DE19911774A1 - Sensoranordnung zur Erfassung von Bewegungen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung zur Erfassung von Bewegungen beschrieben, bei der durch einen von der Bewegung beaufschlagten Encoder (E) in einem aktiven Sensor (1) ein Sensorsignal erzeugt wird, und die eine erste Einrichtung (2, 3, 4, 5) aufweist, mit der das Sensorsignal zusammen mit mindestens einer Zusatzinformation in ein zu einer Auswerteeinrichtung übertragbares Ausgangssignal umgesetzt wird, und die sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß eine zweite Einrichtung (1a) vorgesehen ist, mit der eine von einem Luftspalt (d) zwischen dem aktiven Sensor (1) und dem Encoder (E) abhängige Signalspannung erfaßt und der ersten Einrichtung (2, 3, 4, 5) zur Übertragung als Zusatzinformation zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung von Bewegungen, bei der durch einen von der Bewegung beauf­ schlagten Encoder in einem aktiven Sensor ein Sensorsignal erzeugt wird, und die eine erste Einrichtung aufweist, mit der das Sensorsignal zusammen mit mindestens einer Zusat­ zinformation in ein zu einer Auswerteeinrichtung übertrag­ bares Ausgangssignal umgesetzt wird.

Sensoranordnungen dieser Art sind zum Beispiel aus der WO 98/09173 bekannt und finden insbesondere zur Erfassung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades (Raddrehzahlsensoren bei schlupfgeregelten Bremsen bzw. Antiblockiersystemen An­ wendung. Die Drehbewegung wird dabei von einem in dem En­ coder vorhandenen Impulsgeber (zum Beispiel einem magneti­ schen Polrad oder einem Stahlzahnrad) ausgeführt und von einem aktiven Sensor erfaßt, dessen Meßwertaufnehmer z. B. ein Hallelement oder eine magnetoresistive Brücke (AMR- Brücke) ist, das/die effektspezifisch auf Modulationen der Flußdichte bzw. der Feldstärke durch den Impulsgeber syn­ chron anspricht. In dem aktiven Sensor wird die dadurch er­ zeugte Signalspannung mit Hilfe einer Verstärker- /Triggerschaltung in ein binäres Sensorsignal mit zwei kon­ stanten Amplitudenwerten umgesetzt, deren Flankenwechsel zur Ermittlung der Bewegungsgeschwindigkeit ausgewertet werden. Da die Signalspannung von der Größe des Luftspaltes zwischen dem Sensor und dem Encoder abhängig ist, muß ge­ währleistet sein, daß der Luftspalt einen bestimmten Grenz­ luftspalt nicht übersteigt.

Das an dem Sensorausgang anliegende Sensorsignal läßt auf­ grund der internen Verstärker-/Triggerschaltung keinen Rückschluß auf die tatsächliche Größe des Luftspaltes zu. Es ist also nicht auszuschließen, daß Fehler oder Aussetzer auftreten, wenn aufgrund ungünstiger Zustände der Sensoran­ ordnung (zu großer Einbauluftspalt, starke Temperatur­ schwankungen, Vibrationen) der Luftspalt den Grenzluftspalt zumindest vorübergehend übersteigt und die Signalspannung die interne Triggerschwelle unterschreitet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sen­ soranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Größe des Luftspaltes zwischen dem aktiven Sensor und einem Encoder und insbesondere unzulässige Änderungen des Luftspaltes erfaßbar sind, um rechtzeitig vor einem möglichen Aussetzen des Sensorsignals ein entsprechendes Statussignal erzeugen oder andere Vorkehrungen vornehmen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 bei einer ein­ gangs genannten Sensoranordnung dadurch, daß eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, mit der eine von einem Luftspalt zwischen dem aktiven Sensor und dem Encoder ab­ hängige Signalspannung erfaßt und der ersten Einrichtung zur Übertragung als Zusatzinformation zugeführt wird.

Diese Lösung ermöglicht insbesondere im Zusammenhang mit der Umsetzung des binären Sensorsignals mittels der ersten Einrichtung in ein Pulssignal eine relativ einfache Auswer­ tung und Bestimmung oder Kontrolle der Größe des Luftspal­ tes. Dies kann nach einem Einbau der Sensoranordnung und im Zuge regelmäßiger Wartungen erfolgen.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Danach erzeugt die erste Einrichtung vorzugsweise ein Puls­ signal, bei dem das Sensorsignal mit ersten Stromimpulsen und die Zusatzinformation mit zweiten Stromimpulsen codiert ist, wobei für die ersten Stromimpulse ein erster und für die zweiten Stromimpulse ein zweiter Strompegel vorgesehen ist. Der erste Strompegel ist dabei relativ zu einem ge­ meinsamen Bezugspegel etwa doppelt so groß wie der zweite Strompegel.

Weiterhin umfaßt die erste Einrichtung vorzugsweise eine Signalverarbeitungseinrichtung, mit der weitere Zusatzinfor­ mationen in Form von Statussignalen oder Zahlenwerten über­ tragen werden können, die zum Beispiel Angaben über eine Drehrichtung, über Temperaturen usw. enthalten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzug­ ten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sen­ soranordnung,

Fig. 2 einen Verlauf eines Pulssignals am Ausgang der Sen­ soranordnung und

Fig. 3 das Pulssignal im Detail.

Die Sensoranordnung umfaßt gemäß Fig. 1 einen aktiven Sen­ sor 1, in dem durch einen von einer Bewegung beaufschlagten Encoder E ein Sensorsignal erzeugt wird, das mit einer er­ sten Einrichtung 2, 3, 4, 5 zusammen mit mehreren Zusatzin­ formationen in ein zu einer Auswerteeinrichtung (nicht dar­ gestellt) übertragbares Ausgangssignal 5c umgesetzt wird.

Der Encoder E beinhaltet einen Impulsgeber, der die zu mes­ sende Bewegung, die im allgemeinen eine Drehbewegung ist, ausführt. Wie eingangs bereits erläutert wurde, weist der Impulsgeber zum Beispiel ein Stahlzahnrad oder eine perma­ nentmagnetische Struktur auf, durch deren Bewegung in einem in dem Sensor vorhandenen Meßwertaufnehmer M (Hallelement bzw. magnetoresistive Brücke) eine entsprechende Si­ gnalspannung erzeugt wird. Diese Signalspannung wird in be­ kannter Weise mit einer sensorinternen Verstärker- /Triggerschaltung (nicht dargestellt) in ein Sensorsignal 60 (Fig. 2) mit zwei konstanten Amplitudenwerten umgewan­ delt.

Zur Erfassung von Zusatzinformationen beinhaltet der aktive Sensor 1 eine zweite Einrichtung 1a, mit der die von dem Luftspalt d zwischen dem aktiven Sensor 1 und dem Encoder E abhängige Signalspannung gemessen wird, sowie eine dritte Einrichtung 1b, die zur Messung einer Sensortemperatur dient.

Die Ausgänge des Sensors 1 sind mit den Eingängen einer Si­ gnalverarbeitungseinrichtung 2 verbunden. Weiterhin ist ein Schieberegister 3 vorgesehen, dessen Eingänge an den Aus­ gängen der Signalverarbeitungseinrichtung 2 anliegen. Ein Zustandsgenerator 4, der sowohl mit der Signalverarbeitun­ geinrichtung 2, als auch mit dem Schieberegister 3 verbun­ den ist, beaufschlagt eine nachgeschaltete Stromquelle 5, an deren Ausgang 5c das zu übertragende Pulssignal anliegt.

Die gemessene Signalspannung, deren Größe von der Größe des momentanen Luftspaltes d zu dem Encoder abhängig ist, wird als analoger Wert zu der Signalverarbeitungseinrichtung 2 übertragen. Dort wird das analoge Signal durch 3-Bit- Codierung digitalisiert und in eine Bitsequenz 40 (Bits 5 bis 7) umgesetzt.

Weiterhin wird die gemessene Signalspannung in der Signal­ verarbeitungseinrichtung mit einem Minimalwert verglichen und in dem Fall, in dem die Signalspannung kleiner ist, als der Minimalwert, ein erstes 1-Bit-Statussignal (Bit 0) er­ zeugt.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 2 umfaßt ferner vorzugs­ weise eine Drehrichtungserkennung, mit der ein zweites 1- Bit-Statussignal (Bit 4) für die Kennzeichnung der Dreh­ richtung, das heißt eine Drehung des Encoders in einer Be­ zugsrichtung oder entgegengesetzt dazu, erzeugt wird.

Aus der erkannten Drehrichtung kann auch ein drittes 1-Bit- Statussignal (Bit 3) abgeleitet werden, das die Gültigkeit der Drehrichtung anzeigt.

Schließlich kann aus der mit der dritten Einrichtung 1b ge­ messenen Temperatur ein viertes Statussignal (Bit 2) er­ zeugt wird, das anzeigt, ob die Temperatur der Sensoranord­ nung in einem zulässigen Bereich liegt.

Ein weiteres Bitsignal (Bit 1) ist für weitere Zusatzinfor­ mationen reserviert, während Bit 8 ein Parity-Bit ist.

Diese Bit-codierten Signale werden als Zusatzinformationen durch die Signalverarbeitungseinrichtung 2 parallel in das Schieberegister 3 übertragen und dort zwischengespeichert. Das durch den aktiven Sensor 1 erfaßte Signalspannung, die in bekannter Weise in ein binäres periodisches Sensorsignal 60 mit zwei konstanten Amplitudenwerten umgesetzt wird, wird direkt dem Zustandsgenerator 4 zugeführt.

Der Zustandsgenerators 4 steuert die Stromquelle 5 in der Weise an, daß an deren Ausgang 5c ein Pulssignal anliegt, das sowohl die Bewegungsinformationen (erste Stromimpulse I_H), als auch die Zusatzinformationen (zweite Stromimpulse
I_M) enthält, die in Form eines in den Fig. 2 und 3 dar­ gestellten Datenprotokolls übertragen werden.

Zur Unterscheidung der verschiedenen Bitsignale werden die­ se vorzugsweise mit drei verschiedenen Strompegeln I_L, I_M, I_H erzeugt, deren Nennwerte in folgendem Verhältnis zuein­ ander stehen: I_M = 2 × I_L; I_H = 4 × I_L. Die unterschiedli­ chen Strompegel können dabei durch Umschalten zwischen ver­ schiedenen einzelnen Stromquellen 5a, 5b oder auf andere Weise erzeugt werden.

Mit dem Empfang des Sensorsignals 60 steuert der Zustands­ generator 4 die Stromquelle 5 in der Weise an, daß an deren Ausgang 5c ein erster Stromimpuls der Höhe I_H mit stets gleicher Dauer 10 erzeugt wird. Der erste Stromimpuls dient zur Codierung jeweils einer der Flanken 61, 62 des Sensor­ signals 60, wobei deren Frequenz um so höher ist, je größer die Dreh- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit des Impulsgebers in dem Encoder E ist.

An jeden ersten Stromimpuls schließt sich ein erstes Pau­ senintervall der konstanten Länge 20 an, während dem der Strompegel auf den Bezugspegel I_L abgesenkt ist.

Im Anschluß daran werden die in dem Schieberegister 3 ge­ speicherten Bit-codierten Signale (Zusatzinformationen) se­ riell ausgelesen und in den Zustandsgenerator 4 übertragen. Dieser erzeugt dann am Ausgang 5c der Stromquelle 5 die zweiten Stromimpulse I_M, die verschiedene Bitsequenzen bil­ den. Eine erste Bitsequenz 30 umfaßt die Stromimpulse (Bits) 0 bis n und dient zur Codierung von Statussignalen nach dem 1-aus-n-Code, so daß jedem einzelnen Bit eine se­ parate Statusinformation zugeordnet werden kann.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel umfaßt diese er­ ste Bitsequenz 30 die Bits 0 bis 4 mit folgender Zuordnung:

Bit 0 ist ein Statussignal zur Kennzeichnung des Über­ schreitens eines zulässigen Luftspaltgrenzwertes, das aus der Messung der Signalspannung an dem Meßwertaufnehmer und der sich daraus ergebenden Luftspaltfeldstärke zwischen diesem und dem Impulsgeber des Encoders abgeleitet wird. Für die bevorzugte Anwendung der hier beschriebenen Sen­ soranordnung zur Erfassung von Raddrehzahlen gilt der zu­ lässige Luftspaltgrenzwert als überschritten, wenn der Meß­ wertaufnehmer 1a (magnetoresistive Brücke oder Hallelement) des aktiven Sensors 1 eine Signalspannung erzeugt, die das zweifache der Hysterese der oben erwähnten, nachgeschalte­ ten Triggerschaltung unterschreitet.

Bit 1 ist für zusätzliche Anwendungen reserviert.

Bit 2 stellt ein Statussignal zur Kennzeichnung des Über­ schreitens eines Raddrehzahl-unabhängigen Grenzwertes einer zusätzlichen Meßgröße wie zum Beispiel einer Temperatur dar, die mit der dritten Einrichtung 1b gemessen wird.

Bit 3 ist ein Statussignal zur Bestätigung der Gültigkeit der durch Bit 4 ausgewiesenen Drehrichtung des Impulsge­ bers.

Bit 4 ist schließlich ein Statussignal für die Drehrichtung des Impulsgebers gegenüber einer festgelegten Bezugsdreh­ richtung.

Eine sich unmittelbar daran anschließende zweite Bitsequenz 40 dient in ihrer Gesamtheit zur Codierung von Zahlenwer­ ten, so daß mit den Bits (n+1) bis (p-1) die Meßwerte ana­ loger Signalgrößen übertragen werden können, die aus der (magnetischen) Schnittstelle zwischen dem Impulsgeber des Encoders E und dem aktiven Sensor 1 gewonnen werden.

Grundsätzlich gilt, daß die Länge der zweiten Bitsequenz 40 beliebig ist. Sie kann insgesamt vorzugsweise zur Übertra­ gung eines einzelnen Analogwertes genutzt werden. Anderer­ seits kann auch eine Kombination von Analogwerten gleich­ zeitig übertragen werden, wobei jedem Analogwert eine defi­ nierte Anzahl von Bits und deren Position in der zweiten Bitsequenz 40 zugeordnet ist. Die verschiedenen Analogwerte können auch mit unterschiedlichen Codierungen kombiniert werden.

Bei der bevorzugten Anwendung umfaßt die zweite Bitsequenz 40 drei Bits 5 bis 7, die zur 3-Bit-Codierung eines die Luftspaltfeldstärke darstellenden Zahlenwertes dienen, die durch den Meßwertaufnehmer 1a des aktiven Sensors erfaßt wird, wobei die Bits 5, 6, 7 aufsteigende Wertigkeit (LSB- MSB) aufweisen. Dieser Zahlenwert stellt insbesondere die Signalspannung an dem Meßwertaufnehmer 1a des Sensors dar.

An die zweite Bitsequenz 40 schließt sich ein einzelnes Pa­ rity-Bit p an.

Anschließend folgt ein zweites Pausenintervall mit der Dau­ er 50 und einem Strompegel der Höhe I_L (vgl. Fig. 2). Die Dauer ist von der Bewegungsgeschwindigkeit des Impulsgebers abhängig und erstreckt sich bis zum Auftreten eines neuen ersten Stromimpulses I_H, woraufhin das Pulssignal erneut übertragen wird.

Claims (10)

1. Sensoranordnung zur Erfassung von Bewegungen, bei der durch einen von der Bewegung beaufschlagten Encoder in einem aktiven Sensor ein Sensorsignal erzeugt wird, und die eine erste Einrichtung aufweist, mit der das Sensorsignal zusammen mit mindestens einer Zusatzin­ formation in ein zu einer Auswerteeinrichtung über­ tragbares Ausgangssignal umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung (1a) vorgesehen ist, mit der eine von einem Luftspalt (d) zwischen dem aktiven Sensor (1) und dem Encoder (E) abhängige Signalspannung erfaßt und der ersten Einrichtung (2, 3, 4, 5) zur Übertragung als Zusatzin­ formation zugeführt wird.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der ersten Ein­ richtung (2, 3, 4, 5) erzeugte Ausgangssignal ein Pulssignal ist, bei dem das Sensorsignal mit ersten Stromimpulsen und die Zusatzinformation mit zweiten Stromimpulsen codiert ist.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der ersten und zweiten Stromimpulse ein erster bzw. ein zweiter Strompegel (I_H, I_M) mit einem gemeinsamen Bezugspegel (I_L) vorgesehen ist, wobei der erste Strompegel (I_H) etwa doppelt so hoch ist wie der zweite Strompegel (I_M).

4. Sensoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Einrichtung (1b) zur Erfassung mindestens einer weitere Zusatzin­ formation wie eines Temperatursignals vorgesehen ist, das der ersten Einrichtung (2, 3, 4, 5) zugeführt wird.

5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zusat­ zinformation durch die erste Einrichtung (2, 3, 4, 5) in Form einer ersten und zweiten Bitsequenz (30, 40) zu einer Auswerteeinrichtung übertragbar ist, wobei die erste Bitsequenz (30) Statussignale und die zweite Bitsequenz (40) codierte Zahlenwerte beinhaltet.

6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (1a) eine an einen Meßwertaufnehmer (M) des aktiven Sensors (1) angeschlossene Spannungs-Meßeinrichtung ist.

7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung eine an den aktiven Sensor (1) angeschlossene Signal­ verarbeitungseinrichtung (2) zum Umsetzen des Sensor­ signals und der mindestens einen Zusatzinformation in Bitsequenzen, ein Schieberegister (3) zum Zwischen­ speichern der Bit Sequenzen und einen daran angeschlos­ senen Zustandsgenerator (4) zum Beaufschlagen einer Stromquelle (5) zur Erzeugung des zu übertragenden Pulssignals aufweist.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs­ einrichtung einen Komparator zum Vergleich der Si­ gnalspannung mit einem Minimalwert und zur Erzeugung eines ersten Statussignals bei Unterschreiten des Mi­ nimalwertes aufweist.

9. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs­ einrichtung eine Drehrichtungserkennung zur Erzeugung eines zweiten Statussignals aufweist, das eine Dreh­ richtung des Encoders anzeigt.

10. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs­ einrichtung eine Einheit zur Erkennung der Gültigkeit der Drehrichtung und zur Erzeugung eines dritten Sta­ tussignals aufweist, das die Gültigkeit der Drehrich­ tung anzeigt.