DE3220896A1 - Sensor - Google Patents

Sensor

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DE3220896A1
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David van Dipl.-Ing. 7251 Hemmingen Belzen
Gerhard Dipl.-Phys. 7145 Markgröningen Lotterbach
Manfred Dipl.-Ing. 7012 Fellbach Schenk
Jan Faas van 7145 Markgröningen Woudenberg
Udo Dipl.-Phys.Dr. 7129 Güglingen Zucker
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02P7/06—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of circuit-makers or -breakers, or pick-up devices adapted to sense particular points of the timing cycle
    • F02P7/067—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil
    • F02P7/0675—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil with variable reluctance, e.g. depending on the shape of a tooth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24404—Interpolation using high frequency signals
    • G—PHYSICS
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description

R. 17832
12.5.1982 Wt/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Sensor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, zum Steuern von Zündanlagen in Brennkraftmaschinen Sensoren zu verwenden, die die jeweilige Drehlage der Kurbel oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine anzeigen. Dabei sind zwei Arten von Sensoren gebräuchlich. Bei den sogenannten Inkrementsensoren ist gleichmäßig auf dem Umfang einer Geberscheibe eine Vielzahl von Zähnen mit dazwischenliegenden gleichbreiten Zahnlücken verteilt. Die Anzahl der Zähne wird dabei ausgezählt, so daß ab einer vorgegebenen Bezugsmarke durch Auszählen der Zähne eine beliebige Winkelstellung von Kurbel- oder Nockenwelle ermittelt werden kann, etwa um den Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Bei derartigen Inkrementsensoren ist es bekannt, gesonderte Bezugsmarken zu verwenden, es ist jedoch auch bekannt, einen der Zähne in definierter Form abweichend zu gestalten, so daß auf diese Weise die
Bezugsmarke dargestellt wird. Sine derartige Anordnung ist in der DE-OS 29 39 6^+3 beschrieben. Derartige Inkrement sensoren haben jedoch den systematischen Wachteil, daß die Festlegung eines Zündzeitpunktes beim Anlauf der Brennkraftmaschine erst nach einer gewissen Totzeit möglich ist. Dies liegt daran, daß das Auszählen der Zähne erst beginnen kann, wenn eine Bezugsmarke am jeweils vorgesehenen Aufnahmeelement vorbeigelaufen ist. Je nach Stellung der Bezugsmarke bei stillstehender Brennkraftmaschine vergeht damit eine mehr oder weniger lange Seit, bis ein definierter Betrieb des Inkrementsensors möglich ist.
Demgegenüber sind weiterhin sogenannte Segmentsensoren bekannt, bei denen am.Umfang einer Geberscheibe langgestreckte Segmentabschnitte vorgesehen sind, deren Anzahl bei Anordnung auf der Nockenwelle der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht oder bei Anordnung auf der Kurbelwelle der halben Zylinderanzahl, da die Kurbelwelle bekanntlich mit der halben Drehzahl der Nockenwelle umläuft. Bei diesen Segmentsensoren werden jeweils Vorder- und Rückflanke des Segmentes erfaßt und damit die Länge des Segmentes ermittelt. Da die Vorderflanke des Segmentes üblicherweise um einen bestimmten Winkel gegenüber dem oberen 'Totpunkt der Brennkraftmaschine versetzt angeordnet ist, kann der Zündzeitpunkt innerhalb des von der Segmentlänge definierten Zeitbereiches festgelegt werden. Bei den Segmentsensoren bedarf es demnach keiner gesonderten Bezugsmarke, um den Zündzeitpunkt festzulegen, da jedes Segment (irgend) einem Zylinder fest zugeordnet ist. Will man jedoch einen bestimmten Zylinder definieren, ist es erforderlich, auch beim Segmentsystem eine Bezugsmarke vorzusehen und die Geberscheibe auf der Nockenwelle anzuordnen. Hierzu ist es aus der DE-OS 28 5U 017 bekannt,
"^" 17832
in der "Segmentlücke" einen zusätzlichen Zahn anzuordnen, der gegenüber einem Segment versetzt angeordnet ist, so daß bei Vorbeilaufen des kürzeren Zahnes und des längeren Segmentes an einem Aufnahmeelement eines der Segmente definiert markiert ist. Verwendet man einen derart definierten Segmentsensor jedoch in Verbindung mit einer programmgesteuerten Rechenschaltung, beispielsweise einer mikrocomputer-gesteuerten Zündanlage eines Kraftfahrzeuges, ergeben sich dadurch Schwierigkeiten, daß zusätzliche Vorder- und Rückflanken des Markierungszahnes auftreten. Bei einer programmgesteuerten Rechenschaltung werden die Vorder- und Rückflanken nämlich als asynchrone Ereignisse gewertet, die' einem Interrupt-Eingang des Mikrocomputers zugeführt werden, wobei jedes Auftreten eines Interrupt-Signales zum Aufruf eines Unterprogrammes führt. Ein zusätzlicher Markierungszahn mit zusätzlicher Vorder- udn Rückflanke erfordert damit einen unverhältnismäßig hohen Programmieraufwand und damit Aufwand an Speicherplätzen und dergle ichen.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Verwendung mit einer programmgesteuerten Rechenschaltung nur ein außerordentlich geringer zusätzlicher Programmieraufwand erforderlich ist, um bei einem Segmentsensor eine Besugsmarke eines Segmentes zu erkennen. Damit kann eine Zylindermarkierung bei Zündanlagen mit einer programmgesteuerten Rechenschaltung mit nur geringem Mehraufwand vorgesehen werden. Diese Zylindermarkierung ist beispielsweise von besonderem Vorteil bei Kraftfahrzeugen mit Schubabschaltung, bei denen - beispielsweise bei einem ö-Zylindermotor - jeweils nur eine Gruppe von Zylindern
stillgesetzt wird. Da bei derartigen Systemen eine definierte Kraftstoffzufuhr zu bestimmten Zylindern erforderlich ist, kann damit durch den erfindungsgemäßen Sensor eine entsprechende programmgesteuerte Rechenschaltung besonders einfach und wirtschaftlich aufgebaut werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.
So werden bei einer bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung die Vorderflanken der Segmente auf dem Umfang äquidistant und in jeweils gleichem Abstand zum oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine angeordnet. Hierdurch sind vom Anlauf der Brennkraftmaschine an unmittelbar durch Ausmessen der Zeit von Vorderflanke zu Vorderflanke Drehzahlmessungen möglich, so daß sofort ein definierter Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Segmentgeberscheibe von einem Element magnetisch oder optisch abgetastet.
Darüber hinaus läßt sich der erfindungsgemäße Sensor nicht nur zum Steuern von Zündanlagen in Brennkraftmaschinen verwenden, er eignet sich vielmehr auch für allgemeine Meßaufgaben beim Erfassen von Winkeln, Drehzahlen, Wegen und dergleichen, wenn zusätzlich eine Bezugsmarke mit geringem Aufwand erfaßt werden soll.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensors; Figur 2 ein Blockschaltbild zum Erläutern der Wirkungsweise einer Rechenschaltung, wie sie beim erfindungsgemäßen Sensor Verwendung findet.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 bezeichnet 1 eine Segmentgeberscheibe, die mit der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine umläuft. In der Nähe des Umfanges der Segmentgeberscheibe 1 ist ein Element 2 angeordnet, das in Wechselwirkung mit Segmenten 10, 20, 30, Uo tritt, die auf dem Umfang der Segmentgeberscheibe 1 angeordnet sind. Dreht sich die Segmentgeberscheibe 1 wie in Figur 1 angedeutet, im Gegegenuhrzeigersinn, bezeichnen 11, 21, 31, k"\ die Vorderflanken und 12, 22, 32, k2 die jeweiligen Rückflanken der Segmente 10, 20, 30, k0 in bezug auf das Element 2.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind die Vorderflanken 21, 31, ^1 auf dem Umfange äquidistant angeordnet, während die Vorderflanke 11 des Segmentes 10 um einen Winkel <ψ gegenüber der äquidistanten Lage versetzt ist. Die Rückflanken 12, 22, 32, h2 sind insgesamt äquidistant angeordnet und jeweils um einen bestimmten Winkel gegenüber der oberen Totpunktlage OT versetzt. Die Flanken sind dabei so angeordnet, daß die Vorderflanken 11, 21, 31, 1+1 einem bestimmten "frühen" Zeitpunkt entsprechen und die Rückflanken 12, 22, 32, k2 einem bestimmten "spaten" Zeitpunkt, jeweils bezogen auf einen festzulegenden Sund-, seitpunkt.
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Die Wechselwirkung der Segmente 10, 20, 30, UO mit dem Element 2 kann auf verschiedene, an sich bekannte Arten erfolgen. So kann die Wechselwirkung beispielsweise magnetisch sein, wobei das Element 2 magnetfeld-empfindlich ist, also beispielsweise ein Induktivsensor ist, ein Hallsensor, ein Wiegandsensor oder dergleichen. Die Segmente 10, 20, 30, Uo sind dann entsprechend als Segmente aus ferromagnetischem Blech oder als Blenden zum Unterbrechen eines externen Magnetfeldes ausgebildet. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, eine optische Wechselwirkung auszunutzen, wobei die Segmente 10, 20, 30, Uo als Blenden ausgebildet sind, die einen Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Element unterbrechen. Darüber hinaus ist natürlich auch die Verwendung anderer, an sich bekannter physikalischer Effekte möglich.
Das Element 2 ist an einen Interrupt-Eingang 3f einer programmgesteuerten Rechenschaltung 3 angeschlossen. Die programmgesteuerte Rechenschaltung 3 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eine mikrocomputer-gesteuerte Zündanlage, die in an sich bekannter Weise eine Zentraleinheit 3a mit zugehörigen Speichern 3b und Eingabe/Ausgabe-Einheiten 3c aufweist, die jeweils durch eine Datenleitung 3d sowie eine Adressleitung 3e miteinander verbunden sind. Die Steuerung nachgeordneter Einheiten, etwa der eigentlichen Zündanlage, erfolgt über einen Eingabe/Ausgabe-Anschluß 3g.
In der programmgesteuerten Rechenschaltung 3 läuft ein Programm zur Steuerung einer Zündanlage ab. Bewegt sich nun am Element 2 eine der Flanken 11, 21, 31, U1 vorbei, wird ein entsprechendes Signal erzeugt und gelangt zum
"1^ I / ö 0 L
und gelangt zum Interrupt-Eingang 3f. Dies bewirkt, daß das ablaufende Programm unterbrochen und ein Unterprogramm aufgerufen wird, das beispielsweise die Ausmessung der Länge eines der Segmente 10, 20, 30, 1+0 zum Gegenstand hat, wobei das Ende der Segmente - ohne erneuten Interrupt durch die Flanken 12, 22, 32, 1+2 - z.B. durch eine Warteschleife erkannt werden kann.
Zur Veranschaulichung der dabei gewählten Vorgehensweise ist in Figur 2 ein Blockschaltbild angegeben. Die dabei vorgesehenen Elemente sind als solche nicht sämtlich in der Rechenschaltung 3 enthalten, sie dienen vielmehr zur Verdeutlichung des bei der Ausmessung der Segmentlänge verwendeten Verfahrens.
Das Signal des Elementes 2 gelangt dabei auf einen Differenzierer 1+, der seinerseits eine Torschaltung 5 steuert, die zwischen einem Taktgenerator 6 und einem Zähler 7 liegt. Der Zähler 7 ist einmal direkt und zum anderen über einen Speicher 8 auf einen Komparator 9 geführt.
Die Torschaltung 5 wird nun im Takte der vom Element 2 abgegebenen Signale auf- und zugesteuert, so daß im Zähler 7 die Impulse des Taktgenerators während einer Zeitdauer gezählt werden, die der Länge eines Segmentes entspricht. Hierzu wird die Torschaltung 5 hei Auftreten einer Vorderflanke 11, 21, 31, 1+1 geöffnet und bei Auftreten der jeweiligen Rückflanke 12, 22, 32, 1+2 wieder geschlossen. Bei Auftreten der Rückflanke 12, 22, 32, 1+2 wird gleichzeitig der Inhalt des Zählers 7 in den Speicher 8 überführt und der Zähler 7 wieder zurückgestellt. Damit kann im Komparator 9 bei Abschluß jedes Zählvorganges ein Vergleich zwischen der Länge des jeweils erfaßten
Segmentes und derjenigen des vorhergehenden Segmentes vorgenommen verden. Wurde dabei zunächst das Segment UO erfaßt, befindet sich im Speicher 8 eine Zahl,- die der Länge des Segmentes 4θ entspricht. Im Zähler 7 erscheint am Ende der Erfassung des Segmentes 10 ein niedrigerer Zählerstand, da da3 Segment 10 schmaler ist. Der Vergleich wird bei Auftreten der Rückflanke 12 durchgeführt, bevor die Übertragung vom Zähler 7 in den Speicher 8 und die Rücksetzung des Zählers 7 erfolgt. In diesem Falle wird der Komparator 9 eine Differenz anzeigen, so daß bei Auftreten der Rückflanke 12 ein Signal dafür erscheint, daß das Segment 10 das markierte Segment ist. Diese Information kann nun zum Auslösen von Zünd- und Sinspritzvorgängen über den Eingabe/Ausgabe-Anschluß 3g weitergeleitet werden, ohne daß dadurch die Erfassung der Signale der Segmentgeberscheibe 1 in irgendeiner Weise verändert wird.
Es versteht sich dabei, daß die vorstehend geschilderte Anwendung zum Steuern von 'Zünd- oder Einspritzanlagen in Kraftfahrzeugen mit der zugehörigen Ausführungsform gemäß Figur 1 nur beispielhaft anzusehen ist. Der erfindungsgemäße Sensor eignet sich darüber hinaus bei allen Meßaufgaben, bei denen die periodische Erfassung von Winkeln, Drehzahlen,. Wegen und dergleichen mit jeweils einer Bezugsmarke erforderlich ist. Derartige Meßaufgaben treten beispielsweise bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Verpackungsmaschinen sowie Servoantrieben der verschiedensten Art auf, bei denen periodische Dreh- oder Hin- und Herbewegungen überwacht werden müssen.
Leerseite

Claims (6)

  1. * 4»
    »4
    κ. '7832
    12.5·1982 Wt/Hm
    ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1
    Ansprüche
    Sensor zum Erfassen von Winkeln, Drehzahlen, Wegen und dergleichen sowie jeweils einer Bezugsmarke mit zwei zueinander beweglichen Teilen, wobei das eine Teil regelmäßige segmentartige Markierungen und das andere Teil ein auf die Markierungen ansprechendes Element (2) aufweist, wobei ferner zum Festlegen einer Bezugsmarke die regelmäßige Anordnung der Markierungen eine definierte Unregelmäßigkeit aufweist und das Element (2) an eine Auswertschaltung angeschlossen ist, die die Länge der Markierungen erfaßt und hieraus unmittelbar Steuersignale ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Unregelmäßigkeit durch eine von der Länge der übrigen Markierungen abweichende Länge einer Markierung gebildet wird und die Auswerteschaltung eine programmgesteuerte Rechenschaltung (3) enthält, der bei Auftreten einer jeden Markierung ein Interrupt-Befehl zugeführt wird.
    — p —
  2. 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil als mit der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine umlaufende Segmentgeberscheibe (1) ausgebildet ist, an deren Umfang eine der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Segmenten (10, 20, 30, HO) angeformt ist, wobei das Vorbeilaufen
    wenigstens jeder Vorderflanke (.11., 21, 31, 1+1) der Segmente (10, 20, 30, UO) im Element (2) ein Signal erzeugt, das einem Interrupt-Eingang (3f) der Rechenschaltung (3) zugeführt wird und die Rechenschaltung (3) aus dem Auftreten der Signale die Länge der Segmente (10, 20, 30, ko) und durch Vergleich der Längen mit einem Bezugswert das Auftreten der Bezugsmarke ermittelt.
  3. 3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beaugswert die Länge des jeweils vorhergehenden Segmentes ist.
  4. 1+. Sensor nach Anspruch 2 oder 3 für eine Rechenschaltung (3) zum Steuern der Zündanlage eines Kraftfahrzeuges, bei der der Zündzeitpunkt zwischen einem frühen und einem spaten Zeitpunkt, bezogen auf einen Bezugswert, verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderflanke (11, 21, 31, 1+1) der Segmente (10, 20, 30, 1+0 ) einem vorgegebenen frühen Zeitpunkt und die Rückflanke (12, 22, 32, U2) einem vorgegebenen späten Zeitpunkt entspricht, wobei das definierte Segment (10) an der Vorderflanke (11 ) um einen Winkel ( Φ ) vorzugweise etwa 2 bis 5 Kurbelwellenwinkel versetzt ist und die Rechenschaltung (3) aus dem Abstand der um den oberen Totpunkt (OT) der Brennkraftmaschine symmetrisch angeordneten Rückflanken (12, 22, 32, 1+2) die Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt.
  5. 5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) magnetfeldempfindlich ist und die Segmentgeberscheibe (1) magnetisch markierte Segmente (10) aufweist.
  6. 6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis !+, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) lichtempfindlich ist und die Segmentgeberscheibe (1) mit als Blende wirkenden Segmenten (10) ausgestattet ist.
DE19823220896 1982-06-03 1982-06-03 Sensor Withdrawn DE3220896A1 (de)

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