DE2815524C3

DE2815524C3 - Anordnung zum Messen des Drehwinkels einer Welle

Info

Publication number: DE2815524C3
Application number: DE2815524A
Authority: DE
Inventors: Heimo Dipl.-Ing. Feldbach Denk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1981-04-16
Also published as: AT354152B; DE2815524B2; US4182156A; DE2815524A1; ATA256177A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie sie aus der DE-OS 22 46 252 bekannt ist.

Zum Messen des Drehwinkels einer Welle ist es allgemein bekannt, ein Impulssignal zu erzeugen, dessen Impulslänge der Zeit entspricht, in welcher die Verdrehung einer Welle gemessen werden soll. Für die Angabe des Winkels in Grad ist es notwendig, die Impulslänge des genannten Impulssignals in Winkelgrade umzusetzen. Zur Bildung des Impulssignals ist es erforderlich, daß pro Drehzyklus, mit Hilfe von Gebern, ein Impuls oder eine Impulsflanke zu Beginn des Impulssignals und ein Impuls oder eine Impulsflanke am Ende des Impulssignals erhalten wird. Erfolgt die Winkelmessung an einer Brennkraftmaschine, so kommt es vor, daß Beginn oder Ende des Impulssignals nicht durch einen einzigen Geberimpuls definiert werden, sondern durch einen ersten Impuls einer Impulsgruppe, die sich zyklisch immer wiederholt. Um die dem ersten Impuls einer Impulsgruppe folgenden Impulse auszublenden, kann mit dem ersten Impuls eine monostabile Kippstufe gestartet werden, deren Laufzeit so groß ist, daß nach Ablauf der Zeit keine Impulse der Impulsgruppe mehr vorhanden sind. Wenn die Impulse innerhalb einer Gruppe so gestaltet sind, daß der erste Impuls dieser Gruppe eine wesentlich größere Amplitude besitzt als die nachfolgenden Impulse, so können, wie aus der DE-OS 22 46 252 bekannt ist, Mehrfach-Trigge* rungen mit einem einfachen Schwellwertschalter vermieden werden. Falls jedoch mehrere Impulse der Impulsgruppe die gleiche Amplitude besitzen und die

Länge der periodischen Impulsgruppe gegen die Periodenlünge nicht klein ist, so lassen sich mit Hilfe der letztgenannten, bekannten Anordnung bei Überstreichen eines größeren Drehzahlbereiches nur dann Mehrfach-Triggerungen vermeiden, wenn die Zeitkonstante der monostabilen Kippstufe in Abhängigkeit von der Drehzahl umgeschaltet wird. Für einen breiteren Drehzahlbereich kann daher eine mehrmalige Umschaltung der Zeitkonstante der monostabilen Kippstufe erforderlich sein, was einen entsprechend erhöhten Schaltungsaufwand zur Folge hat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art große Drehzahlbereiche mit verringertem baulichem Aufwand messen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, daß der zeitliche Abstand der einen Schaltflanken, 7. B. der ansteigenden Schaltflanken. des am Ausgang des Komparators erscheinenden Impulszuges genau dem zeitlichen Abstand der ansteigenden Flanken der ersten Impulse der beiden von den Gebern erhaltenen Impulsgruppen entspricht. Dabei ist der überstreichbare Drehzahlbereich nach unten zu durch die Entladezeitkonstante eines Spitzenwertspeichers begrenzt. Diese muß groß genug gewählt werden, um ein Absinken der Spannung der Mittelanzapfung eines dem Spitzenwertspeicher nachgeschalteten Spannungsteilers unter die Aufladespannung eines Integrators während des letzten Impulses einer Impulsgruppe zu verhindern, wobei noch der Schaltwert des Komparators berücksichtigt werden muß. Entsprechende Entladezeitkonstanten lassen sich jedoch auf sehr einfache Weise erzielen, so daß die erfindungsgemäße Anordnung auch für Messungen an langsam drehenden Teilen eingesetzt werden kann. Die maximale Drehzahl, bei der die erfindungsgemäße Anordnung verwendet werden kann, bestimmt sich im wesentlichen aufgrund der Spannungsreduktion durch den Spannungsteiler, die vorteilhafterweise 20% beträgt, und durch die Ladezeitkonstante des Integrators. Der überstreichbare Drehzahlbereich wird somit im wesentlichen durch die Zeitkonstanten zweier unabhängiger Zeitglieder begrenzt, was ohne Mehraufwand und Auslegung für einen wesentlich größeren Drehzahlbereich als bei den bisher bekannten Anordnungen zuläßt.

Mit Hilfe der im Patentanspruch 2 angegebenen Maßnahmen wird die aus der nicht unendlich großen Anstiegssteilheit des Komparators resultierende Zeitverschiebung zwischen der ersten Flanke des Schwellwertschalterausganges und der ersten Flanke des Komparatorausganges eliminiert und eine Synchronisation der die Torsignalzeit bestimmenden Schaltflanken des Ausgangssignals der Einrichtung mit den ersten Flanken der ersten Impulse der Impulsgruppen erzielt, wenn man von den äußerst geringen Verzögerungszeiten des Schwellwertschalters und der Logikschaltung absieht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm für den Verlauf von Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung

nach Fig. 1.

Der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wird von einem nicht dargestellten Drehwinkelgeber ein elektrisches Signal A zugeführt und gelangt an den (—) Eingang eines in Form eines !Comparators I ausgebildeten Schwellwertschalters, dessen am (+) Eingang anliegendes Referenz- bzw. Schwellwertsignal mit einem Potentiometer P einstellbar und dessen Hysterese durch den Widerstand Rh ι bestimmt ist.

Dem Komparator 1 ist ein Inverter 2 nachgeschaltet, dessen Signal am Ausgang B einem einen Halbleiterschalter 3 umfassenden Steuerkreis eines Integrators 4 zugeführt wird. Der Halbleiterschalter 3 überbrückt bei positiver Steuerspannung einen Kondensator C, des Integrators 4 und hält diesen auf dem Spannungswert Null.

Falls dagegen eine negative Steuerspannung am Halbleiterschalter 3 anliegt, steigt die Spannung am Integratorausgang C linear mit der durch die Zeitkonstante R₁ · C₁ (4,3) bestimmten Steilheit an. Der in der jeweiligen Periode erreichte Spitzenwert wird in einem aus Operationsverstärkern 5 und 6 gebildeten Spitzenwertspeicher 9 festgehalten, wobei die Entladezeit des Speienerkondensators C\ durch einen dazu parallelen Widerstand R\ bestimmt wird. Dem Spitzenwertspeicher 9 ist ein aus den Widerständen Rr ι und Rn bestehender Spannungsteiler 10 nachgeschaltet. Die Mittelanzapfung E des Spannungsteilers 10 und der Ausgang C des Integrators 4 sind mit einem Komparator 7 verbunden. Die Spannung am Komparatorausgang Fwird negativ, sobald die am invertierenden Eingang des Komparators 7 liegende Spannung am Integratorausgang C positiver wird als der am nichtinvertierenden Eingang liegende, in der vorhergehenden Periode vom Spitzenwertspeicher 9 ermittelte, infolge der Zeitkonstanten Q ■ R] bereits etwas abgesunkene, geteilte Spitzenspannungswert K Sobald bei der nächsten positiven Flanke des Komparatorausganges B der integrator 4 wieder auf Null schaltet, wird der geteilte Spitzenspannungswert E wieder unterschritten, so daß die Spannung am Ausgang F des Komparators wieder positiv wird.

Zum Ausgleich der durch die nicht unendlich große Anstiegssteilheit des Kemparators 7 entstehende Zeitverschiebung zwischen der ersten positiven Flanke des am Ausgang B des Inverters 2 auftretenden Impulszuges und der ersten positiven Flanke des am Ausgang F des Komparators 7 auftretenden Impulsi.uges sind die Ausgänge .5 und Fmit einer Logikschaltung 8 verbunden, die einen Inverter und ein NOR-Gatter umfaßt. Wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich, ist das am Ausgang F des Komparators 7 anstehende Signal

ίο vor dem Eintreffen des ersten Impulses einer Impulsgruppe am Eingang A des Komparators 1 negativ. Vor dem Eintreffen des ersten Impulses einer Impulsgruppe ist das Signal am Ausgang B des Inverters 2 negativ, doch steht an dem einen Eingang des NOR-Gatters der Logikschaltung 8 wegen dessen Inverters ein positives Signal an, so daß am Ausgang des NOR-Gatters vor dem Eintreffen des ersten Impulses ein negatives Signal ansteht Trifft der erste Impuls ein, wird der Ausgang B des Inverters positiv und damit der zugehörige Eingang des NOR-Gatters negativ, wodurch der Ausgang des NOR-Gatters positiv wird, solange der Ausgang Fdes Komparators 7 aufgrund der durch die endliche Anstiegssteilheit des Komparators 7 bedingten Zeitverschiebung noch negativ ist, obwohl bereits ein positiver Impuls am Ausgang des Inverters 2 ansteht.

Grundsätzlich läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung auch mit anderen als den in F i g. 1 dargestellten Bauelementen realisieren. So könnte der Schwellwertschalter auch als Schmitt-Trigger ausgebildet sein und der Spitzenwertspeicher 9 könnte auch lediglich durch einen entsprechenden Kondensator allein gebildet werden. Weiter könnte auch auf den Inverter 2 und den in der Logikschaltung 8 vorgesehenen Inverter verzichtet werden. Wesentlich ist lediglich, daß der Schwellwertschalter mit einem Integrator 4, der je nach Ansteuerung freigebbar oder zurückstellbar bzw. blockierbar ist, sowie gegebenenfalls einer ein NOR- oder ein UND-Gatter umfassenden Logikschaltung 8 verbunden ist, wobei der Integrator direkt und über

ίο einen Spitzenwertspeicher 9 und einem diesem nachgeschalteten Spannungsteiler 10 mit einem Komparator 7 verbunden ist, der seinerseits gegebenenfalls mit der Logikschaltung 8 verbunden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen des Drehwinkels einer Welle einer Maschine zwischen einer Bezugswinke!- stellung und der Winkelstellung zum Zeitpunkt des Eintretens eines von der Maschine verursachten Ereignisses mit Meßgebern zur Impulserzeugung sowohl für ein Referenzsignal als auch für ein Ereignissignal, aus dem ein erster Impuls aus einer Impulsgruppe auszublenden und einem Eingangskomparator zuführbar ist, welcher beim Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerk seine Ausgangslage ändert, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Ausgangslage des Eingangskomparators (1) ein Konstantspannungsintegrator (4) zurückstellbar und zugleich blockierbar oder freigebbar ist, und daß der Ausgang des Integrators (4) mit einem ersten Eingang eines !Comparators (7) und einem Spitzenwertspeicher (9) verbunden ist, der über einen Spannungsteiler (10) an einen zweiten Eingang des !Comparators (7) angelegt ist, so daß am Ausgang (F) des !Comparators (7) eine mit dem Referenzsignal zu vergleichende Meßgröße zur Verfügung steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (B bzw. F) des Eingangskomparators (1) und des !Comparators (7) direkt oder unter Zwischenschaltung von Invertern, über eine NOR- oder UND-Gatter umfassende Logikschaltung (8) miteinander verknüpft sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwertspeicher (9) Operationsverstärker (5,6) umfaßt.