DE2352772A1 - Winkelgeber mit verbesserter aufloesung, insbesondere fuer zuendanlagen von brennkraftmaschinen - Google Patents

Winkelgeber mit verbesserter aufloesung, insbesondere fuer zuendanlagen von brennkraftmaschinen

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Description

R. 18 04 '
Ιο. Ιο. 1973 Ve/Do
Anlage zur Patentanmeldung ROBERT BOSCH GMBH, IN 7 STUTTGA-R
Winkelgeber mit verbesserter Auflösung, ins besondere für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen
Die. Erfindung betrifft einen Winkelgeber mit verbesserter Auflösung, insbesondere für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem winkelabhängige Impulse erzeugenden Impulsgeber, die einem Periodendauerzähler zuführbar sind, mit einer ersten Taktfrequenz für den Perioder.- ■ dauerzähler und mit einem Divisions zähler, durch den das Zählergebnis des Periodendauerzählers mit einer zweiten Taktfrequenz abwärts zählbar ist«
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Insbesondere für Zündanlagen in Brennkraftmaschinen sind Winkelgeber erforderlich, die in Abhängigkeit von der Stellung der. Kurbelwelle und in Abhängigkeif der Drehzahl der Brennkraftmaschine Signale abgeben. Bei digitalen Zündsteuerungen müssen diese Signale in Form einer Frequenz vorliegen.
Bei bekannten Winkelgebern dieser Art wird ein ferromagnetisches Zahnrad von der Kurbelwelle angetrieben. Ein induktiver Signalaufnahmer gibt bei jedem vorbeigsführten Zahn des Zahnrads ein Signal ab. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Signalen ist sin Maß für die Winkelgeschwindigkeit des Zahnrads und damit für die Drehzahl der Brennkraftmaschine. Diese Signale werden einem Periodendauerzähler zugeführt, der mit einer Taktfrequenz beaufschlagt ist. Während einer Periode, d.h. in der Zeitdauer zwischen zwei Zähnen, werden die Taktimpulse gezählt. Das Zählergebnis wird auf einen Divisionszähler übertragen und dort mit einer zweiten, höheren Taktfrequenz abv;ärts gezählt. Das Verhältnis der beiden Taktfrequenzen ist gleich dem Verhältnis, mit dem die vom Zahnrad erzeugte Frequenz heraufgesetzt ist. Sie ist durch die Nulldurchgänge des Divisions Zählers gegeben. Der Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß bei hohen Drehzahlen die Zähldauer im Periodendauerzähler sehr kurz wird. Um eine genügend große Genauigkeit zu erreichen, müßten die Taktfrequenzen stark heraufgesetzt v/erden, um noch genügend große Zählergebnisse zu erreichen. Die zweite Taktfrequenz müßte entsprechend noch höher werden. Diesen Heraufsetzungen der Taktfrequenzen steht jedoch der immer größer werdende Bauteileaufwand dafür entgegen, d.h. in einer praktischen Ausführung sind der Heraufsetzung der Taktfrequenzen
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Grenzen gesetzt. Die Folge davon sind ungenügend hohe Zählergebnisse im Periodendauerzähler und damit ein zu großer Winkelfehler bei hohen Drehzahlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Winkelgeber mit verbesserter Auflösung zu entwickeln, der bei noch leicht zu realisierenden Taktfrequenzen den entstehenden Winkelfehler korrigiert, Die drehzahlproportionale Ausgangsfrequenz des Winkelgebers soll bei möglichst geringem Aufwand an Material und Fläche der Bauteile eine möglichst hohe Genauigkeit bieten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Periodendauerzähler ein Vorzähler vorgeschaltet ist, daß ein Korrekturzähler zum Zählen der Nulldurchgänge des Divisionszählers vorgesehen ist, daß eine erste Vergleichsstufe zum Vergleich der Zählerinhalte des KorrekturZählers und des Vorzählers vorgesehen ist, daß eine zweite Vergleichsstufe zur Erfassung des Zählerinhalts Null des Korrekturzählers vorgesehen.ist und daß ein Signal der ersten Vergleichsstufe zur Erniedrigung und ein Signal der zweiten Vergleichs stufe zur Erhöhung dem Zählergebnis des PeriodendauerZählers zuführbar ist.
Um eine möglichst regelmäßige Ausgangsfrequenz zu erhalten, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung: zwischen den Divisionszähler und den Korrekturzähler eine Impulsvervielfachungsvorrichtung geschaltet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unter Verwendung von handelsüblichen Zählern in integrierter Bauweise ein billiger und platzsparender Aufbau ermöglicht wird. Die Taktfrequenzen sind so klein gehalten,
- H-
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daß sie ebenfalls in integrierter Bauweise billig und platzsparend zu realisieren sind. Die erreichte Genauigkeit in der Bestimmung der Drehzahl durch die Ausgangsfrequenz ist bei nur geringem Mehrbedarf an Bauteilen wesentlich höher.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:-
Figur 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,
Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels nach Figur 1,
Figur 3 ein Blockschaltbild, das zusammen mit dem in Figur
1 dargestellten Blockierschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt, und
Figur 1I ein Diagramm zur Erläuterung des Blockschaltbilds nach Figur 3·
In dem in Figur 1 dargestalltan Blockschaltbild ist der Ausgang eines von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängigen Impulsgebers sowohl mit den Rücksetzeingängen r eines Vorzählers 11 und eines PeriodendauerZählers 12, wie auch mit den Ladeeingängen eines ersten Zwischenspeichers 13 und eines zweiten Zwischenspeichers I1J verbunden. Die Binärzahlenausgänge des Zählers 11 bzw. 12 sind mit den Binärzahleneingängen des Zwischenspeichers 13 bzw. 14 verbunden. Weiterhin sind die BinärZahlenausgänge des Zwischenspeichers Ik mit den BinärZahleneingängeη eines DivisionsZählers 15 verbunden, dessen BinärZahlenausgänge an eine Null-Vergleichsstufe 16 angeschlossen sind. Der die Ausgangsfrequenz fA führende Ausgang der Null-Vergleichsstufe 16 ist sowohl mit dem Ladeeingang des Divisions Zählers 15, wie auch mit einer
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Ausgangskleirme 17 und dem Zähleingang eines Korrekturzählers 18 verbunden. Die Binärzahlenausgänge das Korrekturzählers sind sowohl mit einer weiteren Null-Vergleichsstufe 19, wie auch mit einer weiteren Vergleichsstufe 20 verbunden. Weiterhin sind die Binärzahlenausgänge des Zwischenspeichers 13 ebenfalls mit weiteren" Binärzahleneingängen der Vergleichsstufe 20 verbunden. Der Ausgang der Vergleichsstufe 20 ist an einen Abwärts-Zähleingang zl und der Ausgang der Null-Vergleichs stufe 19 an einen Aufwärts-Zähleingang z2 des •Zwischenspeichers 14 angeschlossen. Eine an einer Klemme 21 anliegende Taktfrequenz fO, die in einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Oszillator erzeugt wird, ist sowohl mit dem Zähleingang des Vorzählers 11, wie auch mit dem Zähleingang des Divisions Zählers 15 verbunden. Der überlaufäusgang des Vorzählers 11, an dem die Taktfrequenz fl erzeugt wird, ist mit dem ,Zähleingang des Periodendauerzählers 12 verbunden.
In der nun folgenden, anhand des Diagramms nach Figur 2 erläuterten Punktionsbeschreibung treten die in der Digitaltechnik gebräuchlichen Ausdrücke Null-Signal und Eins-Signal auf. Dabei entspricht einem Null-Signal ein Potential, das näherungsweise gleich dem Massepotential ist, und ein Eins-Signal entspricht einem Potential, das in der Größenordnung der Versorgungsspannung liegt. Weiterhin werden in der folgenden Beschreibung zur besseren Veranschaulichung Dezimal- · Zahlenbeispiele genannt, während in Wirklichkeit in den Zählern natürlich Binärzahlen gezählt, bzii. gespeichert werden.
Der Impulsgeber 10 erzeugt eine Eingangsfrequenz fE. Dies geschieht im einfachsten Falle dadurch, daß ein ferromagnetisches Zahnrad von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird und ein induktiver Aufnehmer bei jedem vorbeigeführten Zahn einen Impuls erzeugt. Diese Impulse werden durch eine bekannte Schaltung in Rechtecksimpulse
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umgesetzt und über eine Zeitrasterstufa geführt. Eine solche Zeitrasterstufe, die sine synchrone Rasterung der Impulse mit den Taktfrequenzimpulsen bewirkt, wird in fast allen digitalen Schaltungen benötigt und stellt ein bekanntes Bauelement dar.
Durch einen Impuls fE werden die Zähler 11 und 12 auf Null gesetzt. Die Taktfrequenz fO zählt nun den Vorzähler 11 aufwärts. Oberschreitet er seinen maximalen Zählerstand, so entsteht an seinem Ausgang ein überlaufimpuls fl, der Zähler wird dadurch auf Null zurückgesetzt und erneut mit der Taktfrequenz fO aufwärts gezählt. Durch die überlaufenden Impulse fl wird der Periodendauerzähler 12 aufwärts gezählt. Zu Beginn eines neuen Eingangsimpulses fE wird jeweils der Zählerstand der Zähler 11 bzw. 12 in die Zwischenspeicher bzw. Ik übernommen. Kurz danach iierden die Zähler 11, 12 wieder auf Null zurückgesetzt. Diese beiden kurz aufeinander folgenden Vorgänge können entweder mit der Anstiegsflanke und der Rückflanke des Eingangssignals fE bewirkt v/erden, es kann jedoch auch eine Zeitrasterstufe vorgesehen sein, die jeweils kura. aufeinander folgende Impulse erzeugt.
Wenn der Zählerstand des Divisionszählers 15 den Wert Null aufweist, so entsteht am Ausgang der Null-Vergleichsstufe ein'Eins-Signal. Diese Null-Vergleichsstufe 16 kann als NOR-Gatter ausgeführt sein, dessen Eingänge mit den Binärzahlenausgangen des DivisionsZählers 15 verbunden sind. Dieses Eins-Signal viird dem Ladeeingang des Di vi3 ions Zählers 15 zugeführt, der dadurch den Zahlenwert des Zwischenspeichers 14 übernimmt. Der Divisions zähler 15 wird im folgenden durch die Taktfrequenz fO heruntergezähIt. Dadurch entsteht an der Ausgangskiemma 17 eine Aus gangs frequenz fA, die dadurch entsteht, daß bei jedem Null-Dur chgar.s des Divisions-Zählers 15 ein Eins-Signal erscheint. Diese Ausgangsfrequenz fA ist damit proportional zum Verhältnis fO : fl, ·
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d.h. sie ist beeinflußbar durch die Taktfrequenz und durch den maximalen Zählerstand des Vorzählers 11.
Bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, d.h. bei großer Eingangsfrequenz fE, kann nun der Fall eintreten, daß der Zählerstand das. Periodendauerzählers · 12 bei sehr kleinen Zahlenwerten liegt. Als Beispiel sei angenommen, daß der Vorzähler 11 auf 9 zählt und dann einen Überlaufimpuls fl abgibt. Bei einer bestimmten Frequenz fE sei das gezählte Ergebnis 3,2, d.h. der Perxodendauerzähler 12 hat auf 3 und der Vorzähler 11 auf 2 gezählt. Mit den Ausgangsimpulsen fA wird nun der Korrekturzähler 18 aufwärts gezählt. Dieser Korrekturzähler 18 ist als Ringzähler geschaltet, d.h. bei Erreichen eines maximalen Zählerstands beginnt er automatisch wieder, von Null an aufwärts zu zählen. Es sei für das Beispiel angenommen, daß sein maximaler Zählerstand 9 sei. Die weitere Funktionsbeschreibung erfolgt unter Verwendung der Diagramme nach Figur 2. Zum Zeitpunkt ti wird der maximale Zählerstand des Korrekturzählers 18 überschritten und der Zählerstand auf Null zurückgesetzt. Dadurch spricht die Null-Vergleichsstufe an. Diese kann als NOR-Gatter ausgebildet sein und führt demzufolge beim Zählerstand Null des Xorrekturzählers 18 ein Eins-Signal dem Aufwärts-Zähleingang ζ2 des Zwischenspeichers 14 zu. Dadurch erhöht sich dessen Zählerstand von 3 auf 4. Die Ausgangsfrequenz fA verringert sich. Der Korrekturzähler 18 zählt nun mit der verringerten Ausgangsfrequenz fA aufwärts. Erreicht sein Zählerstand die Zahl 2, so spricht die Vergleichsstufe 20 an, da im Zwischenspeicher 13 ebenfalls die Zahl 2 gespeichert ist. Am Ausgang der Vergleichsstufe 20 erscheint ein Eins-Signal, das dem Abwärts-Zähleingang al des Zwischenspeichers 14 zugeführt wird. Der Speicherstand des Zwischenspeichers 14 verringert sich von 4 wieder auf 3· Zum Zeitpunkt t2 erhöht sich demnach die Ausgangsfrequenz fA wieder. Ohne den Korrekturzähler 18 würde ein großer Fehler der Ausgangsfrequenz fA
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entstehen, da der Periodendauerzähler 12 nicht zwischen dem Zählwert 3 und 3,9 unterscheiden kann. Der Vorzähler 11 erfasst die Dezimalen und erzeugt entsprechende Korrekturimpulse.
Die verwendeten Bauelemente sind übliche, im Handel erhältliche integrierte Schaltungen. Dabei kann für die Zähler 11, 12, 15, 18 das integrierte Bauteil SN 7^191, für den Zwischenspeicher 13 das Bauteil SN 7*1174, für den Zwischenspeicher 14 das Bauteil SN 74193 und für die Vergleichsstufe 20 das Bauteil SN 7486 verwendet werden.
Die in Figur 3 dargestellte Schaltungsanordnung stellt eine Impulsvervielfachungsvorrichtung 100 dar, die zwischen die Klemme 17 und den Korrekturzähler 18 geschaltet ist. Dabei ist. die Klemme 17 mit dem Ladeeingang eines Vervielfachungszählers 101 verbunden. Die Binärzahleneingänge des Vervielfachungszählers 101 sind auf eine feste Binärzahl M geschaltet. Die BinärzahlenausgSnge sind über eine Null-Vergleichsstufe 102 an einen Eingang eines UND-Gatters.103 angeschlossen. Der andere Eingang des UND-Gatters 103 ist mit der die Taktfrequenz fO führenden Klemme 21 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 103 ist mit den Zähleingängen des Vervielfachungszählers 101 und des Korrekturzählers 18 verbunden.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung, nach Figur 3 im Zusammenhang mit der Schaltung nach Figur 1 vixrd im folgenden anhand der Diagramme nach Figur 4 beschrieben. Durch einen Impuls fA wird der VervieIfachungszähler 101 mit einer festen Binärzahl N beaufschlagt. Diese Binärzahl ist in unserem Beispiel die Zahl 3· Die nachgeschaltete Null-Vergleichsstufe 102 kann als ODER-Gatter realisiert sein und führt daher dem Eingang des UND-Gatters 103 einen Eins-Impuls zu. Die Taktimpulse fO zählen den Zählerstand N des Ver-
- 9 509818/0126
vielfachungsZählers 101 bis Null herunter. Es erscheint ein Null-Signal am Ausgang der Null-Vergleichsstufe 102, durch das das UND-Gatter 103 für Taktimpulse fO gesperrt wird. Mit jedem-Ausgangsimpuls fA werden demzufolge dem Vervielfachungszähler 101, wie auch dem Korrekturzähler 18, N Impulse zugeführt. Ss liegt eine Impulsvervielfachungsschaltuhg vor, ' .durch die die Eingangs impulse fA um den Faktor IJ vervielfacht werden.
Mit jedem Ausgangsimpuls fA wird der Korrekturzähler 18 im gewählten Beispiel um\die Zahl 3 heraufeszählt. Dies ist in Figur 4 als ein Schritt gezeichnet, da die Taktimpulse fO eine wesentlich, höhere Frequenz als die Aus gangs impulse fA haben. Zur Zeit t3 wird also' der Zählerstand 8 um 3 Impulse auf den Zählerstand 1 heraufgezählt. Beim Null-Durchgang verringert sich die Frequenz fA entsprechend der Funktions-
beschreibung zu Figur 1. Zum Zeitpunkt t*J wird von 1 auf 4 hochgezählt und es tritt wieder eine höhere Frequenz fA auf. Es sind 4 Zählperioden in Figur 4 dargestellt und es ist daraus zu erkennen, daß die Verteilung der Impulse fA gleichmäßiger ist als die Impulsverteilung nach Figur 2. Die Impulse niedrigerer Frequenz treten einzeln auf und sind gleichmäßiger verteilt. '
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Claims (1)

  1. ■! 10
    Ansprüche
    1·) Winkelgeber mit verbesserter Auflösung, insbesondere für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem winkelabhängige Impulse erzeugenden Impulsgeber, die einem Periodendauerzähler zuführbar sind, mit einer ersten Taktfrequenz für den Periodendauerzähler und mit einem Divisions zähler, durch den das Zählergebnis de3 Periodendauerzählers mit einer zweiten Taktfrequenz abwärts zählbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Periodendauerzähler (12) ein Vorzähler (11) vorgeschaltet ist, daß ein Korrekturzähler (18) zum Zählen der Null-Durchgänge des DivisionsZählers (15) vorgesehen ist, daß eine erste -Vergleichsstufe (20) zum Vergleich der Zählerinhalte des Korrekturzählers (18) und des Vorzählers (11) vorgesehen ist, daß eine zweite Vergleichs stufe (19) zur Erfassung des Zählerinhalts Null des Korrekturzählers (18) vorgesehen ist und daß ein Signal der ersten Vergleichsstufe (20) zur Erniedrigung und ein Signal der zweiten Vergleichsstufe (19) zur Erhöhung dem Zählergebnis des Periodendauerzählers (12) zuführbar ist.
    2. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung des Zählergebnisses des Periodendauerzählers (12) und/oder des Vorzählers (11) jeweils ein Zwischenspeicher 14, 13) vorgesehen ist.
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    - Ii -
    3· Winkelseber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet 3 daß die Signale der beiden Vergleichsstufen (19» 20) zur Veränderung des Speicherstands des dem Periodendauerzähler (12) zugeordneten Zivis chenspei eher s (I1I) diesem zuführbar sind. ·
    2j Winkelgeber' nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß den Divisions zähler (15 ) zur Erkennung seines Null-Durchgangs eine weitere Null-Vergleichsstufe (l6)nachgesehaltet ist und daß durch ein Signal dieser Null-Vergleichsstufe (16) der Divisions zähler (15) άέη Speicherstand des dem Periodendauerzähler (12) zugeordneten Zwischenspeichers (1*1) übernimmt.
    5. Winkelgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Vorzählers (11) die zweite Taktfrequenz (fO) zuführbar ist und daß am Ausgang des Vorzählers (11) in Abhängigkeit vom maxi-
    . malen Zählerinhalt des Vorzählers (11) die erste Taktfrequenz (fl) erzeugbar ist.
    6. Winkelgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Divisionszähler (15) und dem Korrekturzähler (18) eine Impulsvervielfachungsvorrichtung (100) geschaltet ist, um eine regelmäßigere Ausgangsfrequenz (fA) zu erreichen. ■
    509818/0126 ·
    7· Winkelgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß mit jedem Null-Durchgangsimpuls ds-s Divisionszählers (15) ein Vervielfachungszähler (lol) mit einer festen "3inärzahl N beaufschlagbar ist, daß diese Binärzahl N
    mit der zweiten Taktfrequenz (fO) abwärts zählbar ist und daß dadurch während der Zähldauer N Taktimpulse
    dem Korrekturzähler (18) zuführbar sind.
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    Leerseite
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