und negative Toleranzen der Winkelmarken periodisch abwechseln, wodurch entsprechende Signalflanken eines durch Abtastung erhaltenen Rechtecksignales prinzipiell ungewollte Abstandsverschiebungen aufweisen.

Erzielt werden diese Vorteile, indem für die Auswertung der Signalflanken eine zufällige Auswahl getroffen wird. Dadurch heben sich in vorteilhafter Weise die durch Fertigungstoleranzen verursachte Ungenauigkeiten bei der Drehzahlbestimmung und bei einer Mittelwertbildung heraus.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen beanspruchten Maßnahmen erzielt. Besonders vorteilhafterweise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Fahrdynamikregelsystemen einsetzen, bei denen aus den Abständen der Signalflanken nicht nur Drehzahlen berechnet werden, sondern auch verschiedenen Geschwindigkeiten, beispielsweise Radgeschwindigkeiten und die Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei die herrschenden Gegebenheiten wie Raddurchmesser, Zahl der Winkelmarken auf dem Impulsrad usw. mitberücksichtigt werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Drehzahlerfassung und in den Fig. 2 und 3 sind Signalverläufe sowie Auswertezeitpunkte und Toleranzangaben aufgetragen.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Drehzahlerfassung dargestellt, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Das Impulsrad 10 mit den Winkelmarken bzw. Zähnen 11 und den Lücken 12 ist mit einer Welle 13 verbunden und wird von einem feststehenden Sensor 14 abgetastet, dessen Ausgangssignale nach einer Aufbereitung zu Rechtecksignalen in einer Recheneinrichtung 15 zur Drehzahlbestimmung und zur Geschwindigkeitsbestimmung ausgewertet werden. Die Welle 13 ist beispielsweise eine Radachse eines Kraftfahrzeuges, so daß mit der Einrichtung nach Fig. 1 die Raddrehzahl ermittelt werden kann. Eine solche Einrichtung wird besonders in Verbindung mit Anti- Blockier-Regelsystemen (ABS) oder Fahrdynamik- Regelungssystemen (FDR) eingesetzt, bei denen aus Raddrehzahlen verschiedene für das ABS bzw. die FDR relevante Größen gewonnen werden. Die Welle 13 kann auch eine andere Welle einer Brennkraftmaschine sein, beispielsweise die Kurbel- oder Nockenwelle, dann kann entsprechend die Drehzahl der Welle oder ein vorgebbarer Drehzahlmittelwert bestimmt werden.

Der Sensor 14, z. B. ein Induktivsensor, Hallsensor usw. liefert ein Ausgangssignal, das nach einer Aufbereitung als Rechtecksignal vorliegt. Der sich ergebende Signalverlauf ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Bei Impulsrädern, die nach einem bestimmten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise bei Stanzgitter- Impulsrädern wechseln sich positive und negative Toleranzen der Winkelmarken periodisch ab. Der Einzelteilungsfehler wechselt von Winkelmarke zu Winkelmarke das Vorzeichen. Dieser Zusammenhang ist herstellungsbedingt und läßt sich nur unter großem Aufwand verringern. Für die Toleranz gilt der in Fig. 2 dargestellte Zusammenhang, die Toleranz ist wechselweise positiv, negativ usw. Bei den derzeit üblichen Signalauswerteverfahren, bei denen Abstände zwischen vorgebbaren Signalflanken ausgewertet werden, die zugehörigen Flanken von Winkelmarken entsprechen, können diese Toleranzen sich ungünstig aufsummieren, so daß die ermittelte Drehzahl sowie anschließend gebildete Mittelwerte oder die zu bestimmenden Geschwindigkeiten sich nur ungenau ergeben.

Bei höheren Drehzahlen kann das ABS- oder ESP (electronic stability project) bzw. FDR- oder ein sonstiges Steuergerät bzw. eine Recheneinrichtung nur eine begrenzte Anzahl von Winkelmarken auswerten, da mit steigender Drehzahl die Signalabstände bekanntermaßen geringer werden. Bei derzeit üblichen Signalauswertungen wird jeweils die letzte innerhalb eines bestimmten regulären Zeitintervalls, beispielsweise eines 2-Millisekunden Zeitintervalls eintreffende Information (Signalflanke) zur Drehzahl bzw. Geschwindigkeitsberechnung ausgewertet. Bei bestimmten Drehzahlen wird dann genau jede zweite Signalflanke bzw. entsprechend jede zweite Winkelmarkenflanke des Impulsrades ausgewertet. Dies führt bei den in Fig. 2 dargestellten wechselweise positiven oder negativen Toleranzen dazu, daß nur noch entweder positive oder negative Toleranzen in die Berechnung eingehen, die sich dann ungünstig in der Berechnung akkumulieren. Da die Filterung der Geschwindigkeitssignale im wesentlichen auf einer Mittelwertbildung beruht, ist diese Filterung bei einer entsprechenden "Resonanzgeschwindigkeit" wirkungslos. Die großen Fehler bei der Drehzahlberechnung und der nachfolgenden Geschwindigkeitsberechnung führen dann dazu, daß beispielsweise das Fahrdynamikregelungssystem, das die ermittelten Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten verarbeitet unplausibel anregelt.

Wird mit dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahren gearbeitet, erfolgt die Auswertung der eintreffenden Zahnflanken nicht mehr periodisch sondern zufällig. Zufällig heißt in diesem Fall, daß beispielsweise nach einem vorgebbaren Zeitraster mit ungleichen Zeitabständen abgetastet wird. Der Unterschied zwischen dem bekannten und dem neuen Verfahren ist in Fig. 3 dargestellt. Beim bekannten Verfahren sind die Auswertezeitpunkte jeweils im Abstand von 2 Millisekunden voneinander. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind Auswertezeitpunkte nach 0, 2, 3, 6, 8, 9, 13, 14, 17, 19 Millisekunden (ms). Die jeweils nach den angegebenen Zeitabständen eintreffende nächste Signalflanke als Abtastzeitpunkt herangezogen und wird zur Drehzahlbestimmung bzw. für die Geschwindigkeitsberechnung verwendet. Daß die unregelmäßigen Zeitabstände zwischen vorgebbaren Signalflanken unabhängig von der Drehzahl unterschiedlich lang sind, wird bei der Berechnung der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit berücksichtigt. Die Ausgabe der Auswertezeitpunkte wird von der Recheneinrichtung 15, bzw.

dem entsprechenden Steuergerät in an sich bekannter Weise mittels Timer oder interrupt durchgeführt.

Da die Signalabtastung nicht periodisch erfolgt, werden laufend unterschiedliche Signalflanken zur Drehzahlerfassung ausgewertet. Die wechselweise positive und negative Toleranz kann sich somit nicht mehr in unerwünschter Weise überlagern. Die einer Mittelwertbildung entsprechende Filterung ist somit voll wirksam und das ermittelte Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssignal weist auch im Bereich der Resonanzgeschwindigkeit keine großen Sprünge auf. Damit wird sichergestellt, daß die Systeme, die unter Verwendung der ermittelten Drehzahlen arbeiten, zuverlässig sind. Fahrdynamikregelungssysteme regeln bei Verwendung der erfindungsgemäßen Drehzahlerfassung nicht ungewollt an.

Die Erfindung betrifft kann auch bei der Erfassung von Lineargeschwindigkeiten oder dergleichen eingesetzt werden, sofern aufeinanderfolgende mechanische Abstände ausgewertet werden, die abwechselnd positive und negative Toleranzen aufweisen.

Claims

1. Verfahren zur Auswertung eines im wesentlichen periodischen Signales, insbesonders eines Drehzahlsignales, bei dem zeitliche Abstände zwischen Signalflanken zur Ermittlung einer Drehzahl oder einer Geschwindigkeit ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der zur Ermittlung der Drehzahl oder Geschwindigkeit verwendeten Signalflanken nach einem vorgebbaren Schema erfolgt, wobei die Abstände zwischen den zur Drehzahlberechnung verwendeten Signalflanken ungleich sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Drehzahl- oder Geschwindigkeitsermittlung verwendeten Signalflanken nach einer unregelmäßigen Zeitfolge ausgewertet werden, wobei jeweils die auf einen Auswertezeitpunkt folgende Signal flanke berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus mehreren berechneten Drehzahl- oder Geschwindigkeitswerten oder Flankenabständen ein Mittelwert gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in Verbindung mit einem Fahrdynamikregelungssystem oder Antiblockierregelsystem System eingesetzt wird, daß die ermittelte Drehzahl die Drehzahl eines Rades eines Kraftfahrzeuges ist und daß aus der Drehzahl des Rades unter Berücksichtigung der geometrischen Zusammenhänge die Geschwindigkeit des Rades ermittelt wird und diese vom entsprechenden Regelsystem verarbeitet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung wenigstens eines der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des auszuwertenden Signales ein mit der rotierenden Welle in Verbindung stehendes Impulsrad mittels eines feststehenden Sensors abgetastet wird, dessen Ausgangssignal einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird.