DE2837669A1

DE2837669A1 - Messwertaufbereitungsschaltung

Info

Publication number: DE2837669A1
Application number: DE19782837669
Authority: DE
Inventors: Robert S Henrich
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-29
Publication date: 1979-03-15
Also published as: US4169232A; GB2008354B; FR2404256A1; IT7827099A0; JPS5446577A; ES472907A1; GB2008354A; IT1098246B; CA1115375A

Description

Meßwertaufbereitungsschaltung

Die Erfindung betrifft eine Meßwertaufbereitungsschaltung, insbesondere für das von einem magnetischen Stellungsdreh_melder abgegebene Signal.

Magnetische Stellungsdrehmelder und ßeJuiCfcanzmeßfühler sind in der Technik bekannt. Im allgemeinen besitzen solche Meßfühler ein Rotationsteil aus einem hochpermeablen Werkstoff. Mit dem Rotationsteil ist ein Meßfühlerabgriff magnetisch gekoppelt, um die Winkelversetzung des Rotationsteils gegenüber dem Abgriff festzustellen. Für bestimmte Winkelstellungen des Rotationsteils kann die magnetische Ankopplung zwischen dem Meßfühlerabgriff und dem Rotationsteil geändert werden, beispielsweise wenn Daumen, Schlitze oder Löcher des Rotationsteils am Meßfühlerab- -griff vorüber fahren/ so daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, das eine positive und negative Spitze mit einem Nulldurchgang aufweist, der im wesentlichen auf den Zeitabgleich des Meßfühlers und des entsprechenden Daumens, Schlitzes oder Loches oder dergl. ausgemittelt ist..

Magnetische Meßfühler wie diese werden mit großem Nutzen für viele Anwendungen eingesetzt. Eine dieser Anwendungen mit zukünftiger wachsender Bedeutung ist der Stellungs- oder Lageabgriff der Kurbelwelle, der Nockenwelle oder der mit ihr verbundenen Riemenscheibe eines Verbrennungsmotors. Mit den Rotationsdaten der Meßfühlerdrehzahl können Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritztakte usw. genau bestimmt werden. Bei der Abtastung von Winkel-__g_

90 98 11/082 0

beziehungen gibt es jedoch eine Schwierigkeit, wenn magnetische Meßfühler bei Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Der Drehzahlbereich eines Motors kann unter Normalbedingungen zwischen 30 U/min vom Ankurbeln während des Anlassens bis über 6 000 U/min bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit schwanken. Der Meßfühler muß daher betriebssichere Daten über diesen großen Meßbereich liefern. Viele magnetische Meßfühler erzeugen ein Signal, das mit der Drehzahl ansteigt, da die Signalamplitude der Änderungsgeschwindigkeit des Induktionsflusses direkt proportional ist, der das Rotationsteil an den magnetischen Meßfühler ankoppelt. Der Störgeräuschanteil des Signals infolge von Fehlern der Straßenoberfläche, Schwingungen, nicht-konzentrischer Ausrichtung usw. verstärkt sich ebenso und bleibt im wesentlichen auf einem konstanten Prozentsatz des gesamten Ausgangssignals.

Daher kann die Störgeräuschkomponente bei hohen Drehzahlen größer sein als bei der Signalkomponente für niedrige Drehzahlen, wobei es schwierig ist, zwischen den beiden genau zu unterscheiden. Außerdem kann sich der Signalanteil von einigen wenigen Zehntel-Volt auf mehrere 10 V im Drehzählbereich ändern, wodurch Bemühungen, eine Unterscheidung zu treffen, noch weiter kompliziert werden.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Meßwertaufbereitungsschaltung für solche Meßfühlersignale zur Unterscheidung zwischen den veränderlichen Geräusch- und Signalanteilen zu schaffen und ein Signal für einen Nulldurchgang des Meßfühlersignals zu erzeugen.

90981 1/0820

Die Meßwertaufbereitungsschaltung umfaßt einen Vergleichskreis, der abtastet, ob das gesamte Ausgangssignal des magnetischen Meßfühlers größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, der über dem Geräusehpegelanteil am Eingang der Vergleichsschaltung gehalten wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Schwellenwert dadurch über dem Störgeräuschanteil des Meßfühlersignals gehalten, daß er mit Hilfe eines Scheitelwertabgriffskreises im Verhältnis zur Spitze der Amplitude des Signals des magnetischen Meßfühlers verändert wird.

Bei-einem." anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Schwellenwert dadurch über dem Pegel des Störgeräuschanteils des magnetischen Meßfühlersignals gehalten, daß dieses mit einer ScheiteIwertabgriffsschaItung im Verhältnis zur Spitzenamplitude des Eingangssignals für den magnetischen Meßfühler bedämpft wird»

Der Vergleich zwischen dem Meßfühlersignal und dem Schwellenwert wird nach dem Nulldurchgang des magnetischen Meßfühlersignals durchgeführt, um einen Anstiegsfiankenimpuls- als. Ausgangssignal der Vergleichsschaltung zu erzeugen, der den Nulldurchgang anzeigt.

Die erfindungsgemäße Meßwertaufbereitungsschaltung ist zum Anschluß an eine Signalquelle ausgelegt,, die ein erstes Signal mit einem Konstantwert im eingeschwungenen Zustand erzeugt, das auch eine Komponente mit veränderlichem Pegel umfaßt,_.._die einen

909811/0820

Impuls mit einem zuerst auftretenden Spitzenwert und einem folgend auftretenden umgekehrten Spitzenwert in Abhängigkeit vom Auftreten einzelner bestimmter, sich wiederholender Vorgänge sowie eine Geräuschkomponente aufweist, deren Pegel im wesentlichen proportional ist der Frequenz der wiederkehrenden Vorgänge; die Meßwertaufbereitungsschaltung umfaßt auch einen Bezugssignalgeber zur Erzeugung eines zweiten Schwellenwertsignals, einen Vergleichskreis zum Vergleich eines ersten Eingangssignals, das eine Funktion des ersten Signals ist, mit einem zweiten Eingangssignal, das gleich dem zweiten Signal ist. Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Eingangssignal den gleichen Konstantwert im eingeschwungenen Zustand aufweist, wie das erste Signal, wobei eine veränderliche Pegelkomponente und ein Geräuschanteil Amplituden aufweisen, welche in Beziehung zu denen des veränderlichen Pegels und des Geräuschanteils des ersten Signals stehen, ferner dadurch, daß der zweite Signalgeber ein zweites Signal erzeugt, das gegenüber dem Wert der eingeschwungenen Spannung unter dem Gleichgewichtswert die gleiche Polarität aufweist wie der umgekehrte Scheitelwert des ersten Eingangssignals·, sodann dadurch, daß das zweite Signal um einen bestimmten Betrag gegenüber dem Gleichgewichtssignalwert versetzt ist, weiter dadurch, daß eine Vorrichtung den Spitzenoder Scheitelwert des ersten Signals abgreift und die Amplitude entweder des ersten oder des zweiten Eingangssignals in Abhängigkeit vom Spitzenwert des ersten Signals verändert, um den Versetzungs- oder Regelabweichungswert auf einem Pegel zu halten, der höher liegt als der Geräuschpegel des ersten Eingangssignals, sowie dadurch, daß eine Vergleichsschaltung in

9098 11/0820

dem Zeitraum ein Ausgangssignal abgibt, der zwischen dem ersten und zweiten Schnittpunkt des ersten Eingangssignals umgekehrtem Spitzenwert und des zweiten Eingangssignals liegt.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Meßwertaufbereitungsschaltung so ausgelegt, daß die Anteile des veränderlichen Pegels und des Geräusches am ersten Eingangssignal im wesentlichen gleich sind der variablen. Pegel- und Geräuschkomponente des ersten Signals, wodurch das erste Eingangssignal im wesentlichen gleich ist dem ersten Signal., und die Amplitude des zweiten Signals in Abhängigkeit vom abgegriffenen Spitzenwert verändert wird, so daß der Wert des gegebenen Betrages in Abhängigkeit von dem zuletzt abgegriffenen Spitzenwert ansteigt.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Meßwertaufbereitungsschaltung so ausgelegt, daß die Amplitude des zweiten Signals auf einem konstanten Wert gehalten wird und der Spannungsanteil für den veränderlichen Pegel sowie der Störspannungsanteil des ersten Signals gegenüber der veränderlichen Pegelkomponente und der Geräuschkomponente des ersten Signals gedämpft werden, wobei der Dämpfungskoeffizient eine ansteigende Funktion des zuletzt abgegriffenen Scheitelwertes ist.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

-lo-

90981 1/0820

- IC -

Fig. 1 ein schematisches Stromlaufbild einer allgemeinen Anlage mit einem magnetischen Stellungsmeßfühler und einer erfindungsgemäßen Meßwertaufbereitungsschaltung,

Fig. 2a - f Kurvenbilder mit Darstellung der verschiedenen Signalwellenformen der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung,

Detail-

Fig. 3 einen .stromlaufplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Meßwertaufbereitungsschaltung der Fig. 1,

Fig. 4 einen Detailstromlaufplan eines anderen Ausführungsbeispiels der Meßwertaufbereitungsschaltung der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen magnetischen Stellungsmeßfühler 10 mit einem Rotationsteil 12 und einem stationären magnetischen Meßfühlerabgriff 14. Der magnetische Meßfühlerabgriff 14 ist durch ein im wesentlichen konstantes Magnetfeld an das Rotationsteil 12 angekoppelt. Wenn sich das Teil 12 dreht, ist das Magnetfeld und damit auch das Ausgangssignal des Meßfühlerabgriffs 14 im wesentlichen solange konstant, bis ein Winkelmeßwert 25, in diesem Falle ein Daumen oder Zapfen 25 den Gleichgewichtszustand des Systems stört. Der Meßwertabgriff 14 spricht auf diese Störung des Magnetfeldes an und erzeugt ein an Eingänge 20, 22 einer Meßwertaufbereitungsschaltung 16 gelangendes Ausgangssignal.

Die Meßwertaufbereitungsschaltung 16 gibt über eine Leitung 17 einen Impuls an die elektronische Anlage 18 des Kraftfahrzeugs ab.

Im allgemeinen ist das Ausgangssignal des Meßfühlers ein um einen Gleichspannungspegel versetzter Wechselspannungsträger, weil eine positive Spannung das Ausgangssignal gegenüber Masse

90981 1/0820

anhebt. Die Magnetfeldamplitude bleibt somit im wesentlichen positiv, da sich das Rotationsteil dreht, bis die Führungskante des Zapfens 25 an der Meßfühlerspitze des Magnetabgriffes 14 vorbeiläuft. Somit entsteht ein Signal mit positiver Spitze, das dann abrollt oder absteigt und den Gleichspannungswert schneidet bzw. durchläuft, um sich zu einem negativen Scheitelwert auszubilden und anschließend auf den eingesehwungenen Ruhezustand zurückkehrt. Es ergab sich, daß der Nulldurchgang des Wechselspannungssignals oder der Bezugswertdurchgang des Signals erfolgt, wenn der Daumen oder Zapfen im wesentlichen mit dem Meßfühler fluchtet und somit die genaueste Anzeige für die Winkelstellung liefert. In Abhängigkeit vom Nulldurchgang oder Bezugswertdurchgang erzeugt die Meßwertaufbereitungsschaltung an ihrem Ausgang einen Impuls mit einer Anstiegsflanke E, der nach Fig. 1 entweder als ansteigender oder absteigender Impuls auf die Kraftfahrzeugelektronik 18 übertragen wird.

Als weitere Lösung ist ein magnetischer Meßfühlerabgriff 26 gezeigt, der an das Rotationsteil 24 über Schlitze 28 anstelle der Zapfen oder Daumen 15 magnetisch angekoppelt ist. Wie im Falle des Rotationsteils 12 wird ein Signal in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Signals 24 gegenüber dem magnetischen Meßfühlerabgriff 26 erzeugt. Das vom Meßfühler 26 erzeugte Signal befindet sich jedoch im eingesehwungenen Ruhezustand, bis einer der Schlitze in die Nähe des Meßfühlers kommt, worauf die magnetische Kopplung wegen der höheren Reluktanz des Schlitzes gegenüber dem das Teil 24 bildenden Werkstoff

abfällt. Diese . Störung des Magnetfeldes erzeugt einen auf ^: ' -12-

909 811/0820

einen Scheitelwert absteigenden Impuls mit anschließendem Nulldurchgang sowie einen positiven Spitzenwert, wenn sich das Teil 24 am Meßfühler 26 vorbeidreht. Wiederum ist der Nulldurchgang oder der Bezugswertdurchgang der die Fluchtung des Schlitzes bis zur Spitze des Meßfühlerabgriffs anzeigende Vorgang. Außerdem ergibt sich bei einem durch eine Anzahl von Löchern oder Hohlräumen mit einem Rotationsteil gekoppelten Meßfühler ein dem Ausgangssignal des Meßfühlers 26 ähnliches Signal wegen des Abfalls der Permeabilität, wenn der Hohlraum am Meßfühlerabgriff vorüberfährt.

Daraus ergibt sich, daß man durch eine geometrische Veränderung des Rotationsteils entweder einen positiven Übergang mit einem Positiv-Negativ-Nulldurchgang sowie einem anschließenden negativen Impuls oder auch einen negativen Übergang mit einem negativ-positiven Nulldurchgang sowie einem anschließenden positiven Impuls erhält. Außerdem können infolge der Verlagerungsgleichspannungen der Meßfühlerabgriffe 14 und 26 die Signalformen einfach durch eins Veränderung der Polarität der Leitungen umgekehrt werden, und daher können die vorteilhaftesten Wellenformen für eine weitere Verarbeitung der Meßwertaufbereitungs-

die

schaltung 16 eingesetzt werden. Daher können Signalleitungspaare 13, 15 sowie 17, 19 beliebig an die Klemmen 2o, 22 angeschlossen werden, um die Form des erwünschten Magnetmeßfühlersignals zu ergeben.

Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der negativ absteigende Impuls mit einem negativ-positiven Nulldurchgang und einem anschließenden positiven Impuls vorteil-

909811/0820

hafterweise für die Meßwertaufbereitung vorgezogen. Diese Form des Ausgangssignals des magnetischen Meßwertfühlers ermöglicht es der Meßwertaufbereitungsschaltung, gleichzeitig Störgeräusche zu erkennen oder auszufiltern und den Nulldurchgang abzugreifen.

In Fig. 2a ist das Ausgangssignal eines nagnetischen Meßwertfühlers bei einer bestimmten Drehzahl mit einem Signalanteil S und einem Rauschanteil N gezeigt. Hierbei beträgt die Rauschkomponente einen erheblichen Prozentsatz des Signalanteils S,und diese weist einen Gleichspannungsversetzungs- oder Verlagerungspegel auf, auf welchem zuerst ein negativer Übergang und dann ein Durchgang durch den Gleichspannungspegel bei einem Nulldurchgang ZC erfolgt, wobei die Richtung

er—
negativ-positiv wirkt. Das Signal reicht anschließend seinen positiven Scheitelpunkt, ehe es auf den Gleichspannungspegel zurückfällt.

Fig. 2b zeigt ein Ausgangssignal desselben Meßfühlers bei einer höheren als normalen Drehzahl, bei welchem die Spitze des Ausgangssignals, die größer ist als sein Rauschanteil N, jedoch der Rauschanteil N größer ist als der Signalpegel S bei der niedrigeren Drehzahl (siehe Fig. 2a). Somit wird eine Form von Unterscheidung oder Ausfilterung benötigt, um zwischen dem Signal S und dem Rauschpegel N zu unterscheiden und gleichzeitig damit den Nulldurchgang ZC im gesamten Motorendrehzahlbereich der Frequenzen abzutasten.

-14-

90981 1/0820

Erfindungsgemäß erzeugt die Meßwertaufbereitungsschaltung 16 ein positives Schwellwertsignal P, bei niedrigen Drehzahlen (Fig. 2a), das stärker ist als der Rauschpegel und zusätzlich einen Übergang oder eine Anstiegsflanke eines Impulses bewirkt (Fig. 2c), wenn das Meßfühlersignal das Schwellenwertsignal übersteigt. Anschließend erzeugt die Meßwertaufbereitungsschaltung eine Abstiegsflanke, wenn das Signal schwächer ist als die Schwellenspannung. Daraus ergibt sich,daß durch Verwendung der Form vorn Aus gangs sign al eines magnetischen Meßwertfühlers mit einem negativ-positiven Nulldurchgang die erfindungsgemäße Meßwertaufbereitungsschaltung 16 abwarten kann, bis der Nulldurchgang erfolgt und diesen gleichzeitig mit der Schwellenspannung für die Störgeräuscherkennung abgreift.

Die Signalaufbereitungsschaltung 16 verändert auch die Vergleichsschwellenspannung proportional zur Spitze des Signals S, um über den> Rauschpegel N zu bleiben (Fig. 2b), worin die Schwellenspannung T_ größer ist als die Schwellenspannung T,. Ebenso gibt die Meßwertaufbereitungsschaltung 16 für das Signal der höheren Drehzahl (Fig. 2b) eine Anstiegsflanke eines Impulses E (Fig. 2d) ab, wenn das Signal S stärker ist als die Schwellenspannung T- und erzeugt eine Abstiegsflanke, wenn das Signal unter die Schwellenspannung T_ abfällt. Diese Anstiegsflanke zeigt die Erkennung des Rauschsignals und des Meßwertfühlersignals S an, und ist zusätzlich eine gleichzeitige Anzeige für den Nulldurchgang ZC.

-15-

9098 1 1 /0820

Ein weiteres Verfahren, die Schwellenspannung über dem Rauschpegel N zu halten, ist in Fig. 2b, gezeigt, wobei ein Signal S für eine höhere Drehzahl und das Rauschsignal N proportional zum Spitzenwert des Ausgangssignals des magnetischen Meßfühlers gedämpft sind. Die Kurvenbilder der Fig. 2b und 2b, gelten für die gleiche Drehzahl und sind im gleichen Maßstab. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung gestattet es, die Schwellenspannung T, der Meßwertaufbereitungsschaltung 16 auf einem konstanten Wert zu halten. Ein Vergleich wird von der Aufbereitungsschaltüng 16 in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel mit der veränderlichen Schwellenspannung durchgeführt, um eine Anstiegstlanke D zu erzeugen, wenn das Signal S stärker ist als T, und eine Abstiegsflanke, wenn es schwächer ist als T, . Bei diesem Verfahren wird das Eingangssignal im Verhältnis zum Spitzenwert anstelle der Schwellenspannung verändert.

Es tritt ein kleiner Fehler [^ e, (Fig. 2e) zwischen dem tatsächlichen Nulldurchgang und der den Nulldurchgang anzeigenden Anstiegsflanke auf. Die größeren Fehler sind in Fig. 2f als /->e₂ für hohe Drehzahlen des Rotationsteils dargestellt. Jedoch unterscheiden sich Fehler /^e₂ bei hohen Drehzahlen für die zusätzlichen Ausführungsbeispiele und der Fehler I\ e, bei niedrigen Drehzahlen nicht wesentlich bzw. sind in beiden Fällen nicht groß genug, um die Anstiegsflanke als Anzeige für den Nulldürchgang nicht sinnvol.ll erscheinen zu lassen. Bei höheren Drehzahlen wird der Schwellenwert T₂

-16-

9098 11/0820

auf höhere Pegel angehoben, da jedoch die Frequenz des Signals direkt von der Drehzahl abhängt, wird die Steilheit größer, und der Fehler bleibt im wesentlichen konstant, während die Schwellenspannung T^ bei niedrigeren Drehzahlen nahe genug an den Nulldurchgang herangerückt werden kann (wegen des niedrigen tatsächlichen Geräuschpegels oder des gedämpften Rauschpegels des anhand der Fig. 2b. beschriebenen Ausführungsbeispiels), um im wesentlichen eine Anzeige für diesen Nulldurchgang zu bieten. Unter Verwendung von handelsüblichen Meßfühlern sind mit diesem Verfahren Fehler in der Größenordnung zw. o,l - o,3 ° durchaus erreichbar. Dies bedingt eine Anfangseinstellung der Schwellenspannung von etwa o,25 V für eine Anlage mit einem Rauschpegel von o,2 V bei erniedrigter Drehzahl und anschließend einem Verhältnis zwischen Spitzenwert und Schwellenspannung von im wesentlichen 5:1. Somit würde durch Abgreifen des negativpositiven Nulldurchgangs der Bezugswertdurchgangs nsch dem Verfahren der veränderlichen Schwellenspannung oder der veränderlichen Dämpfung ein vorteilhaftes Verfahren beschrieben.

Es sei bemerkt, daß sich die Impulsbreiten der Fig. 2c und 2d voneinander unterscheiden, wobei der längste Impuls bei den niedrigsten Drehzahlen und kürzere Impulse bei höheren Drehzahlen auftreten. Jede Impulslänge beträgt annähernd eine halbe Periode des magnetischen Meßfühlersignals, das, wie vorstehend erwähnt, eine Funktion der Drehzahl ist. Da die meisten digitalen elektronischen Einrichtungen heute flankenangesteuerte Pegelmeßfühler sind, ist die Anstiegsflanke als Anzeige für den Nulldurchgang die optimale Form des Ausgangssignals der Auf-

-17-

90981 1/0820

bereitungsschaltung, und die Impulslänge ist verhältnismäßig unbedeutend. In der Praxis kann die Kraftfahrzeugelektronik die Anstiegsflanke differenzieren, um alle Impulsbreiten zu ■unterdrücken.

Die Fig. 2e und 2f zeigen von der Meßwertaufbereitungsschaltung 16 erzeugte Signale, die gegenüber den Signalen der Fig. 2c und 2d umgekehrt sind. Anstatt der Anstiegsflanke mit einem positiven übergang als Anzeige für den negativ-positiven Nulldurchgang zeigen die Fig. 2e und 2f anstelle der Anstiegsflanke eine Abstiegsflanke.

Fig. 3 ist ein Stromlaufplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Meßwertaufbereitungsschaltung für das Ausgangssignal des magnetischen Meßfühlers. Eine Eingangsklemme 20 und eine Bezugsklemme 22 wirken mit der in Fig. 3 gezeigten Schaltung zusammen, via. ein aufbereitetes Aus gangs sign al an der Impulsaus gangsklemme 3o zu erzeugen.

Die Eingangsklemme 20 ist an den nicht invertierenden Eingang eines Keehenverstärkers Al über zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rl und R2 geschaltet, während die Bezugsklemme 22 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers Al über einen Widerstand R3 verbunden ist. Die Bezugsspannungsklemme 22 ist ferner an eine Diode D3 gelegt, um die Klemmenspannung über das Massepotential durch den Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung der Diode anzuheben. Die mit ihrer Anode an die Bezugsspannungsklemme 22 und mit ihrer Kathode an Masse geschlossene Diode D3

9098 11/0820

liefert dem Verstärker Al den 0,6 V-Pegel für den Linearbetrieb,

Ein Kondensator C2 sorgt für einen hochfrequenten Übergangsnebenschluß bzw. eine Parallelschaltung, da er mit einer seiner Klemmen an den Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 und mit seiner anderen Klemme an die Anode der Diode Ώ3 angeschlossen ist. Daher bilden der Widerstand Rl und der Kondensator C2 ein Tiefpaßfilter 26.

Der Verstärker Al umfaßt auch einen zwischen seine nicht invertierende Eingangsklemme und seine Ausgangsklemme 3o geschalteten Sperrklinken- oder Hysterese-Widerstand R7, um seine Nachführgeschwindigkeit zu steuern. Der Hysterese-Widerstand R7 ergibt für den Eingang eine Mitkopplung, um wie üblich klare Flankenübergänge zu erzeugen. Ein Spannungsaufbauwiderstand R8 ist zwischen einer positiven Spannungsquelle +V„ und der Ausgangsklemme 30 angeordnet, um Ausgangssignaldurchgänge zu ermöglichen, da der Verstärkerstrom von der positiven Spannungsquelle abzieht. Im Idealfall liegt +V_ auf einem Pegel, der mit der logischen Hochleistungsdigitalschaltung vereinbar ist, an welche die Ausgangsklemme 3o direkt angeschlossen ist.

Die Schaltung der Fig. 3 umfaßt ferner eine Schwellenspannungssteuerschleife mit einer Spitzenwertabtastschaltung 24, die einen Widerstand R4, einen Kondensator Cl sowie eine regelbare Impedanzvorrichtung umfaßt, die aus einem NPN-Transistor Tl besteht. Der Widerstand R4 der Scheitelspannungsabgriffschaltung 24 ist zwischen die Basis des Transistors Tl und die Eingangsklemme 20 gelegt, wobei eine Diode Dl in Stromrichtung

909811/0820 '¹⁹~

leitend zwischen die Eingangsklemme 20 und den Widerstand R4 angeordnet ist. Außerdem ist der Kondensator Cl parallel zwischen die Basis des Transistors Tl und Masse geschaltet. Ein Strombegrenzungswiderstand R5 der Schaltvorrichtung Tl ist zwischen eine positive Spannungsquelle +V, und ihren Kollektor geschaltet. Ein Schwellenspannungswiderstand R6 ist zwischen derselben positiven Spannungsquelle +V.. und dem Inversionseingang des Verstärkers Al sowie den Kollektor des Transistors Tl angeordnet. Am Knotenpunkt zwischen den Widerständen R6 und R3 liegt eine Eingangsschwellenspannung an.

Im Betrieb wird das vorstehend beschriebene Signal des magnetischen Meßwertfühlers (negativ-positiver Nulldurchgang) den Klemmen 2o, 22 der Meßwertaufbereitungsschaltung 16 eingespeist, und ein Tiefpaßfilter 26 filtert einen Teil des hochfrequenten Rauschanteils aus. Die Zeitkonstante UeS¹Sr, C2 gegebenen Filters dürfte kaum die Signalfrequenzen dämpfen. Anschließend wird das Eingangssignal mit der Schwellenspannung verglichen, die an der negativen Eingangsklemme des Verstärkers Al durch den Spannungsteiler R3_r R6 gebildet wird. Wenn das an der nicht invertierenden Eingangsklemme anliegende Signal stärker ist als der Schwellenspannungspegel, gibt der Verstärker Al ein positives Signal an die Ausgangsklemme 3o ab oder bleibt auf dem Nullpegel, wenn dieses Signal kleiner ist als der Schwellenspannungspegel. Für übergänge mit ansteigender Flanke liefert der Sperrklinkenoder Stromstoßwideerstand R7 eine scharf begrenzte Flanke, die er für das Ausgangssignal beibehält. Anschließend erzeugt der Verstärker Al diese verhältnismäßig hohe Ausgangsspannung, bis

" 90 98 11/0820

das an der Inversionsklemme anliegende Signal etwas unter die Schwellenspannung abfällt. Der Impuls wird nur nach dem Auftreten der ersten Halbperiode der Welle unter Verwendung des negativ-positiven Nulldurchgangs erzeugt.

Der Spitzenspannungsabgriff 24 mit der Diode Dl, dem Widerstand R4 und dem Kondensator Clspeist der Basis des Transistors Tl einen veränderlichen und regelbaren Spannungspegel ein, um die Schwellenspannung direkt proportional zur Spitzenamplitude des Signals des magnetischen Meßfühlers zu verändern. Dazu wird auch der vorangehende positive Scheitelwert verwendet, da Tl positiv gepolt ist. Der Transistor Tl ändert seine Impedanz, wodurch ein stärkerer Strom den Widerstand R5 durchfließen kann, wenn sich die Spannung an seiner Basis erhöht, wodurch auch die Schwellenspannung verstärkt wird.

Normalerweise muß die von Rl, Cl bestimmte Ladegeschwindigkeit für Cl verhältnismäßig schnell sein, um Änderungen der Drehzahl mit einer langsameren Entladung folgen zu können, die sich wegen der Trägheit des Motors der Brems- oder Verzögerungszeit des Motors annähert.

Daraus ergibt sich eine veränderliche oder regelbare Schwellenspannung, welche es ermöglicht, daß der Rechenverstärker Al den negativ-positiven Nulldurchgang des Signals abgreift und gleichzeitig die Rauschsignale vom Ausgangssignal des Meßfühlers ausfiltert. Der Anstiegs- oder Spannungsaufbauwiderstand R8 sorgt dafür, daß das an seiner Ausgangsklemme anliegende

9098 1 1/0820

Signal auf einem zur Ansteuerung der Digitalschaltung ausreichenden Pegel liegt, so daß der Impuls keine weitere Signalaufbereitung braucht, bevor er in der Kraftfahrzeugelektronik 18 weiter verwendet wird.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem ist die Eingangsklemme 20 an die Inversionseingangsklemme eines Verstärkers A2 über ein aus einem Widerstand R9 und einem Kondensator C3 bestehendes Filter geführt. Die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstärkers A2 ist über einen Widerstand RIl mit der anderen Bezugsklemme 22 verbunden. Zwischen den beiden Klemmen 20 und 22 ist ein RauschUnterdrückungskondensator C3 vorgesehen, der Teil eines Filters R9, C3 ist, der außerdem noch an die Bezugsklemme 22 sowie über eine Diode D6 an Masse angeschlossen ist. Zwischen den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A2 und eine positive Versorgungsspannungsquelle +V, ist außerdem ein Schwellenvorspannungswiderstand R13 gelegt. Am Knotenpunkt der Widerstände RlI., R13 ist außerdem ein Sperrklinken- oder Stromstoßwiderstand R14 angekoppelt. Ein Anstiegs- und Spannungsaufbauwiderstand R15 des Verstärkers A2 ist zwischen dessen Ausgangsklemme 3o und einer positiven Versorgungsspannungsquelle +V- angeordnet. Diese Bauteile arbeiten wie die entsprechenden Bauteile des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Diese Schaltungsauslegung umfaßt außerdem eine Verstärkungsregelschleife, die einen spitzen Spannungsabtastkreis 24 mit einem an die Basis eines Transistors T2 geführten Widerstand RIO und einen Kondensator C4 enthält, der mit einer Klemme

9098 11 /0820

an den Basisknotenpunkt und rait der anderen Klemme an Masse gelegt ist. Zwei positiv gepolte Dioden D4 und D5 übertragen positive Signale von der Eingangsklemme 2o an den Eingang der Spitzenspannungsabtastschaltung über ihren Anschluß zwischen der Klemme und RIO.

Der Kollektor des Transistors T2 ist an den Inversionseingang des Verstärkers A2 geführt, um das über die Eingangsklemme 20 her anliegende Signal in Abhängigkeit von der durch den Spitzenspannungsabgriffskreis erzeugten Spannung zu verändern. Weiter ist der Transistor T2 mit einem Strombegrenzungswiderstand R12 zusammengeschaltet, der verhindert, daß der Transistor T2 das vom magnetischen Meßfühler abgegebene Signal vollkommen an Masse führt.

Im Betrieb liegt an der Schaltung der Fig. 4 das Ausgangssignal des magnetischen Meßwertfühlers an den Klemmen 20, 22 an, das von der Schaltung mit der Schwellenspannung (Spannungsteiler R13, RIl) am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A2 verglichen wird. Der Widerstand R9 mit dem Kondensator C3 filtern einen Teil des Hochfrequenzrauschens aus und leiten es über die Diode D6 an Masse ab. Die konstante Schwellenspannung wird durch den aus den Widerständen RIl, Rl3 gebildeten Spannungsteiler am nicht invertierenden Eingang erzeugt, und das Signal den Inversionseingang eingespeist. Somit erzeugt der Verstärker A2, der normalerweise einen Spannungspegel +V_ abgibt, eine durch den Widerstand R14 gehaltene Abstiegsflanke, wenn das Eingangssignal an der Klemme 20 stärker ist als die

9098 1 1/0820

eingestellte konstante Schwellenspannung. Ist der Spannungspegel an der Klemme 20 gegenüber der Klemme 22 niedriger als die Verlagerungsspannung, dann arbeitet der Verstärker A2 wieder auf dem höheren Spannungspegel. Dies ist dann die Art des in Fig. 2f gezeigten Impulses.

Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhält der Spitzenspannungsabgriff RIO, C4 ein .Eingangssignal über die Dioden D4, D5, um eine Spannung zu bilden, die im wesentlichen den positiven Scheitelwerten des Meßfühlersignals proportional ist, um die Basis des Transistors T2 anzusteuern. Die Dioden D4, D5 erzeugen eine Verlagerungsspannung von 1,2 V, ehe der Spitzenspannungsabgriffkreis zu arbeiten beginnt. In Abhängigkeit von der Basisansteuerung stellt der Transistor T2 einen veränderlichen oder regelbaren Widerstand dar,. der in Verbindung mit dem Eingangswiderstand R9 ein regelbares Dämpfungsglied für das Eingangsspitzensignal des magnetischen MeSwertfühlers bildet. Je größer das Signal und der Rauschanteil, umso kleiner ist der Wert, der vom regelbaren Widerstand des Transistors T2 aufgenommen wird und umso größer ist die Dämpfung durch die Transistor-Widerstandschaltung. Daher bleibt die Verlagerungsspannung des Verstärkers A2 über dem Rauschspannungspegel und ergibt somit einen Punkt, an welchem die Abstiegsflanke im wesentlichen synchron mit dem negativ-positiven Nulldurchgang des Meßfühlersignals erzeugt werden kann. Die Stärke der Dämpfung ist - vorteilhafterweise die gleiche wie für das Ausführungsbeispiel mit der regelbaren Schwellenspannung, d.h. ein Verhältnis von 5 : 1. Somit wird das Eingangs-

9 0 9811/0820

spitzensignal um etwa das Fünffache der vorgegebenen Verlagerungsspannung begrenzt oder bedämpft. Die Lade- und Entladegeschwindigkeiten des regelbaren Spitzenspannungsdämpfungsgliedes können wie für den Spitzenspannungsabgriffskreis der Fig. 3 gewählt werden.

909811/0820

2S .

Leerseite

Claims

e:

Meßwertaufbereitungsschaltung zum Anschluß an eine Signalquelle, welche ein erstes Signal mit einem Gleichgewichtskonstantwert und einem Anteil mit variablem Pegel abgibt., der einen Impuls mit. einem zuerst auftretenden Spitzenwert und einem anschließend auftretenden umgekehrten Spitzenwert in Abhängigkeit vom Anliegen eines jeden der wiederkehrenden bestimmten Meßwerte umfaßt, und schließlich auch einen Rauschanteil enthält, dessen Pegel im wesentlichen proportional zum Spitzenwert ist, dessen Wert wieder proportional zur Frequenz der wiederkehrenden Meßwerte ist, wobei die Keßwertaufbereitungsschaltung außerdem einen Bezugssignalgeber zur Erzeugung einer zweiten Schwellenspannung sowie eine Vergleichsschaltung umfaßt, um ein erstes Eingangssignal, das eine Funktion des ersten Signals ist, und ein zweites dem

9 0 9 8 11/0820

2837663

zweiten Signal gleiches Eingangssignal miteinander zu vergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Eingangssignal den gleichen Konstantwert im eingeschwungenen Zustand (Gleichspannungspegel) wie das erste Signal sowie einen regelbaren Pegelanteil und einen Rauschanteil aufweist, deren Amplitude auf die Amplituden (sn) des regelbaren Pegels und das Rauschanteils des ersten Signals bezogen sind, ferner dadurch, daß der BezugsSignalgeber ein zweites Signal abgibt, das gegenüber dem Wert der eingeschwungenen oder Gleichgewichtsspannung des ersten Eingangssignals die gleiche Polarität aufweist, sodann dadurch, daß das zweite Signal durch eine . gegebene Größe gegenüber der Gleichgewichtsspannung verlagert wird, sodann dadurch, daß eine Schaltung (24) den Spitzenwert des ersten Signals abgreift und die Amplitude des ersten oder zweiten Eingangssignals in Abhängigkeit vom Spitzenwert des ersten Signals verändert, um den Wert der Verlagerungsspannung auf einen höheren Pegel als den Rauschpegel (N) des ersten Eingangssignals zu halten, und schließlich dadurch, daß die Vergleichsschaltung (Al, A2) ein Ausgangssignal in der Zeitspanne abgibt, die zwischen dem ersten und zweiten Schnittpunkt des ersten Eingangssignals mit umgekehrtem Spitzenwert und des zweiten Signals liegt.
2. Meßwertaufbereitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare Pegelanteil (S) und der Rauschanteil (N) des ersten Eingangssignals im wesentlichen gleich dem regelbaren Pegelanteil und dem Rauschanteil des ersten Signals sind, wobei das erste Eingangssignal im wesentlichen gleich dem ersten Signal ist sowie dadurch, daß die Amplitude

909811/08 2 0

des zweiten Signals sich in Abhängigkeit vom ersten abgegriffenen Spitzenwert ändert,sodaß der Wert der gegebenen Größe eine ansteigende Funktion des zuletzt abgegriffenen Spitzenwertes darstellt.
3. Meßwertaufbereitungsschaltung nach Anspruch 2_r dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal von einem Spannungsteiler (R3, R5, R6) abgegeben wird, in welchem ein durch die Ausgangsspannung des Spitzenspannungsabgriffkreises (24) gesteuerter regelbarer Widerstand (Pl) angeordnet ist.
4. Meßwertaufbereitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare Widerstand ein mindestens zu einem Zweig des Spannungsteilers (R3, R5, R6) parallelgeschaiteter Transistor (Tl) ist sowie dadurch, daß die Ausgangsspannung des Spitzenspannungsabgriffkreises (24) an der Basis des Transistars (Tl) anliegt.
5. Meßwertaufbereitungsschaltung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß: der Spitzenspannungsabgriffkreis (24) einen Kondensator (Cl) zur Speicherung einer den Spitzenwert darstellenden Spannung, umfaßt sowie dadurch, daß der Kondensator CCl) zwischen die Basis des Transistors (Tl> und Masse geschaltet ist. . -
6. Meßwertaufbereitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des zweiten Signals auf einem Konstantwert gehalten wird sowie dadurch _t daß der regelbare Pegelanteil (S) und der Rauschanteil (N) des ersten Eingangs-

909811/0820

signals gegenüber dem regelbaren Pegelanteil und dem Rauschanteil des ersten Signals gedämpft sind und schließlich dadurch, daß der Dämpfungskoeffizient eine ansteigende Funktion des zuletzt abgegriffenen Spitzenwertes darstellt.
7. Meßwertaufbereitungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Eingangssignal am Knotenpunkt einer Widerstandsbrücke anliegt, die einen ersten Zweig (R9) zwischen der Signalquelle (2o) und dem Eingang der Vergleichsschaltung (A2) sowie einen zweiten Zweig (P2, R12) zwischen der Vergleichsschaltung (A2) und Masse umfaßt sowie dadurch, daß ein regelbarer Widerstand (T21, dessen Wert in Abhängigkeit vom zuletzt abgegriffenen Spitzenwert des ersten Signals abnimmt,- in Reihe mit dem zweiten Zweig (T2, R12) geschaltet ist.

909811/0820