DE2553806B2 - Schaltungsanordnung zur digitalen Messung der Periodendauer einer Wechselspannung - Google Patents

Description

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durchführt, wobei m = 1, 2, 3,... oder in = 2" mit η = 1,2,3,...ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur in Form einer stufenweisen Angleichung erfolgt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur durch Veränderung der den Halbwellen bzw. Halbperioden zugeordneten Meßzeiten erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur des Tastverhältnisses durch Beeinflussung der Schalthysterese des Sinusrechteckwandlers (2) erfolgt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur durch Verlängerung der Durchlaßzeit des UND-Gatters (5 oder 6), das der jeweiligen Halbwelle bzw. Halbperiode mit der kleineren Dauer zugeordnet ist, um eine von der Meßfrequenz abhängige Zeit erfolgt.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitales Rechenwerk vorgesehen ist, das zur Korrektur der Unsymmetrie des Tastverhältnisses des Drehgebers eine Korrektur der aufgrund der digitalen Meßwerte in der Blockierschutzelektronik ermittelten Geschwindigkeitswerte durchführt.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung der Bremse eine Unterbrechung des Korrekturvorganges durch ein vom Bremslichtschalter (12) abgeleitetes Signal vorgesehen ist und daß für die Dauer der Bremsung die bis zum Zeitpunkt der Bremsbetätigung erreichte Korrekturgröße beibehalten wird.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur digitalen Messung der Periodendauer einer Wechselspannung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Schaltungsanordnungen dienen dem Zweck, einen unzulässigen Schlupf bei der Radgeschwindigkeit zu messen, um ein Blockieren der Fahrzeugräder zu verhindern.

Es ist bekannt, elektronische Schaltungen zu verwenden, bei welchen entweder volle Perioden zur Messung herangezogen werden oder nur die positiven oder negativen Halbwellen der Drehgeberwechselspannung, da der Drehgeberrotor in der Praxis wirtschaftlich nicht so gefertigt werden kann, daß Zähne und Zahnlücken gleich breit sind. Da bei diesen Schaltungsanordnungen in jedem Falle eine volle Periodendauer für eine Messung verstreicht, treten insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten Informationslücken auf, welche so groß sind, daß sich das Regelverhalten derart verschlechtert, daß es notwendig wird, die Regelelektronik der blockiergeschützten Bremsanlage vorübergehend bzw. vorzeitig vor dem Stillstand abzuschalten.

Durch die DT-AS 12 32 774 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer der Drehzahl einer Maschine

proportionalen Gleichspannung bekanntgeworden, bei der die Dauer unmittelbar aufeinanderfolgender positiver und negativer Halbwellen der Drehgebersignale durch Einzählen von höherfrequenien Taktimpulsen gemessen wird. Zufriedenstellende Meßergebnisse sind -, allerdings nur dann erzielbar, wenn der eingesetzte Drehgeber ein symmetrisches Tastverhältnis aufweist, d. h., wenn das Verhältnis von Zahn zu Zahnlücke exakt gleich I ist, was aber in der Praxis nicht realiiierbar ist, da die Zähne und die Zahnlücken nicht oder nur mit unwirtschaftlich hohem Aufwand gleich breit hergestellt werden können. Ferner erzeugt die Schalthysterese des Sinusrechteckwandlers zusätzlich Verzerrungen bei der auszuwertenden Wechselspannung. Insgesamt muß somit entweder ein unter wirtschaftlichen Gesichts- r, punkten hoher Aufwand getrieben werden, um meßtechnisch die Voraussetzungen für eine zufriedenstellende Regelung zu schaffen, oder es ist aufgrund der fertigungsbedingten Unsymmetrie des Tastverhältnisses des Drehgebers nur ein schlechtes Rep^lverhalten _>o erzielbar.

Durch die Druckschrift etz-b, Band 27 (1975), Heft 15, Seite 405 ff ist ein Verfahren zum Messen von Winkelgeschwindigkeiten durch lückenlose Pulsdauermessung bekanntgeworden. Die Drehbewegung von Maschinenwellen wird durch einen optischen Inkrementalwinkelschrittgeber in eine elektrische Pulsfolge umgesetzt. Man erhält so praktisch als Meßgröße ein rechteckförmiges Signal wie beim Anmeldungsgegenstand. Durch einen 1:2-Untersetzer werden Rechteck- ju signale erzeugt, deren aufeinanderfolgende positive und negative Halbwellen jeweils eine Periode der ursprünglichen Meßgröße bzw. der ursprünglichen Rechtecksignale, also praktisch der Periode der Sensorsignale, unter Beibehaltung der Meßintervallgrenze überdecken. j-> Zur Kompensation der Erholzeit eines Zählers werden zwei Zähler eingesetzt, die nacheinander im Wechsel arbeiten. Der eine Zähler beginnt sein Meßintervall mit der positiven Flanke des Rechtecksignals und beendet es mit der folgenden negativen Flanke, mit der dann der zweite Zähler sein Meßintervall beginnt, das bis zur nächsten positiven Flanke geht. Auf diese Weise entspricht jedem Meßintervall genau eine Periodendauer der Sensorsignalfrequenz.

Die positive und negative Halbwelle wird somit beim bekannten Verfahren getrennt ausgewertet und die Meßergebnisse treten in der Folge der einzelnen Periodendauern auf.

Dieses bekannte Verfahren hat daher ein relativ geringes Auflösungsvermögen, und die Informationslük- w ken sind noch relativ groß, weil man nur zu jeder vollen Sensorsignalperiode ein Meßergebnis erhält.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Verringerung der Informationslücken und Verbesserung des Auflösungsvermögens die positive und die negative Halbwelle der Drehgeberwechselspannung einzeln, unmittelbar aufeinanderfolgend zur Geschwindigkeitsgewinnung heranzuziehen und die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die durch die unterschiedlichen Abmessungen bo zwischen Zähnen und Zahnlücken bedingte Unsymmetrie der Tastverhältnisse kompensiert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in b5 den Unteransprüchen 2 bis 11 gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das elektronisch nachträglich gewonnene Tastverhältnis von 1:1 die Halbwellen getrennt zur Geschwindigkeitsgewinnung herangezogen werden können, wodurch die bisher bestehende lnformaiionslücke um 50% verringert wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden also die positiven und die negativen Halbwellen der ursprünglichen Wechselspannung bzw. der Rechleckspannung des Sinusrechteckwandlers getrennt gemessen, wodurch eine höhere Meßhäufigkeit und ein größeres Auflösungsvermögen erhalten werden. Es wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung immer jeweils eine Halbperiodendauer ausgemessen, und das Meßergebnis liegt jeweils im Halbperiodenabstand vor. Die untere Abschaltgrenze bei geringeren Geschwindigkeiten kann demzufolge um 50% nach unten verlegt werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch geringen Aufwand aus, da durch die elektronische Korrektur des Tastverhältnisses die fertigungstechnisch bedingte Toleranz zwischen der Breite von Zahn und Zahnlücke beim Geberrotor akzeptiert werden kann.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden.

Unmittelbar am Umfang eines Geberrotors 20 ist ein Impulsgeber 21 angeordnet.

Der Geberrotor 20 weist Zähne 22 auf, welche in ihrer dargestellten Breite nicht mit der Breite der entsprechenden Zahnlücken 23 übereinstimmen.

Zwischen Impulsgeber 21 und einem Korrekturglied 1 isi ein Sinus-Rechteckwandler 2 vorgesehen.

Sämtliche Einzelbauelemente der erfindungsgemäßen Schaltanordnung sind handelsübliche bzw. für sich bereits bekannte Details.

Vor einem Periodendauerzähler 3a, welcher zur Messung der Zeitdauer der positiven Halbwelle einer Wechselspannung vorgesehen ist, befindet sich ein UND-Gatter 5, mittels welchem Taktimpulse eines Taktgebers 7 mit konstanter Taktfrequenz während der Zeitdauer der positiven Halbwelle zu dem Periodenzähler 3a hin durchgelassen werden.

Zwecks Umkehrung der Wirkung der negativen Halbwelle von Seiten des Sinusrechteckwandlers 2 und Ansteuerung eines UND-Gatters 6 vor einem Periodendauerzähler 3b ist zwischen Sinus-Rechteckwandler 2 und UND-Gatter 6 ein Inverter 4 vorgesehen, so daß während der Zeitdauer der negativen Halbwelle der erzeugten Wechselspannung Taktimpulse mit veränderbarer Taktfrequenz eines spannungsgesteuerten Taktgebers 8 zu dem Periodendauerzähler 3b hin durchgelassen werden.

Der Periodendauerzähier 3a für die positiven Halbwellen steht mit einem Datenspeicher 9a in Verbindung, der Periodendauerzähler 3b für die negativen Halbwellen führt seine Meßwerte einem weiteren Datenspeicher 9b zu. Beide Datenspeicher 9a und 9b sind zwecks Vergleich der gespeicherten Meßwerte an einen Vergleicher 10 angeschlossen.

Der Vergleicher 10 weist zwei Ausgänge 10a und 106 auf, welche die Feststellung von Meßwertdifferenzen durch den Vergleicher 10 einen Spannungsspeicher 11 ansteuern.

Der Spannungsspeicher 11 steht seinerseits mit dem spaniiüngsgesteuerten Taktgeber 8 zwecks Korrektur der Taktfrequenz des letzteren in Verbindung.

Weiterhin ist zwecks Unterbrechung des Korrekturvorganges während eines Bremsvorganges ein mit dem Bremsdrucksystem in Verbindung stehender Brems-

lichtschalter 12 an dem Spannungsspeicher 1! vorgesehen.

Von den Periodendauei zählern 3a und 3b zweigen Leitungen 13 und 14 ab, welche zu einer nicht dargestellten Blockierschutzregelungselektronik führen.

Wird nun der starr mit dem Fahrzeugrad verbundene Geberrotor 20 in Drehung versetzt, so passieren abwechselnd die Zähne 22 und die Zahnlücken 23 den Impulsgeber 21. Da die Zähne 22 aus fertigungstechnischen Gründen nicht die gleiche Breite aufweisen wie die Zahnlücken 23, wird an dem Impulsgeber 21 eine Wechselspannung erzeugt, bei welcher folglich auch die negative und die positive Halbwelle eine voneinander abweichende Zeitdauer in Anspruch nehmen.

Demzufolge stehen auch die Öffnungszeiten der UND-Gatter 5 und 6, während welcher jeweils die Taktimpulse der Taktgeber 7 bzw. 8 hindurchgelasscn werden, im dargestellten Ausführungsbeispiel im gleichen Verhältnis zueinander, wie die dargestellte Breite eines Zahnes 22 zur entsprechenden Breite einer Lücke 23.

Zunächst wird daher die Länge der positiven Halbwelle, d. h. Zeitdauer der Offenstellung des UND-Gatter 5 mittels der konstanten Frequenz des Taktgebers 7 im Periodendauerzähler 3a ausgezählt und am Ende der positiven Halbwelle in den Datenspeicher 9a übernommen.

Die Länge der folgenden negativen Halbwelle wird analog dazu, jedoch mittels des spannungsgesteuerten Taktgebers 8 im Periodendauerzähler 3b ausgezählt und am Ende der negativen Halbwelle in den Datenspeicher 9b übernommen.

Die Werte beider Datenspeicher 9a und 9£> werden dem Vergleicher 10 zugeführt, dessen Ausgang 10a den Spannungsspeicher 11 ansteuert, wenn der Halbperiodenmeßwert aus dem Datenspeicher 9a größer ist als jener aus dem Datenspeicher 9£>, während der Ausgang iOb den Spannungsspeicher 11 ansteuert, wenn diese Halbperiodenmeßwerte in einem dazu reziproken Verhältnis zueinander stehen.

Auf diese Weise wird die jeweilige Ausgangsspannung des Spannungsspeichers 11 geändert und somit die Taktfrequenz des spannungsgesteuerten Taktgebers 8 derart korrigiert, daß die Differenz der beiden Halbperiodenmeßwerte stetig kleiner wird.

Der Spannungsspeicher 11 erhöht oder reduziert je nach Erfordernissen die Taktfrequenz des spannungsgesteuerten Taktgebers 8, bis die Differenz der Halbperiodenmeßwerte beseitigt ist und bei gleichförmiger Radbewegung der Periodendauerzähler 3a für die positiven Halbwellen den gleichen Meßwert zählt, wie der Periodendauerzähler 3b für die negativen Halbwellen.

Der Korrekturvorgang ist also in der Regel nach kurzer Zeit beendet, wird jedoch zwingend unterbrochen, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, da in diesem Falle aufgrund auftretender Radbeschleunigungen bzw \'erzögerungen erhebliche Differenzen der Halbperiodenmeßwerte zu verzeichnen sind.

Die Korrektlirwerte des Spannungsspeichers 11 v/erden daher bei im Druckkreis des Bremssystemi auftretendem Druck über den Bremslichtschalter 12 fixiert, um nicht bei entsprechend großen Brems- oder Verzögerungswerten die dann auftretenden großer 2'eitdifferenzen zwischen Zahn- und Zahnlückendurch-Sauf am Geberrotor 20 und Impulsgeber 21 über der spannungsgesteuerten Taktgeber 8 auf den Periodendauerzähler 3beinwirken zu lassen.

So bleibt die korrigierte Taktfrequenz des spannungs gesteuerten Taktgebers 8 während des Bremsen? unverändert.

Eine weitere Korrektur und Angleichung dei Meßwerte aus positiver und negativer Halbwelle kanr dadurch erfolgen, daß statt einer Veränderung der Hilfsfrequcnz des spannungsgesteuerten Taktgebers 8 eine Beeinflussung der vom Impulsgeber 21 vorgegebenen Öffnungszeiten der UND-Gatter 5 und 6 vorgenommen wird, indem die kleinere der von der Halbwellen abhängigen Durchlaßzeiten um eine von dei zu messenden Frequenz beeinflußte Zeit verlangen oder die Schalthysterese des Sinus-Rechteckwandlen beeinflußt wird, was ebenfalls, wie die bereits vorbeschriebene automatische Korrektur des Tastverhältnis ses zwischen Zahn 22 und Zahnlücke 23 durcr Veränderung der Hilfsfrequenz, zu einer Funktionsver besserung einer derartigen Meßeinrichtung um 50% führt.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß be Erkennung einer Meßwertdifferenz ein in digitalei Form vorliegender Meßwert einer jeweiligen Halbpe liodendauer mit digitalen Rechenoperationen korrigier wird.

Das gleiche Ergebnis wird erzielt, indem be Meßwertdifferenzen der in der nicht dargestellter Blockierschutzelektronik ermittelten Geschwindig keitswerte, die ebenfalls in digitaler Form vorliegen diese mittels digitaler Rechenoperation korrigier werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur digitalen Messung der Periodendauer einer Wechselspannung zwecks ■-> Ermittlung der Drehzahl umlaufender Bauteile, insbesondere der Räder von Fahrzeugen mit blockiergeschützten Bremsanlagen, mit einem Drehgeber, bei dessen Geberrotor aufgrund von Fertigungstoleranzen Differenzen zwischen den Breiten ι ο von Zahn und Zahnlücke bestehen und der drehzahlproportionale sinusförmige Signale erzeugt, mit einem Sinusrechteckwandler, der die Drehgebersignale in rechteckförrnige Signale umwandelt, und mit einer Meßeinrichtung zur Messung ι ■■> der Dauer der Halbwellen (Halbperioden) der Rechtecksignale bzw. der Drehgebersignale durch Auszählen von in die Dauer der Halbwellen fallenden Taktimpulsen, die von wenigstens einem Taktgeber zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher(10) vorgesehen ist, der die der Dauer aufeinanderfolgender Halbwellen bzw. Halbperioden der Signale des Sinusrechteckwandlers (2) entsprechende Meßwerte der Meßeinrichtung (3a, 3b) miteinander vergleicht, 2 > ein differenzabhängiges Ausgangssignal erzeugt und dessen Ausgang mit einem Korrekturglied (1) verbunden ist, das die durch die Breitendifferenz zwischen Zahn (22) und Zahnlücke (23) des Geberrotors (20) hervorgerufene Unsymmetrie des jo Tastverhältnisses des Drehgebers (20,21) korrigiert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auszählung der Dauer jeweils zweier aufeinanderfolgender Halbwellen bzw. Halbperioden gesonderte Taktgeber (7, 8) r> vorgesehen sind und daß das Korrekturglied (1) einen mit dem Ausgang des Vergleichers (10) verbundenen Spannungsspeicher (11) aufweist, der mit einem der Taktgeber (8) zur spannungsabhängigen Änderung der Taktfrequenz dieses Taktgebers (8) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung den Halbweilen bzw. Halbperioden einer Periode der auszumessenden Drehgeber- bzw. Sinusrecht- 4^r> eckwancllersignale zugeordnete Periodendauerzähler (3a, 3b) aufweist, deren Zählergebnisse in Datenspeichern (9a, 9b) abspeicherbar sind, deren Ausgänge mit dem Vergleicher (10) verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Sinusrechteckwandlers (2) und der Ausgang des einen Taktgebers (7) in einem ersten UND-Gatter (5) miteinander verknüpft sind, dessen Ausgang mit dem Eingang des einen Periodendauerzählers (3a) verbunden ist, und daß der Ausgang des Sinusrechteckwandlers (2) ferner über einen Negator (4) mit dem Ausgang des anderen Taktgebers (8) in einem zweiten UND-Gatter (6) miteinander verknüpft sind, dessen Ausgang mit dem Eingang des anderen ω Periodendauerzählers (3b) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Differenz zwischen den digitalen Meßwerten (T\ und 7}) der Periodendauerzähler (3a, 3b) ein Rechenwerk vorgesehen ist, das eine Korrektur des Meßwertes (T2) des einen Periodendauerzählers (3b) gegenüber dem Meßwert (T\) des anderen Periodendauer/.ählers (3a) gemüß der Korrekturformel