DE19937964A1

DE19937964A1 - Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung

Info

Publication number: DE19937964A1
Application number: DE1999137964
Authority: DE
Inventors: Peter Weiberle; Klaus Marx
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-15

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungseinrichtung eines bewegbaren Teiles angegeben, insbesondere eine Vorrichtung zur Drehrichtungserkennung mit einem Drehzahlsensor, bei dem ein feststehender Sensor das bewegbare Teil abtastet und die Beschaffenheit des bewegbaren Teils so gewählt wird, daß aus dem Signal des Sensorelements durch Vergleich mit Schwellwerten ein digitales Signal erhalten wird, dessen Tastverhältnis von der Bewegungsrichtung abhängig ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Vorrichtungen zur Erkennung einer Bewegungsrichtung eines bewegbaren Teiles sind insbesonders im Zusammenhang mit einer Drehrichtungserkennung bereits bekannt. Bei einer solchen Drehrichtungserkennung wird üblicherweise eine drehbare Scheibe, die an ihrer Oberfläche verschiedene Winkelmarken aufweist, mit Hilfe zweier Sensoren, die auf die Winkelmarken ansprechen, abgetastet. Aufgrund des räumlichen Abstandes der beiden Sensoren liefern sie zwei phasenversetzte digitale Signale. Durch Vergleich dieser digitalen Signale miteinander bzw. durch Auswertung des zeitlichen Ablaufs der Signalflanken kann die Drehrichtung ermittelt werden. Eine Vorrichtung zur Erkennung einer Drehrichtung, die nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeitet, ist beispielsweise aus der DE-OS 35 10 651 bekannt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß nur ein Sensor benötigt wird, aus dessen Signal ein digitales Ausgangssignal gebildet wird, das die Bewegungsrichtungserkennung ermöglicht. Erzielt wird dieser Vorteil, indem die Beschaffenheit des bewegbaren Teiles so ausgestaltet wird, daß das im Sensor bei der Abtastung des Teiles entstehende Signal nach einem Vergleich mit zwei Schwellwerten ein digitales Ausgangssignal ergibt, das einen von der Bewegungsrichtung abhängigen Verlauf aufweist. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drehrichtungserkennung eingesetzt.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß gleichzeitig die Drehzahl und die Drehrichtung mit einem einzigen Sensor ermittelt werden können. Dazu wird die Drehzahl aus der Frequenz des Signales und die Drehrichtung aus dem Tastverhältnis bestimmt. In vorteilhafter Weise kann eine Anpassung der Erfindung auch derart erfolgen, daß der Sensor beweglich ist und das abzutastende Teil feststeht. Bei einer linearen Bewegung kann neben der Bewegungsrichtung vorteilhafterweise auch noch die Geschwindigkeit ermittelt werden, indem der zeitliche Abstand vorgebbarer Signalflanken des digitalen Ausgangssignales ausgewertet wird.

Vorteilhafterweise wird die Erfindung in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei das bewegbare Teil beispielsweise ein Zahnrad ist, das mit einer Welle des Fahrzeugs in Verbindung steht. Beispielsweise kann die Fahrt- oder Rollrichtung des Fahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkannt werden, auch kann die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs aus der Drehrichtung von Pol- oder Zahnrädern abgeleitet werden. Die Fahrt- oder Rollrichtung kann in vorteilhafter Weise zum Betrieb eines elektronisch gesteuerten automatischen Getriebes, beispielsweise eines Stufenautomat-Getriebes oder CVT-Getriebes im Zusammenhang mit verschiedenen Steuerungsfunktionen bestimmt werden. Auch zur Lagebestimmung der Kurbel- oder Nockenwelle eines Motors sowie zu Bestimmung der Drehrichtung dieser Wellen läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise einsetzen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und in Fig. 2 sind zugehörige Magnetfeld- bzw. Signalverläufe dargestellt.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, dabei bezeichnet 10 ein bewegbares Teil, das eine charakteristische Oberfläche aufweist. Beispielsweise ist das bewegbare Teil 10 ein Zahnrad mit Zähnen bzw. Winkelmarken 11 und Lücken 12, wobei wesentlich ist, daß die Längen unterschiedlich sind, z. B. ist die Länge L1 eines Zahnes 11 länger als die Länge L2 einer Lücke 12 oder es ist L2 länger als L1. Das bewegbare Teil 10 wird mit Hilfe eines feststehenden Sensors 13 abgetastet, wobei die Zuordnung von Sensor und bewegbarem Teil so ist, daß ein magnetfeldabhängiger und speziell auf die Zahnflanken arbeitender Sensor, beispielsweise ein herkömmlicher, z. B. AMR- oder Hall-Drehzahlsensor eingesetzt wird. Ein solcher Sensor umfaßt ein Sensorelement 14a, dessen Ausgangssignal S entweder im Sensor selbst oder in einer nachfolgenden Auswerteeinrichtung 14b, die auch Bestandteil des Sensors 13 sein kann, weiterverarbeitet wird. Das Sensorelement 14a registriert bei einer Bewegung des bewegbaren Teiles 10 bzw. bei einer Drehung des Zahnrades die in Fig. 2a dargestellten Magnetfeldkomponenten ΔB und erzeugt ein entsprechendes, magnetfeldabhängiges Signal S, wobei gilt S = f (ΔB) oder dB/dS. Das im Sensorelement erzeugte Signal (Spannung) wird in einer Triggerschaltung, die Bestandteil der Auswerteeinrichtung 14b ist, in ein digitales Signal verarbeitet. Die Triggerschaltung vergleicht die im Sensorelement induzierte Spannung, also das Signal S mit vorgebbaren Triggerschwellen TS1 und TS2. Diese Triggerschwellen werden in der in Fig. 2a dargestellten Weise gewählt. Je nach Bewegungsrichtung ergeben sich am Ausgang der Triggerstufe die in Fig. 2b dargestellten digitalen Signale S1 oder S2. Das Signal S1 wird bei der mit Pfeil 15 angegebenen Bewegungsrichtung erhalten. Wird die obere Triggerschwelle überschritten, wechselt das Digitalsignal von Low nach High. Bei Unterschreiten der unteren Triggerflanke findet ein Wechsel von High nach Low statt und beim neuerlichem Überschreiten der oberen Triggerschwelle nimmt das Signal S1 wieder seinen High- Zustand ein.

Bei der durch den Pfeil 16 angegebenen Bewegungsrichtung wechselt das Signal S2 von Low nach High, sofern die obere Triggerschwelle erreicht wird und wechselt zurück auf Low bei Erreichen der unteren Triggerschwelle. Durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Signale S1 und S2 kann die Drehrichtung bestimmt werden, indem das Verhältnis High zu Low (Duty-Cycle) gebildet wird. Dieses Verhältnis ist bei einer durch den Pfeil 15 angegebenen Bewegungsrichtung wesentlich größer als bei einer Bewegung in der durch den Pfeil 16 markierten Richtung. Somit läßt sich die Drehrichtung aus dem Verhältnis High zu Low des digitalen Sensorsignales bestimmen.

Zusätzlich kann durch Auswertung der Frequenz des digitalen Signales S1 oder S2 die Drehzahl bestimmt werden. Dazu können beispielsweise auch zeitliche Abstände vorgebbarer Signalflanken in üblicher Weise ausgemessen werden. Diese zeitlichen Abstände, beispielsweise jeweils der zeitliche Abstand zwischen zwei Rückflanken des Signales S1 oder S2 ergibt einen drehzahlabhängigen Wert, aus dem sich die Drehzahl bei Kenntnis der Oberflächenstruktur des Zahnrades und des Durchmessers bestimmen läßt. Drehzahl und Drehrichtung können gleichzeitig oder unabhängig voneinander bestimmt werden.

Das beschriebene Signalverhalten kann in gleicher Weise auch an Polrädern mit gezielt unterschiedlicher Länge von Nord- und Südpolen erreicht werden. Als Sensorelement ist prinzipiell ein magnetoresistive Element oder auch eine Differenz-Hallzelle geeignet. Grundsätzlich können auch Sensoren eingesetzt werden, die nach anderen physikalischen Prinzipien arbeiten. Wesentlich ist lediglich, daß das durch die Signale S1 und S2 dargestellte Signalverhalten erreicht werden kann, unter der Voraussetzung, daß erstes Signal S mit zwei Triggerschwellen verglichen wird, zur Bildung der richtungsabhängigen Signale S1 und S2.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Sensor dem beweglichen Teil zugeordnet und das Teil mit der charakteristischen Oberfläche ist in diesem Fall feststehend. Damit kann die Bewegungsrichtung des mit dem Sensor in Verbindung stehenden Teiles bestimmt werden.

Bei einer linearen Bewegung läßt sich sowohl die Bewegungsrichtung als auch die Geschwindigkeit durch Bestimmung des Tastverhältnisses und/oder des zeitlichen Abstandes vorgebbarer Signalflanken ermitteln.

Claims

1. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung eines bewegbaren Teiles, mit einem feststehenden Sensor, der ein von der Beschaffenheit des bewegbaren Teiles abhängiges Signal abgibt, das in Auswertemitteln mit vorgebbaren Schwellwerten verglichen wird, zur Bildung eines digitalen Signales, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaffenheit des Teiles (10) so ausgestaltet wird, daß das aus dem Signal (S) des Sensorelements (14a) durch Vergleich mit Triggerschwellen (TS) erhaltene digitale Ausgangssignal (S1), (S2) von der Bewegungsrichtung abhängig ist.

2. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Teil ein drehbares Teil ist, dessen Drehrichtung ermittelt werden soll.

3. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Drehrichtung die Drehzahl des sich drehenden Teiles ermittelt wird.

4. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung durch Auswertung des Tastverhältnisses des digitalen Signales und die Drehzahl durch Auswertung des zeitlichen Abstandes zwischen vorgebbaren Signalflanken des digitalen Signales (S1) oder (S2) oder durch Auswertung der Frequenz des digitalen Signales (S1) oder (S2) bestimmt wird.

5. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit dem bewegbaren Teil verbunden ist und das Teil mit der charakteristischen Oberfläche feststeht.

6. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem linear beweglichen Teil die die Bewegungsrichtung durch Auswertung des Tastverhältnisses und die Geschwindigkeit durch Auswertung des zeitlichen Abstandes vorgebbarer Signalflanken bestimmt wird.

7. Vorrichtung zur Erkennung einer Bewegungsrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorelement ein magnetoresistives Element oder eine Differenz-Hallzelle oder ein Hallsensor oder ein GMR-Sensor verwendet wird, wobei das Material des bewegbaren Teiles auf die Funktionsweise des Sensorelements abgestimmt wird.