DE2640330A1

DE2640330A1 - Einrichtung zur lageerkennung einer rotierenden welle

Info

Publication number: DE2640330A1
Application number: DE19762640330
Authority: DE
Inventors: Udo Fuerderer; Erwin Dipl Ing Gloss; Bernd Ing Grad Przybyla
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-09-08
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1978-03-16
Also published as: DE2640330C2

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Lageerkennung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine derartige Einrichtung bekannt, bei der aber die Auswertung der in einer Aufnehmerspule induzierten Signale mit Schaltstufen erfolgt, die statisch arbeiten und bei denen Laufzeiten der einzelnen Schaltungsteile ausgenützt werden. Derartige Schalteinrichtungen sind störanfällig und ihre Verwendung ist im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit Nachteilen verbunden. Außerdem ist bei derartigen Schaltungen, in welchen Laufzeiten ausgenützt werden, eine gewisse Mindestanforderung an die Flankensteilheit der Signale zu stellen. Diese Flankensteilheit ist vielfach, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Welle nicht oder nur mit relativ großem Aufwand zu erhalten.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß keine Nachteile durch Laufzeiten in den einzelnen Bauteilen auftreten, daß geringe Anforderungen an die Flankensteilheit der Ausgangssignale der Flankendetektoren gestellt werden müssen und daß bei einem verhältnismäßig einfachen und kostengünstigen Aufbau eine sichere und zuverlässige Funktion auch im rauhen Kraftfahrzeugbetrieb gewährleistet ist.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen Stromlaufplan der Einrichtung zur Lageerkennung einer rotierenden Welle und Fig. 2 einen Impulsplan zur Erläuterung der Einrichtung nach Fig. 1.
Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Lageerkennung einer rotierenden Welle 10 dargestellt. Auf dieser Welle 10 ist eine Scheibe 11 montiert, auf der radial angeordnete Permanentmagnete 12, 13, 14 und 15 zur Kennzeichnung von bestimmten Drehwinkelbereichen angeordnet sind. Die Magnete sind nacheinanderfolgend abwechselnd polarisiert, so daß auf einen am Umfang der Scheibe liegenden Südpol ein Nordpol folgt und umgedreht. Außerdem trägt die Scheibe ein Permanentmagnet 16, der eine Bezugslage der rotierenden Welle 10 kennzeichnet. Ist die rotierende Welle 10 beispielsweise die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, dann markiert der Permanentmagnet die Stellung bei der oberen Totpunktlage eines Kolbens im Zylinder einer Brennkraftmaschine. Die Permanentmagnete 12 bis 16 werden an einer Aufnehmerspule 17 vorbeibewegt und induzieren in dieser ein Signal, das in Fig. 2a dargestellt ist.
Die Aufnehmerspule 17 ist mit einem ersten Flankendetektor 18 und einem zweiten Flenkendetektor 19 verbunden. Der Flankendetektbr 18 spricht dabei auf positive Flanken an, d.h. er gibt ein Ausgangssignal ab, wenn ausgehend von einem Nulldurchgang das Ausgangssignal der Aufnehmerspule 17 ansteigt. Analog dazu gibt der Flankendetektor 19 einen Impuls ab, wenn ausgehend von einem Nulldurchgang das Ausgangssignal der Aufnehmerspule 1 abnimmt. Das Ausgangssignal des ersten Flankendetektors 18 ist dabei in Fig. 2b und das Ausgangs signal des zweiten Flankendetektors 19 in Fig. 2c dargestellt.
Der erste Flankendetektor 18 ist mit den Takteingängen einer ersten bistabilen Kippstufe 20, einer zweiten bistabilen Kippstufe 21 und einer dritten bistabilen Kippstufe 22 verbunden.
Der Ausgang des zweiten Flankendetektors 19 ist mit den Takteingängen einer vierten bistabilen Kippstufe 23 und einer fünften bistabilen Kippstufe 24 verbunden. Außerdem ist an den Ausgang des zweiten Flankendetektors 19 ein Inverter 25 angeschlossen, an dessen Ausgang das in Fig. 2d aufgetragene Signal auftritt. Der Ausgang des Inverters 25 ist mit einem NOR-o v sw v v Gatter 26 verbunden, an dessen zweiten Eingang der Ausgang Q5 der fünften bistabilen Kippstufe 24 angeschlossen ist. Der Ausgang des NOR-Gatters 26 ist mit den Reseteingängen der ersten bistabilen Kippstufe 20, der zweiten bistabilen Kippstufe 21 und der dritten bistabilen Kippstufe 22 verbunden.
An einen ersten Eingang der ersten bistabilen Kippstufe 20 ist ein Signal, das einer logischen 1 entspricht, angelegt. Der Ausgang Q1 der ersten bistabilen Kippstufe 20 ist mit dem Eingang der dritten bistabilen Kippstufe 22 und mit dem Eingang eines Inverters 28 verbunden, wobei an einer Ausgangsklemme 27, die dem Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe 20 entspricht, ein in Fig. 2e aufgetragenes Signal abgenommen werden kann.
Der Ausgang des Inverters 28 ist mit einem ersten Eingang eines NOR-Gatters 29 sowie mit dem ersten Eingang eines NOR-Gatters 30 verbunden. Der Ausgang des NOR-Gatters 29 ist mit einem Eingang der zweiten bistabilen Kippstufe 21 verbunden, an deren Ausgang bzw. der entsprechenden Ausgangsklemme 31 das in Fig. 2h aufgetragene Signal abgenommen werden kann. Dieses Signal bildet das Bezugssignal für die jeweilige Lage der Welle.
Der Ausgang Q3 der dritten bistabilen Kippstufe 22 ist mit einem zweiten Eingang des NOR-Gatters 30 und mit dem Eingang der fünften bistabilen Kippstufe 24 verbunden. Das Ausgangssignal am Ausgang Q3 der dritten bistabilen Kippstufe 22 ist dabei in Fig. 2f aufgetragen. Der Ausgang des NOR-Gatters 30, an dem die in Fig. 2j dargestellte Impulsfolge auftritt, ist mit dem Eingang der vierten bistabilen Kippstufe 23 verbunden.
Schließlich führt noch eine Verbindungsleitung vom Ausgang Q4, an dem eine Impulsfolge gemäß Fig. 2g auftritt, zu einem zweiten Eingang des NOR-Gatters 29.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende. Zunächst soll davon ausgegangen werden, daß sich alle bistabilen Kippstufen 20, 21, 22, 23 und 24 in ihrer Ausgangslage befinden, d.h. an ihren Q-Ausgängen ein Nullsignal befindet. Wenn der erste Flankendetektor 18 einen Impuls 32 gemäß Fig. 2b abgibt, dann wird die erste bistabile Kippstufe 20 so umgeschaltet, daß an ihrem Ausgang eine logische 1 erscheint. Dieser Umschaltvor-A S A ~ gang entspricht der ersten positiven Flanke in Fig. 2e. Die logische 1 am Ausgang Q1 der ersten bistabilen Kippstufe 20 ergibt am Ausgang des Inverters 28 eine logische 0, so daß am Ausgang des NOR-Gatters 30 entsprechend Fig. 2j eine logische 1 auftritt. Gibt nun der zweite Flankendetektor 19 einen in Fig.
2c aufgetragenen Impuls 33 ab, wird die vierte bistabilen Kippstufe umgeschaltet, wobei dieser Umschaltvorgang der ersten negativen Flanke in Fig. 2g entspricht. Die bistabilen Kippstufen 20, 21 und können durch den Impuls 33 gemäß Fig. 2c nicht beeinflußt werden, da die fünfte bistabile Kippstufe deren Ausgangssignal Q5 in Fig. 2i dargestellt ist, über das NOR-Gatter 26 ein O-Signal liefert.
Mit einem Impuls 34 gemäß Fig. 2b wird die dritte bistabile Kippstufe umgeschaltet, so daß an dem Ausgang Q3 der in Fig. 2f dargestellte Signalwechsel auftritt. Außerdem wird die zweite bistabile Kippstufe, die durch das Signal am Ausgang des NOR-Gatters entsprechend Fig. 2k vorbereitet ist, umgeschaltet, so daß an der Ausgangsklemme 31 entsprechend Fig. 2h ein Signalwechsel stattfindet, der eine Bezugslage der rotierenden Welle 10 kennzeichnet. Ein Impuls 35 gemäß Fig. 2b hat auf den logischen Zustand der bistabilen Kippstufen keine Wirkung.
Mit einem Impuls 36 gemäß Fig. 2c wird die vierte bistabile Kippstufe 23 zurückgeschaltet, d.h. am Ausgang Q4 tritt ein L-Signal auf, während der Ausgang Q4 Null wird. Die fünfte bistabile Kippstufe wird ebenfalls umgeschaltet, wobei an ihrem Ausgang Q5 nunmehr ein Null-Signal anliegt. Damit werden, sobald Q5 gleich Null ist, die bistabilen Kippstufen 20, 21 und 22 zurückgesetzt, da sich dann das Ausgangssignal des NOR-Gatters 26, das in Fig. 21 aufgetragen ist, ändert. Damit sind ein bestimmter Drehwinkelbereich und auch die Bezugs lage eindeutig gekennzeichnet. Ein nächster Ausgangsimpuls 37 am Ausgang des zweiten Flankendetektors 19 bringt die Schalteinrichtung wieder in ihre Ruhelage. Der folgende Impuls 38 am Ausgang des ersten F'lankendetektors 18 schaltet erneut die erste bistabile Kippstufe 20 um und an der Ausgangsklemme 27 tritt entsprechend Fig. 2e erneut ein Signalwechsel ein. Damit wird der Beginn eines weiteren Drehwinkelbereiches gekennzeichnet.
Ein nachfolgender Impuls 39, der am Ausgang des ersten Flankendetektors 18 erscheint, schaltet die dritte bistabile Kippstufe 22 entsprechend Fig. 2f, so daß am Ausgang Q3 ein L-Signal auftritt.
Ein Impuls 40 gemäß Fig. 2c schaltet die fünfte bistabile Kippstufe 24 um, wobei am Ausgang Q5 ein Null-Signal auftritt. Damit werden die bistabilen Kippstufen 20, 21 und 22 zurückgesetzt, während ein Impuls 41 die fünfte bistabile Kippstufe 24 wieder in ihre Ausgangslage bringt. Da zwischen den Impulsen 38 und 39 gemäß Fig. 2b kein Impuls des zweiten Flankendetektors 19 auftritt, konnte die vierte bistabile Kippstufe 23 und auch nicht die zweite bistabile Kippstufe 21 umgeschaltet werden. Damit erhält man aber eine Unterscheidung der zeitlich aufeinanderfolgenden Impulse, so daß sichergestellt ist, daß ein Bezugssignal nur bei einer Impuls folge auftreten kann wie sie zwischen dem Impuls 32 gemäß Fig. 2b und 36 gemäß Fig. 2c vorliegt.

Claims

L v ir \ J Ansprüche 1. Einrichtung zur Lageerkennung einer rotierenden Welle, insbesondere der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer von der Welle angetriebenen Scheibe, welche radial angeordnete, bestimmte Winkelbereiche kennzeichnende Permanentmagnete trägt, die an einer ortsfesten Aufnehmerspule vorbeibewegt werden und nacheinanderfolgend eine unterschiedliche magnetische Polarität aufweisen, und welche außerdem mit einem als Referenzelement dienenden Permanentmagnet zur Kennzeichnung einer Bezugslage der Welle versehen ist, wobei eine erste bistabile Kippstufe vorgesehen ist, an deren Ausgang eine Impulsfolge auftritt, deren Impulse den jeweiligen Beginn und das Ende eines Winkelbereiches kennzeichnen und wobei eine zweite bistabile Kippstufe vorgesehen ist, an deren Ausgang ein die Bezugslage der Welle kennzeichnendes Signal auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmerspule (17) zwei Flankendetektoren (18,19) zur Erkennung und Umformung der in der Aufnehmerspule (17) induzierten Signalevorgesehen sind und daß der erste Flankendetektor (18) mit Takteingängen der ersten, zweiten und einer dritten bistabilen Kippstufe (20,21,22) verbunden ist und daß der zweite Flankendetektor (19) an die Takteingänge einer vierten (23) und einer fünften bistabilen Kippstufe (24) angeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bistabile Kippstufe (20) und die dritte bistabile Kippstufe (22) ein Schieberegister bilden, in das bei Anliegen eines Taktsignales ein feststehendes Signal übernommen wird, wobei das Ausgangssignal der dritten bistabilen Kippstufe (22) auf die Eingänge der vierten und fünften bistabilen Kippstufe (23,24) einwirkt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der ersten und vierten bistabilen Kippstufe (20,23) mit dem Eingang der zweiten bistabilen Kippstufe (21) in Wirkverbindung stehen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der fünften bistabilen Kippstufe (24) in logischer Verknüpfung mit dem Ausgangssignal des zweiten Flankendetektors (19) auf die Reset-Eingänge der ersten, zweiten und dritten bistabilen Kippstufe (20,21,22) einwirkt.