DE3623449A1 - Anordnung zur gewinnung von winkelsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gewinnung von Winkelsignalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die aktuelle Stellung der Kurbelwelle von Verbrennungsmo­ toren ist eine der grundlegenden Informationen, die ein elektronisches Steuergerät für die Kraftstoffeinspritzung und/oder Zündung benötigt. Zu diesem Zweck ist mit der Kurbelwelle eine Geberscheibe gekuppelt, die auf einer Kreisbahn angeordnete Zähne und Markenzähne trägt. Ein feststehender Impulsgeber tastet diese ab und liefert ein Gebersignal, das von einem nachgeschalteten Decoder aus­ gewertet wird. Das Gebersignal besteht aus einem Zahnim­ puls je vorbeilaufendem Zahn und einem Markenzahnimpuls mit signifikant größerer Amplitude je Markenzahn, die von dem Decoder unterscheidbar sind.

Eine Einrichtung zum Identifizieren bestimmter Winkella­ gen der Geberscheibe einer solchen Anordnung ist aus der US-Patentschrift 42 84 052 bekannt. Die jeweiligen Winkel­ lagen auf der Geberscheibe werden dabei durch je einen Markenzahn größerer Länge und eine ihm vorlaufende Gruppe von Zähnen mit unterschiedlicher Anzahl gekennzeichnet. Die Anzahl der Zahnimpulse bis zum jeweils nächsten Mar­ kenzahnimpuls dient dann zur Identifizierung der jeweili­ gen Winkellage.

Die Zahl der unterscheidbaren Winkellagen einer solchen Anordnung ist jedoch begrenzt. Die längste auftretende Gruppe muß mindestens soviele Zähne plus Markenzahn ent­ halten, wie Winkellagen unterschieden werden sollen. Da­ durch lassen sich nur wenige, besonders wichtige Winkel­ lagen erfassen; insbesondere ist es nicht möglich, jedem Zahn eine Winkellage zuzuordnen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine An­ ordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu fin­ den, bei der mit einer gegebenen Zahl von Zähnen eine grö­ ßere Menge von Winkellagen unterscheidbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch gekenn­ zeichnet.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Zahnimpul­ sen und Markenzahnimpulsen des Gebersignals je ein Binär­ zeichen "0" bzw. "1" zuzuweisen. Die jeweils n aufeinan­ derfolgenden Zähnen zugeordneten Binärzeichen bilden so eine Dualzahl. Beim Verdrehen der Geberscheibe um einen Zahnwinkel wird ein neues Binärzeichen erfaßt, das mit den n-1 vorausgegangenen Binärzeichen eine neue Dualzahl bildet, wobei das "älteste" Binärzeichen wegfällt. Minde­ stens jeder x-ten neuen Dualzahl wird gemäß einer Wahr­ heitstabelle eine bestimmte Winkellage der Geberscheibe, insbesondere die Winkellage des jeweils letzten Zahns, zugeordnet. Die größtmögliche Auflösung erhält man bei x=1. In diesem Fall ist die Auflösung durch den Zahnwin­ kel zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen und/oder Marken­ zähnen bestimmt und kann durch entsprechende Wahl der Zahl und Größe der Zähne und Markenzähne nahezu beliebig groß gemacht werden.

Die Funktion der Erfindung ist unabhängig von der Dreh­ richtung, wodurch die Erfindung auch für andere techni­ sche Aufgaben, wie z.B. für die Lageerkennung bei Werk­ zeugmaschinen etc., interessant wird.

Im Rahmen der Erfindung können die Abstände (Zahnwinkel) zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen und/oder Markenzäh­ nen beliebig, insbesondere auch unterschiedlich groß sein. Dadurch ist es möglich, beliebig ausgewählte Posi­ tionen auf der Geberscheibe zu kennzeichnen, wobei zur Identifizierung pro Position jeweils nur ein Zahn oder Markenzahn erforderlich ist.

Eine besonders hohe Auflösung bietet eine Geberscheibe mit Zähnen und Markenzähnen, die einen identischen Ab­ stand (Zahnwinkel) voneinander haben; ein derartiges Aus­ führungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Gewinnung von Winkelsignalen,

Fig. 2 einen Umsetzer für die Umwandlung des Gebersignals in Binärzeichen, und

Fig. 3 eine Abwicklung der, Zähnen und Markenzähnen ent­ sprechenden, Binärzeichen mit einem Ausschnitt, der eine Dualzahl in einem Zwischenspeicher kenn­ zeichnet.

In Fig. 1 ist eine Geberscheibe 1, ein Impulsgeber 2 und ein Decoder 3 dargestellt.

Die Geberscheibe 1 ist mit der Kurbelwelle eines Verbren­ nungsmotors verbunden und dreht mit dieser um eine Achse 10. Sie trägt am Umfang äquidistant verteilte Zähne 11 und Markenzähne 12 mit einem Zahnwinkel α von jeweils 6°. Die Markenzähne 12 und die Zähne 11 unterscheiden sich hinsichtlich der Wirbelstromverluste und der Permeabili­ tät, so daß sich die Zähne 11 von den Markenzähnen 12 unterscheiden lassen. Eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform einer solchen Geberscheibe 1 wurde be­ reits in der deutschen Patentanmeldung 36 22 214 vorge­ schlagen.

Die Geberscheibe 1 hat 60 Zähne 11, von denen ein Teil als Markenzähne 12 ausgebildet ist. Die Zähne 11, die als binäre 0 aufgefaßt werden, und die Markenzähne 12, die als binäre 1 aufgefaßt werden, sind so verteilt, daß ebensoviele Winkellagen unterschieden werden können wie Zähne 11 und Markenzähne 12 vorhanden sind. Hierzu bilden jeweils n - im Beispiel nach Fig. 3 ist n=10 - aufeinan­ derfolgende Zähne 11 und Markenzähne 12 eine Dualzahl mit einer Folge von binären Nullen und Einsen, die die Win­ kellage des ersten Zahns 11 oder Markenzahns 12 der Folge eindeutig definiert. Die Stellenzahl n der Dualzahl und die Verteilung von Zähnen 11 und Markenzähnen 12 kann durch Probieren oder von einem Prozeßrechner ermittelt werden. In Fig. 3 ist die Verteilung von Zähnen 11 und Markenzähnen 12 der Geberscheibe 1 des Ausführungsbei­ spiels mittels der entsprechenden Binärzeichen darge­ stellt.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, einigen Winkella­ gen dieselbe Dualzahl zuzuordnen und zur eindeutigen Zu­ ordnung der Winkellage weitere Kriterien auszuwerten.

Der Impulsgeber 2 ist gegenüber der Geberscheibe 1 fest angeordnet und tastet die Zähne 11 und die Markenzähne 12 ab. Der Aufbau und die Funktion des Impulsgebers 2 findet sich in der US-Patentschrift 41 21 112. Das Gebersignal U an seinem Ausgang ist eine serielle Folge von Spannungs­ impulsen. Dabei haben die Markenzahnimpulse 22 eine deut­ lich größere Amplitude als die Zahnimpulse 21 (siehe Fig. 2).

Der Decoder 3 weist eine Steuereinheit 30, einen Umsetzer 31, einen Zwischenspeicher 32 sowie einen Festwertspei­ cher 33 auf und dient zum Auswerten des Gebersignals U.

Der Umsetzer 31 erhält an seinem Eingang die Spannungsim­ pulse des Gebersignals U, bestehend aus Zahnimpulsen 21 und Markenzahnimpulsen 22. Gemäß Fig. 2 enthält er zwei Schwellwertstufen 311, 312, die als Eingangssignal die Spannungsimpulse erhalten. Die beiden Ausgänge der Schwellwertstufen 311, 312 sind mit zwei Eingängen eines UND-Glieds 313 verbunden. Die Schwellwertstufe 311 ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als die Am­ plitude der Zahnimpulse 21. Die Schwellwertstufe 312 ist auf einen Wert eingestellt, der größer als die Amplitude der Zahnimpulse 21 aber kleiner als die Amplitude der Markenzahnimpulse 22 ist. Dadurch entsteht am Ausgang der Schwellwertstufe 311 ein Signal bei jedem Spannungsim­ puls, gleich ob Zahnimpuls 21 oder Markenzahnimpuls 22. Die Schwellwertstufe 312 liefert dagegen an ihrem Ausgang lediglich ein Signal pro Markenzahnimpuls 22. Das nach­ folgende UND-Glied 313 macht daraus an seinem Ausgang ei­ ne binäre 0 pro Zahnimpuls 21 und eine binäre 1 pro Mar­ kenzahnimpuls 22.

Diese Binärzeichen werden seriell in den Zwischenspeicher 32 gemäß Fig. 1 eingelesen. Der Zwischenspeicher 32 ist ein zehnstelliges Schieberegister, dessen Funktion in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die Fig. 3 zeigt die Folge al­ ler Binärzeichen, die von dem UND-Glied 313 bei einer Um­ drehung der Geberscheibe 1 erzeugt werden, in einer hori­ zontalen Anordnung. Ein Ausschnitt 321 markiert dabei ei­ nen willkurlich ausgewählten Inhalt des Schieberegisters. Einer Drehung der Geberscheibe 1 um einen Zahn 11 oder Markenzahn 12 nach links oder rechts entspricht eine Ver­ schiebung des Ausschnitts 321 in Fig. 3 um ein Binärzei­ chen nach links bzw. rechts. Der Inhalt des Ausschnitts 321 und damit des Schieberegisters ist also eine zehn­ stellige Dualzahl, die die Winkellage eines einzelnen Zahnes 11 oder Markenzahnes 12 auf der Geberscheibe 1 kennzeichnet.

Der Festwertspeicher 33 enthält Winkelsignale W, die die zugeordneten Winkellagen der Geberscheibe 1 darstellen. Die Speicheradresse eines bestimmten Winkelsignales W entspricht dabei der jeweils zugehörigen Dualzahl des Schieberegisters. Die Steuereinrichtung 30 liest jede Dualzahl aus dem Schieberegister aus und veranlaßt den Festwertspeicher 33, das entsprechende Winkelsignal W auszugeben.

Die Funktionen der Steuereinheit 30, des Zwischenspei­ chers 32 und des Festwertspeichers 33 übernimmt ein Mik­ roprozessor mit RAM und ROM.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der sehr kleine Totwinkel beim Anlauf. Bei einem Zahnwinkel von 6° und einer zehnstelligen Dualzahl ist die erste Winkellage be­ reits nach 60° erkennbar.

Dieser Totwinkel kann durch die Wahl einer anderen Codie­ rung mit weniger Stellen im Schieberegister und/oder klei­ nerem Zahnwinkel sogar noch verkleinert werden.

Claims (3)

1. Anordnung zur Gewinnung von Winkelsignalen (W), die zu­ geordnete Winkellagen einer Geberscheibe (1) darstellen, wobei die Geberscheibe (1)

   • - um eine Achse (10) drehbar ist,
   • - Zähne (11) und Markenzähne (12) trägt, die auf einer Kreisbahn um die Achse (10) verteilt sind,
2. mit einem Impulsgeber (2),

   • - der gegenüber der Geberscheibe (1) fest angeordnet ist und die Zähne (11) und Markenzähne (12) abtastet,
   • - der ein Gebersignal (U) mit einem Zahnimpuls (21) je Zahn (11) und einem Markenzahnimpuls (22) je Markenzahn (12) liefert,
3. mit einem Decoder (3),
   dadurch gekennzeichnet, daß der Decoder (3),

   • - einen Umsetzer (31) enthält, der Zahnimpulse (21) und Markenzahnimpulse (22) in ein Binärzeichen (0 bzw. 1) umsetzt,
   • - einen Zwischenspeicher (32) aufweist, in dem jeweils die n letzten Binärzeichen des Gebersignals (U) abgespeichert sind und eine Speicheradresse bilden,
   • - einen Festwertspeicher (32) enthält, in dem die Winkelsignale (W) unter den zugehörigen Speicheradressen abgespeichert sind,
   • - zu jeder x-ten Speicheradresse das zugehörige Winkelsignal (W) ausliest.