DE2553806C3

DE2553806C3 - Schaltungsanordnung zur digitalen Messung der Periodendauer einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE2553806C3
Application number: DE2553806A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gudat; Gerhard Ruhnau
Original assignee: Wabco Westinghouse GmbH Germany
Current assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Priority date: 1975-11-29
Filing date: 1975-11-29
Publication date: 1979-03-29
Also published as: SU644404A3; HU174090B; FR2333245A1; JPS5926899B2; JPS5268477A; IT1203000B; AT367914B; DE2553806B2; SE407857B; GB1565381A; FR2333245B1; SE7612940L; ATA838276A; PL112094B1; DE2553806A1; YU37404B; YU288576A; US4072364A

Description

Ti korrigiert = 7i t "''

durchführt wobei m = 1, 2, 3,... oder m = 2» mit /7= 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 i 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 de* 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 Bremsbetätigunf 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 Schaitungsanordnungen 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 DE-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 höherfrequenten 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 1 ist, was aber in der Praxis nicht realisierbar ist, da die Zähne and 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 unier wirtschaftlichen Gesichtspunkten 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 Regelverhalten erzielbar.

Duivh die Druckschrift etz-b, Banü 27 (1975), Heft 15, Seite 405 ff ist ein Verfahren zum Massen 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 Rechtecksignale 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. 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 ZäHer sein Meßintervall beginnt, das bis zur nächsten positiven Flanke geht. Auf diese Weise entspricht jedem Meßintervall genau eine Periodendauer der Sensorsignalfrequen/.

Die positive und negative Halbwelle wird somit beim bekannten Verfahren getrennt ausgewertet und die Meßergehnisse treten in der F<Jge der einzelnen Periodendauern auf.

Dieses bekannte Verfahren hat daher ein relativ geringes Auflösungsvermögen, und die Informationslükken sind noch relativ greß, 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 Halbwtlle der Drehgeberwechselspannung einzeln, unmittelbar aufeinanderfolgend /ur Geschwindigkeitsgewirnung heranzuziehen und die Schaltungs anordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die durch die unterschiedlichen Abmessungen zwischen Zähnen und Zahnlücken bedingte Unsymme-IfiederTästverhältnisse kompensiert wird.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in 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 Informationslücke um 50% verringert wird.

Bei der ernndungsgemäßen Schaltungsanordnung werden also die positiven und die negativen Halbwellcn der ursprünglichen Wechselspannung bzw. der Rechteckspannung des Sinusrechteckwandlers getrennt gemessen, wodurch eine höhere Meßhäufigkeit und ein

κι größeres Auflösungsvermögen erhal'en 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

is Geschwindigkeiten kann demzufolge um 50% nach unten verlegt werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch geringen Aufwand aus, da durch die elektronisch': Korrektur des Tastverhältnisses die fertigungstechnisch bedingte To lcranz zwischen der Breite von Zahn und Zahnlücke beim Geberrotor akzeptiert werden Hnn.

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

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

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

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

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

ι-ι 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

4<i 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 Perioden-

4-, dauerzähler 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 spaiinungsgesteuerten Takt-

-,() gebers 8 zu dem Periodendauerzähler Ib hin durchgelassen werden.

Der Periodenöauerzähler Ja für die positiven Halbwellen sieht mit einem Datenspeicher 9a .n Verbindung, der Periodendauerzähler Ib für die

v, .negativen Halbwellen führt seine Meßwerte einem

weiteren Datenspeicher 9b /u. Beide Datenspeicher 9a und 96 sind zwecks Vergleich der gespeicherten

Meßwerte an einen Vergleicher 10 angeschlossen. Der Vergleicher 10 weist zwei Ausgänge 10a und iOh

Wi auf, welche die ^peststellung von Meßwertdifferenzen durch den Vergleicher 10 einen Spannungsspeicher 11 ansteuern.

Der Spannungsspeicher U steht seinerseits mit dem spannungsgesteuerten Taktgeber 8 zwecks Korrektur

hl der Taktfrequenz des letzteren in Verbindung.

Weiterhin ist zw?rks Unterbrechung des Korrekturvorganges während eines Bremsvorganges ein mit dem Bremsdrucksvstem in Verbindung stehender Brems-

iichtsehaltcr 12 an dem Spannungsspeicher ti vorgesehen.

Von den Pcriodcndaiicrzählcrn 3a und 36 zweigen Leitungen 1.3 und 14 ab. welche zu einer nicht dargestellten Blockiersehutzrcgelungselektronik führen.

Wird nun der starr mit dem Fahrzeugrad verbundene Gebcrrolor 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 Zeildauer in Anspruch nehmen.

Demzufolge stehen auch die Öffnungszeiten der UND-Gatter 5 und 6. während welcher jeweils die Taklimpulsc der Taktgeber 7 bzw. 8 hindurchgclassen

fhiil i li Radbewegung der Perioderidaucr/.ahler 3d für die positiven llalbwellen den gleichen Meßwert zählt, wie der Periodendaucrzähler 3b für die negativer llalbwellen.

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

Die Korrekturwerte des Spannungsspeichers 11 werden daher bei im Druckkrcis des Bremssystems auftretendem Druck über den Bremslichlschaltcr 12 fixiert, um nicht bei entsprechend großen Brrms- oder Verzögerungswcrlen die dann auftretenden großen Zeitdifferenzen zwischen Zahn- und Zahnlückcndurchlauf am Geberrotor 20 und Impulsgeber 21 über den spannungsgesteuerten Taktgeber 8 auf den Perioden

im ploi- fl;Mipr7ählnr lh pinwirlion vii I

chcn Verhältnis zueinander, wie die dargestellte Breite eines Zahnes 22 zur entsprechenden Breite einer Lücke 23

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

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

Die Werte beider Datenspeicher 9a und 96 werden dem Vergleicher 10 zugeführt, dessen Ausgang 10,7 den Spannungsspeicher Il ansteuert, wenn der Halbpcriodenmeßwert aus dem Datenspeicher 9;) größer ist als jener aus dem Datenspeicher 9b, während der Ausgang 106 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 So bleibt die korrigierte Taktfrequenz des spannung*- gesteuerten Taktgebers 8 während des Bremsens unverändi·!'.

Mine weitere Korrektur und Angleichung der Meßwerte aus positiver und negativer Halbwolle kann dadurch erfolgen, daß statt einer Veränderung der Hilfsfrcquenz 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 den Halbwollen abhängigen Durchlaßzeiten um eine von der zu messenden Frequenz beeinflußte Zeit verlängert oder die Schallhystcrcsc des Sinus-Rcchteckwandlers beeinflußt wird, was ebenfalls, wie die bereits vorbcschricbenc automatische Korrektur des Tastverhältnisses zwischen Zahn 22 und Zahnlücke 23 durch Veränderung der Hilfsfrequenz, zu einer Funktionsverbcsscrung einer derartigen Meßeinrichtung um 50% führt.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß bei ['Erkennung einer Meßwertdifferenz ein in digitaler Form vorliegender Meßwert einer jeweiligen llalbpc riodcndaucr mit digitalen Rechenoperationen korrigiert wird.

Das gleiche Ergebnis wird er/iolt, indem bc Meßwertdifferenzen der in der nicht dargestellter Blockierschulzelektronik ermittelten Geschwindigkeitswertc, die ebenfalls in digitaler Form vorliegen diese mittels digitaler Rechenoperation korrigicrl werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 von Zahn und Zahnlücke bestehen und der drehzahlproportionale sinusförmige Signale erzeugt, mit einem Sinusrechteckwandler, der die Drehgebersignale in rechteckförmige 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 ge-Jcennzei-hnet, daß ein Vergleicher (10) vorge- $ehen ist, der die der Dauer aufeinanderfolgender Halbweilen bzw. Halbperioden der Signale des Sinusrechteckwandlers (2) entsprechende Meßwerte der Meßeinrichtung (3a, 3b) miteinander vergleicht, 2^r> ein differenzabhängiges Ausgangssignal erzeugt und dessen Ausgang mit einem Korrekturglied (1) verbunden ist, das die durch die Breitendifferenz «wischen Zahn (22) und Zahnlücke (23) des Geberrotors (20) hervorgerufene Unsymmetrie des m Tastverhältnisses des Drehgebers (20,21) korrigiert

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auszählung der Dauer jeweils zweier aufeinander.olgender Halbwellen bzw. Halbperioden gesonderte Taktgeber (7, 8) y-, Vorgesehen sind und daß dai Korrekturglied (1) einen mit dem Ausgang des Vergleichers (10) Verbundenen Spannungsspeicher (11) aufweist, der tnit 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 Halbwellen bzw. Halbperioden einer Periode der auszumessenden Drehgeber- bzw. Sinusrecht- π eckwandlersignale 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 I, 2 oder w 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) v> Verbunden ist. und daß der Ausgang des Sinusrecht-Sckwandlers (2) ferner über einen Negator (4) mit dem Ausgang des anderen Taktgebers (8) in einem üweiten UND-Gatter(6) miteinander verknüpft sind, dessen Ausgang mit dem Eingang des anderen Periodendauerzählers (3b) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Differenz zwischen den digitalen Meßwerten (T₁ und T₂) der Periodendauerzähler (3a, (,5 3b) ein Rechenwerk vorgesehen ist, das eine Korrektur des Meßwertes (Ti) des einen Periodendauerzählers (3b) gegenüber dem Meßwert (T_t) des anderen Periodendauerzählers (3a) gemäß der Korrekturformel