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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zur Signalerfassung, insbesondere zu Erfassung der Drehzahl oder Winkelstellung
einer Kurbel- oder
Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem Geber.
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Sehr
oft werden in der Technik bestimmte Zustände mittels Geber überwacht.
Insbesondere werden immer dann Geber eingesetzt, wenn eine bestimmte
Größe in Abhängigkeit
einer anderen Größe eingestellt
werden soll, wie dies beispielsweise bei einer Regelung der Fall
ist. In der Regel sind die Geber entsprechend ihrem bestimmten Zweck
ausgebildet, da hierdurch die Qualität der Signalerfassung erhöht wird.
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Insbesondere
wird bei modernen Motorsteuerungen die Drehzahl und Winkelstellung
von Kurbel- und Nockenwelle mittels speziell angepaßter Sensoren
hochgenau erfaßt.
Zur Drehzahlerfassung einer Kurbelwelle wird beispielsweise ein
Geberrad mit 60 minus 2 Zähnen
eingesetzt, welches von einem Geber, der regelmäßig als Induktivgeber ausgeführt ist, abgetastet
wird.
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Um
ausreichende Informationen über
das aktuelle Arbeitsspiel des Motors zu erhalten, muß zusätzlich die
absolute Nockenwellenstellung ermittelt werden. Hierzu werden nahezu
ausschließlich
aktive Geber, das heißt
Hall- oder magnetoresistive Geber verwendet.
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In
DE 43 28 584 A1 wird
ein elektronischer Winkelpositionsgeber beschrieben, der laufend
mit der Winkellageänderung
eines Rotors synchronisiert wird. Eine Mustererfassungsschaltung
versorgt das System mit elektronischen Pulsmustern, die Marken auf
dem Rotor entsprechen. Pulsmuster werden zur Bestimmung der momentanen
Winkelposition des Rotors mit in einem Speicher gespeicherten Mustern verglichen.
Das System stellt die Synchronisation in den Anfangsrotationen her
und überprüft diese
bei nachfolgenden Rotationen kontinuierlich.
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In
DE-OS 24 44 635 A1 wird
eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung und zur Winkelprogrammierung
für eine
Drehvorrichtung offenbart. Die Einrichtung umfaßt einen Meßsignalgeber, der jedesmal
einen Impuls abgibt, wenn die Drehvorrichtung sich um einen bestimmten
Winkel gedreht hat, eine erste Impulsquelle mit einer bestimmten
Frequenz, eine Zählvorrichtung
für die
Anzahl der abgegebenen Impulse, eine zweite Impulsquelle mit einer
bestimmten höheren
Frequenz und eine Vorrichtung, die kontinuierlich Ausgangsimpulse
liefert. Es wird durch eine rein numerische Methode eine Frequenz
von Impulsen proportional zur Drehgeschwindigkeit erzeugt, die im
gewünschten
Verhältnis
größer als
die Frequenz des Meßsignalgebers
ist.
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In
US 4 267 810 wird ein Einrichtung
zur Steuerung von sich wiederholenden Vorgängen bei Brennkraftmaschinen
beschieben. Die Einrichtung umfaßt eine mit der Kurbelwelle
in Verbindung stehende Geberanordnung, welche Winkelgeschwindigkeit
und Positionsinformationen für
die Zündungs- bzw.
Einspritz-Steuerung bereitstellt und elektrische Steuerimpulse erzeugt.
In einem ersten Zyklus wird zwischen zwei solchen Steuerimpulsen
eine Festfrequenz zur Ermittlung eines drehzahlabhängigen Zahlenwerts
gezählt.
Im darauffolgenden Zyklus steht dieser drehzahlabhängiger Zahlenwert
bis zum Erscheinen des nächsten
Steuerimpulses einem mit der Geberanordnung verbundenen Rechner
zur Verfügung.
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Auf
Grund der unterschiedlichen Anforderungen bei der Verwendung eines
Gebers bei einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle sind die Geber
im Hinblick auf Umlaufgeschwindigkeit und Zahn form des Geberrades
unterschiedlich optimiert. So ist der Geber für die Kurbelwelle an eine große Umlaufgeschwindigkeit
der Zähne
und eine kleine Zahnform angepaßt.
Der Geber für
die Nockenwelle hingegen ist an eine kleine Umlaufgeschwindigkeit
und eine große
Zahnform angepaßt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Eingangs genannte Vorrichtung zur
Signalerfassung derart auszubilden, daß ein einheitlicher Geber verwendet werden
kann, bei Aufrechterhaltung der Signalqualität.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
hat der Geber einstellbare Parameter, mittels der er hinsichtlich
seines Einsatzzweckes oder -ortes optimierbar ist. Hierdurch läßt sich
der Geber entsprechend seinem Verwendungszweck unmittelbar vor dem
Einbau oder auch nach dem Einbau konfigurieren. Der Geber kann somit
einheitlich ausgebildet werden, obwohl er für unterschiedliche Zwecke verwendet
werden kann. Dies bringt sehr große Vorteile bei der Herstellung
mit sich, da nicht mehr unterschiedliche Geber hergestellt werden
müssen
sondern nur noch ein Gebertyp. Statt von unterschiedlichen Gebern
jeweils eine bestimmte Anzahl herstellen zu müssen, kann nun die Gesamtanzahl
von einem Geber hergestellt werden.
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Die
beim Geber einstellbaren Parameter betreffen insbesondere Filterkonstanten,
Schaltschwellen oder Zeitkonstanten.
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Durch
die Verwendung eines Einheitsgebers vereinfacht sich auch die Lagerhaltung
entsprechend. Es ist nicht mehr erforderlich, unterschiedliche Gebertypen
am Lager zu halten. Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere beim
Ersatzteilgeschäft
aus.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn ein Steuergerät vorhanden ist, welches mit
dem Geber wenigstens über
eine Signalleitung elektrisch verbunden ist und an den optimierten
Geber anpassbare Parameter hat, wie dies bei einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, das Steuergerät ebenfalls
einheitlich auszubilden. Entsprechend der Parametereinstellung des
Gebers, das heißt
dem Verwendungszweck des Gebers, wird das Steuergerät eingestellt.
Ist der Geber beispielsweise für
die Signalerfassung einer Nockenwelle eingestellt worden, wird das
Steuergerät
ebenfalls für
die Signalerfassung an einer Nockenwelle eingestellt.
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Es
ist auch möglich,
ein Steuergerät,
welches einen Eingang für
einen Geber einer Nockenwelle und einen Eingang für einen
Geber einer Kurbelwelle hat, so auszubilden, daß der Eingang und der betreffende
Teil des Steuergeräts,
welche die Nockenwelle betreffen, hinsichtlich der vom Geber der Nockenwelle
abgegebenen Signale optimiert ist und der Eingang sowie der Teil
des Steuergeräts,
welche die Kurbelwelle betreffen, hinsichtlich der vom Geber der
Kurbelwelle abgegebenen Signale optimiert ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Einstellung der Parameter des Gebers
vom Steuergerät vorgenommen
wird. Hierdurch lassen sich die Parameter des Gebers nach der Montage
optimieren, wodurch die Gefahr, daß beispielsweise ein für die Verwendung
an der Nockenwelle optimierter Geber an der Kurbelwelle eingebaut
wird, ausgeschaltet wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es auch, wenn das Steuergerät eine Auswerteschaltung aufweist,
zur Feststellung des Einsatzzweckes beziehungsweise -ortes des Gebers.
Bei einer derartigen Ausführungsform
kann das Steuergerät
vor der Vornahme der Parametereinstellung des Gebers zunächst den
Einsatzzweck beziehungsweise -ort des Gebers feststellen, woraufhin
die Parameter des Gebers entsprechend dem Einsatzzweck beziehungsweise
-ort eingestellt werden. Der Einsatzzweck beziehungsweise -ort des
Gebers kann beispielsweise in der Weise festgestellt werden, daß das Steuergerät die vom
Geber kommenden Signale erfaßt
und auswertet. Beispielsweise kann durch einen Vergleich der vom
Geber der Nockenwelle kommenden Signale mit den vom Geber der Kurbelwelle
kommenden Signale festgestellt werden, welcher Geber an der Nockenwelle
beziehungsweise Kurbelwelle sitzt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuergerät die Anpassung
seiner Parameter an den Geber in Abhängigkeit des festgestellten
Einsatzzweckes oder -ortes des Gebers selbst vornimmt. Hierdurch
ist es möglich,
daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung
sich vollständig
automatisch konfiguriert. Der noch nicht an seinen Einsatzzweck
beziehungsweise -ort angepaßte
Geber gibt zunächst
Signale an das Steuergerät,
welche vom Steuergerät
zur Erkennung des Einsatzzweckes beziehungsweise -ortes des Gebers ausgewertet
werden. Entsprechend dem Einsatzzweck beziehungsweise -ort des Gebers
optimiert das Steuergerät
seine betreffenden Parameter und sendet Signale an den Geber, zur
Optimierung der Parameter des Gebers bezüglich seines Einsatzzweckes
beziehungsweise -ortes.
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Bei
der letztgenannten Ausführungsform braucht
bei der Montage nicht mehr darauf geachtet werden, daß ein bestimmter
Geber mit bestimmten Eingängen
des Steuergerätes
verbunden wird. Je nach Einsatzzweck beziehungsweise -ort des Gebers
und des verwendeten Eingangs des Steuergeräts wird der Geber und der Eingang
konfiguriert beziehungsweise optimal angepaßt. Durch die selbständige Konfigurierung
der Vorrichtung ist eine fehlerhafte Montage vollständig ausgeschlossen.
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung.
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Figuren
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Es
zeigt die einzige Figur eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Steuergerät mit Eingängen für zwei Geber
in schematischer Blockdarstellung.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Wie
der Figur entnommen werden kann, ist ein erster Geber 1 und
ein zweiter Geber 2 mit einem Steuergerät 3 verbunden. Der
erste Geber 1 und der zweite Geber 2 sind identisch
ausgebildet. Der erste Geber 1 ist an einem Geberrad 4 einer
Nockenwelle angeordnet, der zweite Geber 2 an einem Geberrad 5 einer
Kurbelwelle. Das Geberrad 4 der Nockenwelle weist wenige,
breite Zähne
auf, wohingegen das Geberrad 5 der Kurbelwelle viele schmale
Zähne aufweist.
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Da
der erste Geber 1 mit dem zweiten Geber 2 identisch
ausgebildet ist, wird im folgenden lediglich der erste Geber 1 beschrieben.
Die Bezugszeichen der Elemente des zweiten Gebers 2 sind
zur Unterscheidung mit einem a versehen.
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Der
erste Geber 1 weist ein Sensorelement 6 auf, welches
die Zahnflanken des Geberrads 4 der Nockenwelle detektiert.
Das Sensorelement 6 ist mit einer Auswertelogik 7 verbunden,
welche die vom Sensorelement 6 abgegebenen Signale aufbereitet und
bis zu einem gewissen Grad auswertet. Der Ausgang der Auswertelogik 7 ist
mit einem ersten Signaleingang 11 des Steuergeräts 3 verbunden.
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Die
Auswertelogik 7 hat einen Konfigurationseingang 7', über welchen
die Auswertelogik 7 konfigurierbar ist. Über den
Konfigurationseingang 7' lassen
sich beispielsweise die Filterkonstanten, die Schaltschwellen oder
die Zeitkonstanten der Auswertelogik einstellen.
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Der
erste Geber 1 weist des weiteren eine Empfangseinheit 10 auf,
welche mit der Versorgungsspannung des ersten Gebers 1 verbunden
ist, wobei der Versorgungsspannungsanschluß mit einem ersten Ausgang 13 des
Steuergeräts 3 verbunden
ist. Mittels der Empfangseinheit 10 läßt sich ein Schalter 10' steuern. Der
Schalter 10' ist
einerseits mit dem Eingang 7' der
Auswertelogik 7 verbunden und andererseits mit einem ersten
Speicher 8, welcher beispielsweise Parameter enthält, mittels
welcher die Auswertelogik 7 an das Geberrad 4 der
Nockenwelle angepaßt
ist, und einem zweiten Speicher 9 verbunden, welcher Parameter
enthält,
mittels welcher die Auswertelogik 7 beispielsweise an das
Geberrad 5 der Kurbelwelle angepaßt ist.
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Das
Steuergerät 3 enthält einen
Funktionsblock 15, mittels welchem eine Signalerkennung
und eine Plausibilitätsprüfung vorgenommen
werden kann. Des weiteren enthält
das Steuergerät 3 eine erste
Signalauswertung 16, welche zur Auswertung des Nockenwellensignals
vorgesehen ist, sowie eine zweite Signalauswertung 17,
welche zur Auswertung des Kurbelwellensignals vorgesehen ist. Die
erste Signalauswertung 16 sowie die zweite Signalauswertung 17 sind über einen
ersten Umschalter 16' beziehungsweise
einen zweiten Umschalter 17' jeweils
mit dem ersten Signaleingang 11 beziehungsweise dem zweiten
Signaleingang 12 verbindbar. Die Umschalter 16', 17' werden vom
Funktionsblock 15 gesteuert.
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Der
Ausgang 13 und der zweite Ausgang 14 des Steuergeräts 3 sind über einen
ersten Pegelschalter 13' beziehungsweise
zweiten Pegelschalter 14' mit
einer Spannung von fünf
Volt oder 12 Volt verbunden. Die Pegelschalter 13', 14' werden vom Funktionsblock 15 gesteuert.
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Nachfolgend
wird die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
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In
der Ausgangsstellung der Geber 1, 2 ist der Eingang 7' der Auswertelogik 7 mittels
des Schalters 10' mit
dem ersten Spei cher 8 verbunden, so daß die Auswertelogik 7 an
das Geberrad 4 der Nockenwelle angepaßt ist. Nach dem Starten des
Motors empfängt
das Steuergerät 3 über den
ersten Signaleingang 11 und den zweiten Signaleingang 12 die von
der jeweiligen, noch nicht angepaßten Auswertelogik 7 abgegebenen
Signale. Die Signale werden vom Funktionsblock 15 ausgewertet.
Aufgrund des Signalverlaufs beziehungsweise der Signalformen, welche
in der jeweiligen Signalleitung dargestellt und mit den Bezugszeichen 11' und 12' versehen sind,
erkennt der Funktionsblock 15, daß der erste Signaleingang 11 mit
einem Geber verbunden ist, welcher an der Nockenwelle angeordnet
ist, und der zweite Signaleingang 12 mit einem Geber verbunden
ist, welcher an der Kurbelwelle angeordnet ist.
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Aufgrund
der empfangenen Signale 11', 12' gibt der Funktionsblock 15 an
seinem Ausgang ein Signal ab, mittels welchem der mit dem ersten
Ausgang 13 verbundene Pegelschalter 13' in eine solche Stellung
gebracht wird, daß am
ersten Ausgang 13 eine Spannung von fünf Volt anliegt. Aufgrund der
am ersten Ausgang 13 anliegenden Spannung von fünf Volt
erkennt die Empfangseinheit 10 des ersten Gebers 1,
daß der
erste Geber 1 an einer Nockenwelle angeordnet ist, wodurch
die Empfangseinheit 10 den Schalter 10' veranlaßt, seine
Stellung beizubehalten.
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Aufgrund
des Ausgangssignals des Funktionsblocks 15 wird der mit
dem zweiten Ausgang 14 verbundene Pegelschalter 15' in eine solche
Stellung gebracht, daß am
zweiten Ausgang 14 eine Spannung von 12 Volt anliegt. Aufgrund
der am zweiten Ausgang 14 anliegenden Spannung von 12 Volt
erkennt die Empfangseinheit 10a des zweiten Gebers 2,
daß der
zweite Geber 2 an einer Kurbelwelle angeordnet ist, wodurch
die Empfangseinheit 10a den Schalter 10' zur Umschaltung
veranlaßt,
so daß er mit
dem zweiten Speicher 9a verbunden ist. Hierdurch liegen
am Konfigurationseingang 7'a der
Auswertelogik 7a Parameter an, mittels welcher die Auswertelogik 7a an
das Geberrad 5 der Kurbelwelle angepaßt ist.
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Des
weiteren wird aufgrund des Ausgangssignals des Funktionsblocks 15 erste
Umschalter 16' in eine
solche Stellung gebracht, daß die
erste Signalauswertung 16 mit dem ersten Signaleingang 11 verbunden
ist. Der zweite Umschalter 17' wird aufgrund des Ausgangssignals
des Funktionsblocks 15 in eine solche Stellung gebracht,
daß die
zweite Signalauswertung 17 mit dem zweiten Signaleingang 12 verbunden
ist. Hierdurch ist das Steuergerät 3 so
konfiguriert, daß die
am ersten Signaleingang 11 anliegenden Nockenwellensignale
in der zugehörigen
ersten Signalauswertung 16 verarbeitet werden und die am
zweiten Signaleingang 12 anliegenden Kurbelwellensignale
in der zugehörigen
zweiten Signalauswertung 17 verarbeitet werden.