DE3017973C2

DE3017973C2 -

Info

Publication number: DE3017973C2
Application number: DE19803017973
Authority: DE
Inventors: Georg 8431 Berg De Haubner; Werner 7540 Rednitzhembach De Meier; Hans 8501 Oberasbach De Schrumpf; Juergen Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg De Wesemeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-10
Filing date: 1980-05-10
Publication date: 1989-11-02
Also published as: DE3017973A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Winkelgeber nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on an angle encoder according to the genus Main claim.

Solche induktiven Winkelgeber sind insbesondere in Kraftfahrzeugen zur Steuerung von Zündanlagen oder Kraftstoffein spritzanlagen in vielfältiger Weise im Einsatz. Dabei tritt oftmals das Problem auf, daß zur Steuerung mehrerer Endstufen verschiedene Winkelinformationen benötigt werden. Die verschiedenen Informationen voneinander zu unterscheiden, wurde beispielsweise in der DE-OS 27 36 576 vorgeschlagen, magnetisierte Marken unterschied licher Polarität zu verwenden und deren unterschiedliche Signale zur Steuerung zweier Endstufen heranzuziehen. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, daß die Zahl der zu steuernden Endstufen oder Vorgänge auf zwei begrenzt ist. Soll diese Zahl erhöht werden, so müssen mehrere Sensoren eingesetzt werden, solche induktiven Winkelgeber mit mehreren Sensoren sind beispielsweise aus der DE-OS 27 23 832, der GB-PS 14 25 394 und aus der DE-OS 26 43 286 bekannt.Such inductive angle encoders are particularly in Motor vehicles for controlling ignition systems or fuel spraying systems in a variety of ways. It often occurs the problem that different to control multiple amplifiers Angle information is needed. The various information To differentiate from one another was, for example, DE-OS 27 36 576 proposed, magnetized brands distinguished Licher polarity to use and their different signals Control of two power amplifiers. However, this method has the disadvantage that the number of output stages or processes to be controlled is limited to two. If this number is to be increased, then several sensors are used, such inductive angle encoders with several sensors are for example from DE-OS 27 23 832, GB-PS 14 25 394 and known from DE-OS 26 43 286.

Dabei wird in der GB-PS 14 25 394 ein Winkelgeber beschrieben, bei dem Magnetstifte 1 bis 8 von einem Sensor b und Magnetstifte S die zu den Magnetstiften 1 bis 8 seitlich versetzt auf einer Geber scheibe angebracht sind, von einem Sensor 20 abgetastet werden. Der Einsatz eines Gebers dieser Art ermöglicht die Steuerung von mehr als zwei Endstufen, außerdem können die Marken S zur Synchronisie rung verwendet werden. Ein solches System ist jedoch aufwendig, da zwei Reihen Magnetstifte, die seitlich gegeneinander versetzt sind, benötigt werden, außerdem sind zwei Aufnehmer erforderlich.An angle encoder is described in GB-PS 14 25 394 the magnetic pins 1 to 8 from a sensor b and magnetic pins S the to the magnetic pins 1 to 8 laterally offset on an encoder disc are attached to be sensed by a sensor 20. The Using an encoder of this type enables the control of more as two power amplifiers, the brands S can also be used for synchronization tion can be used. However, such a system is complex because two rows of magnetic pins that are laterally offset from one another, two transducers are required.

Bei der Einrichtung zur Lageerkennung einer rotierenden Welle gemäß der Druckschrift DE-OS 26 43 286 werden auf einer auf einer Welle befestigten Scheibe alternierend Permanentmagnete unterschiedlicher Polarität aufgebracht. Mit diesen Permanentmagneten werden bestimmte Winkelsegmente der Welle gekennzeichnet, zusätzlich ist ein weiterer Permanentmagnet vorgesehen, der zur Bezugsmarkenerkennung dient. Die Permanentmagnete werden an einem Aufnehmerteil vorbeibewegt, das zwei Sensoren enthält. Mittels zweier Auswerteschaltungen für die beiden Sensoren werden sowohl die Drehzahl als auch die Bezugsmarke bestimmt. Auch diese Anordnung ist recht aufwendig, sie benötigt zwei Sensoren und zwei Auswerteschaltungen.According to the device for position detection of a rotating shaft the publication DE-OS 26 43 286 are on one on a shaft attached disc alternating permanent magnets different Polarity applied. With these permanent magnets are certain Angle segments of the shaft marked, in addition is another Permanent magnet is provided, which is used for reference mark recognition. The Permanent magnets are moved past a pickup part that contains two sensors. By means of two evaluation circuits for the Both sensors become both the speed and the reference mark certainly. This arrangement is also quite complex, it requires two sensors and two evaluation circuits.

Aus der DE-OS 26 44 324 ist schließlich eine Vorrichtung zur Ermitt lung einer Vielzahl von Winkelstellungen eines umlaufenden Teils bekannt, bei dem eine Scheibe mit einer Vielzahl von Winkelbezugs elementen und einem als Referenzmarke dienenden Vorsprung von einem einzigen Geber abgetastet wird. Da die Referenzmarke sich über die übrigen Marken erhebt, bestimmt sie den Abstand zwischen Geberrad und Sensor, gegenüber den übrigen Marken ist dieser Abstand daher zu groß. From DE-OS 26 44 324 is finally a device for detection a variety of angular positions of a rotating part known in which a disc with a variety of angular reference elements and a lead of one serving as a reference mark single encoder is scanned. Since the reference mark is over the other brands, it determines the distance between the encoder wheel and sensor, compared to the other brands this distance is therefore too large.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Winkelgeber mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit nur einem einzigen Sensor praktisch eine beliebige Anzahl von Endstufen gesteuert werden kann, die jeweils bei einer anderen Winkelstellung des rotierenden Geberteils einen anderen Vorgang auslösen müssen. Der Winkelgeber ist daher einfach und kosten günstig zu realisieren. Der vergrößerte Aufwand der Auswerte schaltung ist bei der heutigen Mikroelektronik praktisch ohne Bedeutung.The angle encoder according to the invention with the characteristic note Painting the main claim has the advantage that with practically any number of just a single sensor Power stages can be controlled, each at a different Angular position of the rotating encoder part another process have to trigger. The angle encoder is therefore simple and cost-effective cheap to implement. The increased effort of the evaluations In today's microelectronics circuit is practically without Importance.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Haupt anspruch angegebenen Winkelgebers möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements of the main claim specified angle encoder possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing provided and explained in more detail in the following description.

Die einzige Figur zeigt eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels.The only figure shows a circuit configuration of the embodiment.

Description of the embodiment

Ein mit der Nockenwelle oder Kurbelwelle einer Brennkraft maschine verbundenes, als Scheibe ausgebildetes Geberteil 10 weist drei als Nocken oder Blechrechtecke ausgebildete, ferromagnetische, nicht magnetisierte Marken 11 bis 13 auf, die zueinander jeweils um einen Winkel von 120 Grad ver setzt sind. Zwischen zwei Marken 12, 13 ist eine weitere, als Nocken oder Blechrechteck ausgebildete, magnetisierte Marke 14 a auf dem Geberteil 10 angeordnet. Die Marken werden durch einen induktiven Sensor 14 abgetastet. Eine Strom quelle 15 ist über einen Schalter 16 mit dem induktiven Sensor 14 verbunden, dessen zweiter Anschluß über die Paral lelschaltung eines Widerstands 17 mit einer Diode 18 an Masse angeschlossen ist. Der Verknüpfungspunkt des Schalters 16 mit dem induktiven Sensor 14 ist über die Reihenschaltung einer Diode 19 mit einem Widerstand 20 an die Basis eines Transistors 21 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 21 ist ein Kondensator 22 geschaltet. Parallel zum Widerstand 20 liegt ein weiterer Kondensator 23. Die Bauteile 19 bis 23 bilden eine erste Auswerteschaltung für Sensorsignale. Der Verknüpfungs punkt zwischen dem induktiven Sensor 14 und dem Widerstand 17 ist über einen Widerstand 24 mit der Basis eines weiteren Transistors 25 verbunden, dessen Emitter ebenfalls an Masse liegt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors 25 ist ein Kondensator 26 geschaltet. Die Bauteile 17, 18 sowie 24 bis 26 bilden eine zweite Auswerteschaltung der Sensorsignale.A connected to the camshaft or crankshaft of an internal combustion engine, designed as a disk encoder part 10 has three formed as cams or sheet metal rectangles, ferromagnetic, non-magnetized marks 11 to 13 , which are each set at an angle of 120 degrees to each other. Between two marks 12, 13 there is a further magnetized mark 14 a designed as a cam or sheet metal rectangle on the transmitter part 10 . The marks are scanned by an inductive sensor 14 . A current source 15 is connected via a switch 16 to the inductive sensor 14 , the second connection of which is connected via the parallel circuit of a resistor 17 with a diode 18 to ground. The point of connection of the switch 16 with the inductive sensor 14 is connected via the series connection of a diode 19 with a resistor 20 to the base of a transistor 21 , the emitter of which is connected to ground. A capacitor 22 is connected in parallel with the base-emitter path of the transistor 21 . Another capacitor 23 is connected in parallel with the resistor 20 . Components 19 to 23 form a first evaluation circuit for sensor signals. The connection point between the inductive sensor 14 and the resistor 17 is connected via a resistor 24 to the base of a further transistor 25 , the emitter of which is also connected to ground. A capacitor 26 is connected in parallel with the base-emitter path of this transistor 25 . The components 17, 18 and 24 to 26 form a second evaluation circuit of the sensor signals.

Die beiden Auswerteschaltungen 19 bis 23 und 17, 18 sowie 24 bis 26 steuern über die Kollektoren der Transistoren 21, 25 einen Mikrorechner 27, der z. B. ein Zündungsrechner für eine Brennkraftmaschine sein kann, was durch die drei daran angeschlossenen Zündungsendstufen 28 bis 30 dokumentiert ist. Genausogut kann natürlich ein Rechner für die Kraftstoffein spritz-Steuerung oder eine sonstige Auswerteschaltung ge steuert werden, die Steuersignale bei verschiedenen Winkel stellungen der Kurbelwelle benötigt.The two evaluation circuits 19 to 23 and 17, 18 and 24 to 26 control via the collectors of the transistors 21, 25 a microcomputer 27 , the z. B. can be an ignition computer for an internal combustion engine, which is documented by the three ignition output stages 28 to 30 connected to it. Of course, a computer for the fuel injection control or another evaluation circuit can also be controlled just as well, which requires control signals at various angular positions of the crankshaft.

Der Kollektor des Transistors 21 liefert ein durch die magne tisierte Marke 14 a erzeugtes Synchronisationssignal und gibt es über die Leitung 36 dem Rechner 27 bzw. einer nicht näher dargestellten Auswerteschaltung ab. Weiterhin ist dieses Signal dem Setzeingang eines Flipflops 31 sowie dem Rücksetz eingang eines Zählers 32 zugeführt. Der Kollektor des Tran sistors 25 liefert Signale, die beim Passieren der nicht magnetisierten Marken 11 bis 13 im induktiven Sensor 14 er zeugt werden und gibt diese dem Takteingang des Zählers 32 ab. Der Zähler 32 ist vorzugsweise als Ringzähler geschaltet und gibt bei einem der Zahl der nicht magnetisierten Marken 11 bis 13 entsprechenden Zählerstand ein Ausgangssignal am Ausgang CO ab, das dem Rücksetzeingang des Flipflops 31 zu geführt ist. Drei den Zählerständen 1 bis 3 entsprechende Dekodiereingänge sind mit der nicht näher dargestellten Aus werteschaltung über Leitungen 33 bis 35 verbunden und können drei verschiedene Vorgänge steuern, die bei drei verschiedenen Winkelstellungen der Kurbelwelle ablaufen sollen. Dies sind z. B. die Zündvorgänge bei einer 3- bzw. 6-Zylinder-Brennkraft maschine, die bei ruhender Hochspannungsverteilung über drei Zündungsendstufen 28 bis 30 gesteuert werden. Die Steuersignale werden natürlich noch im Rechner durch eine nicht näher dar gestellte, parameterabhängige Zündzeitpunktverstellung und Schließwinkelsteuerung modifiziert. Der Ausgang des Flipflops 31 steuert den Schaltzustand des Schalters 16.The collector of the transistor 21 supplies a generated by the magnetized mark 14 a synchronization signal and is there via the line 36 to the computer 27 or an evaluation circuit, not shown. Furthermore, this signal is the set input of a flip-flop 31 and the reset input of a counter 32 supplied. The collector of Tran sistor 25 provides signals that are generated when passing the non-magnetized marks 11 to 13 in the inductive sensor 14 and gives them to the clock input of the counter 32 . The counter 32 is preferably connected as a ring counter and, at a counter reading corresponding to the number of non-magnetized marks 11 to 13 , emits an output signal at the output CO which is fed to the reset input of the flip-flop 31 . Three decoder inputs corresponding to the counter readings 1 to 3 are connected to the evaluation circuit (not shown in more detail) via lines 33 to 35 and can control three different processes which are to take place at three different angular positions of the crankshaft. These are e.g. B. the ignition processes in a 3- or 6-cylinder internal combustion engine, which are controlled with stationary high voltage distribution via three ignition output stages 28 to 30 . The control signals are of course still modified in the computer by a parameter-dependent ignition timing adjustment and closing angle control (not shown in more detail). The output of the flip-flop 31 controls the switching state of the switch 16 .

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels besteht darin, daß bei zunächst geöffnetem Schalter 16 und Passieren der magne tisierten Marke 14 a am Sensor 14 ein dadurch erzeugtes Signal über die Diode 19 und die RC-Kombination 20, 23 zur Basis des Transistors 21 gelangt und diesen kurzzeitig umsteuert. Dies erzeugt zum einen ein Synchronisationssignal auf der Leitung 36 und steuert zum anderen das Flipflop 31 um. Dadurch wird der Schalter 16 geschlossen. Gleichzeitig wird der Zähler 32 rückgesetzt. Es fließt nunmehr ein Strom von der Stromquelle 15 über den induktiven Sensor 14. Infolge des Spannungsab falls am Widerstand 17 wird der Transistor 25 stromleitend. Bei jedem Passieren eines nicht magnetisierten Nockens 11 bis 13 wird nunmehr infolge der Induktivitätsänderung im Sensor 14 u. a. eine negative Halbwelle induziert, die die Diode 18 stromleitend macht. Der Transistor 25 sperrt kurz zeitig. Ein dadurch erzeugtes Signal zählt im Zähler 32 je weils um den Wert eins weiter, wodurch nacheinander Signale an den Leitungen 33 bis 35 erzeugt werden. Beim dritten durch die Marke 13 erzeugten Signal wird neben dem Signal auf der Leitung 35 ein Rücksetzsignal für das Flipflop 31 erzeugt, durch das der Schalter 16 wieder geöffnet wird. Erst durch das darauffolgende Passieren der magnetisierten Marke 14 a am Sensor 14 erfolgt ein neuerliches Schließen des Schalters 16.The mode of operation of the embodiment is that when the switch 16 is first opened and the magnetized mark 14 a is passed on the sensor 14, a signal generated thereby passes via the diode 19 and the RC combination 20, 23 to the base of the transistor 21 and briefly reverses it . On the one hand, this generates a synchronization signal on line 36 and, on the other hand, it reverses flip-flop 31 . This closes switch 16 . At the same time, the counter 32 is reset. A current now flows from the current source 15 via the inductive sensor 14 . As a result of the voltage drop on the resistor 17 , the transistor 25 becomes conductive. Each time a non-magnetized cam 11 to 13 passes, a negative half-wave is induced, owing to the change in inductance in the sensor 14 , which makes the diode 18 conductive. The transistor 25 blocks briefly. A signal generated thereby counts in the counter 32 each time by the value one, whereby signals on the lines 33 to 35 are successively generated. In the third signal generated by the marker 13 , a reset signal for the flip-flop 31 is generated in addition to the signal on the line 35 , by means of which the switch 16 is opened again. It is only through the subsequent passage of the magnetized mark 14 a on the sensor 14 that the switch 16 is closed again.

Die RC-Kombinationen 20, 22, 23 und 24, 26 dienen zur Stör spannungsunterdrückung.The RC combinations 20, 22, 23 and 24, 26 are used to suppress interference.

Durch die Synchronisierungsmarke 14 a ist ein eindeutiger Bezug der durch die Marken 11 bis 13 erzeugten Signale zur zugeord neten Winkelstellung gegeben. Wird die Reihenfolge der durch die Marken 11 bis 13 erzeugten Signale durch einen Störim puls oder durch einen sonstigen Einfluß verändert, so wird be reits beim nächsten Passieren der magnetisierten Marke 14 a wieder eine Normierung herbeigeführt und ein eindeutiger Winkelbezug wieder gewährleistet.The synchronization mark 14 a provides a clear reference to the signals generated by the marks 11 to 13 for the assigned angular position. Is the order of the signals generated by the marks 11 to 13 changed by a Störim pulse or by any other influence, be already at the next passing of the magnetic mark 14 is again caused a normalization and guarantees a unique angle reference again.

Außer zur Normierung bzw. Synchronisierung kann der Impuls der magnetisierten Marke 14 a noch zusätzlich als Winkelmarke verwendet werden. Werden z. B. wie im dargestellten Fall drei Winkelsignale in Abstand von 120 Grad benötigt, so kann dies auch dadurch realisiert werden, daß eine magnetisierte Marke 14 a und zwei dazu um jeweils 120 Grad versetzte, nicht magne tisierte Marken vorgesehen werden. Für eine 4-Zylinder-Brenn kraftmaschine mit ruhender Hochspannungsverteilung genügt z. B. eine magnetisierte Marke und eine dazu um 180 Grad versetzte nicht magnetisierte Marke. Für diesen Fall kann z. B. der Zähler 32 entfallen, und das vom Transistor 25 erzeugte Signal kann direkt als Rücksetzsignal für das Flipflop 31 sowie als Steuersignal für den Rechner 27 verwendet werden. Das zweite Steuersignal für die zweite Endstufe wird über die Leitung 36 zugeführt. In addition to normalization or synchronization, the pulse of the magnetized mark 14 a can also be used as an angle mark. Are z. B. as in the case shown three angle signals at a distance of 120 degrees, this can also be achieved in that a magnetized mark 14 a and two offset by 120 degrees, not magnetized marks are provided. For a 4-cylinder internal combustion engine with static high-voltage distribution, z. B. a magnetized mark and a non-magnetized mark offset by 180 degrees. In this case, e.g. B. the counter 32 is omitted, and the signal generated by the transistor 25 can be used directly as a reset signal for the flip-flop 31 and as a control signal for the computer 27 . The second control signal for the second output stage is supplied via line 36 .

Werden die Signale des dargestellten Winkelgebers zur Steuerung eines Mikrorechners verwendet, so können bei einer tatsäch lichen Realisierung natürlich die Bauelemente 31 und 32 als konkrete Bauelemente entfallen. Die Abfrage der Signale an den Kollektoren der Transistoren 21 und 25 erfolgt dann über das Programm des Mikrorechners, in dem natürlich die gleichen Funktionen ablaufen.If the signals of the angle encoder shown are used to control a microcomputer, then the components 31 and 32 as concrete components can of course be omitted in an actual implementation. The signals at the collectors of transistors 21 and 25 are then queried via the program of the microcomputer, in which of course the same functions take place.

Claims

1. angle encoder, in particular for controlling ignition and fuel injection in internal combustion engines,
with marks that can be scanned by an inductive sensor ( 14 ) on a rotating sensor part, at least one of which is magnetized, with a circuit device that is connected to the sensor ( 14 ),
characterized,
that at least one ferromagnetic, non-magnetized mark ( 11 to 13 ) is arranged on the transmitter part in addition to the magnetized mark ( 14 a) ,
that the circuit device connected to the sensor ( 14 ) contains a first evaluation circuit ( 19 to 23 ) for signals of the magnetized mark ( 14 a) through which a current source ( 15 ) for the sensor ( 14 ) can be switched on and
that the circuit device contains a second evaluation circuit ( 17, 18, 24, 25 and 26 ) for signals of the at least one non-magnetized mark ( 11 to 13 ) and a counting device ( 32 ) through which the current source ( 15 ) can be switched off.

2. Angle encoder according to claim 1, characterized in that the first evaluation circuit consists essentially of a transistor ( 21 ) controllable via a diode ( 19 ).

3. Angle encoder according to one of the preceding claims, characterized in that the second evaluation circuit consists essentially of the parallel connection of a diode ( 18 ) with a resistor ( 17 ) which is connected between the base of a transistor ( 25 ) and ground.

4. Angle encoder according to claim 2 or 3, characterized in that an RC arrangement ( 20, 22, 23, 26 ) for interference voltage suppression is connected upstream of the transistor ( 21 or 25 ).

5. Angle encoder according to one of the preceding claims, characterized in that the signals of the evaluation circuit control a microcomputer ( 27 ) and that the circuit of the current source ( 15 ) can be controlled by this microcomputer ( 27 ).