DE3743958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung jener Art von Meßeinrichtung, die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definiert und durch die DE-OS 26 16 972 bekannt ist. Solche Meßeinrichtungen werden vor allem benötigt, um Fahrzeugteile wie Bremsen, Getriebe und/oder Motor abhängig vom Drehverhalten rotierender Objekte wie Räder oder Wellen automatisch zu regeln, z. B. zur Antischlupfregelung, Antiblockierregelung, Steuerung des Antriebsstranges, Sperrdifferential- und/oder Getriebeblockierregelung, Getriebe-Gangwechselsteuerung oder Fahrtgeschwindigkeitsregelung.

Bei den bekannten Meßeinrichtungen und bei der Erfindung erzeugt ein Sensor durch Abtasten der Inhomogenitäten eines Kranzes - also z. B. seiner Zähne und Lücken - periodische Zahnabtastsignale. Deren Nulldurchgänge, Maxima und Minima, aber auch andere Punkte dieses Signals, eignen sich zur Feststellung des Drehwinkels bzw. der Drehwinkeländerungen des betreffenden rotierenden Objektes sowie zur Feststellung davon ableitbarer Werte wie Drehgeschwindigkeit, Drehbeschleunigung usw. Das Taktverhältnis, also das Verhältnis der Dauer der positiven zur Dauer der negativen Halbperiode, kann bei der bekannten Meßeinrichtung ebenso wie bei der Erfindung vorteilhafterweise völlig beliebig sein. Diese Meßeinrichtungen ermitteln also die Dauern von Vollperioden, wobei diese Vollperioden, zumindest zeitweise, abwechselnd mit einer positiven oder mit einer negativen Halbperiode beginnen.

Im allgemeinen werden solche Dauern mittels Zählern festgestellt, die digital oder analog wie eine Uhr betrieben werden, also z. B. von einem Systemtaktimpuls getaktet werden.

Die Erfindung soll gestatten, mit besonders wenig Aufwand die Arbeitsbelastung der Auswerteeinheit bei hohen Drehgeschwindigkeiten des Objekts zu verringern, besonders wenn die Auswerteeinheit auch noch eine Umrecheneinheit enthält, welche die festgestellten Dauern auch noch in abgeleitete Werte, z. B. in die Fahrzeugbeschleunigung, umrechnen soll.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Meßeinrichtung gelöst.

Die in den Unteransprüchen definierten Meßeinrichtungen gestatten, zusätzliche Vorteile zu erreichen. Es gestattet nämlich die Meßeinrichtung gemäß Patentanspruch
2, Ausgangssignale für Werte, die erst durch Umrechnen der aus den Zahnabtastsignalen abzuleiten sind, abzugeben,
3, Ausgangssignale für Werte, die durch logische Verknüpfung der positiven Dauern mit den negativen Dauern zu erhalten sind abzugeben,

• - dann z. B. bei Bedarf sogar die Folgen einer beschädigten Inhomogenität, z. B. einen teilweise abgebrochenen Zahn des Kranzes, mehr oder weniger zu eliminieren, und/oder
• - bei Bedarf die Meßunsicherheit bei der Feststellung der Vollperiodendauern sogar dann besonders klein zu machen, wenn sich das Taktverhältnis der vom Sensor abgegebenen Zahnabtastsignale unregelmäßig etwas schwankt (Jitter), z. B. wegen der Herstellungsungenauigkeit der effektiv vom Sensor abgetasteten Breiten der einzelnen Zähne und Lücken längs des Kranzumfanges,

und zwar jeweils abzugeben, indem die Umrecheneinheit mittels mehr oder weniger statistischer Rechenmethoden z. B.

• - den durch solche Ausreißer oder Schwankungen bedingten Meßfehler durch einen Vergleich der zuletzt gemessenen positiven und negativen Dauern mittels Tendenzberechnungen eindämmt,
• - zumindest zur Wichtung von Schwankungen der festgestellten positiven und negativen Dauern gewichtete Mittelwerte aus den zuletzt festgestellten positiven und negativen Dauern bildet und
• - evtl. dazu jeweils ihre Ausgangssignale um eine oder evtl. sogar mehrere Halbperioden verzögert,

4, einen besonders übersichtlichen Aufbau der Meßeinrichtung zu erreichen, was dem Kundendienst die Fehlersuche, das Reparieren und Austauschen defekter Teile der Auswerteeinheit erleichtert,
5, einen Prozessor, z. B. einen Mikroprozessor, zu verwenden, der die beiden Zähler bzw. gleichartig wirkende Schaltungseinheiten mit enthält,
6, eine besonders einfache, für viele Anwendungsfälle ausreichend präzis und rasch arbeitende Betriebsweise der Auswerteeinheit zu ermöglichen, wobei Drehzahlverzögerungen oder -beschleunigungen des Objektes, die während der vorletzten und vorvorletzten Vollperioden auftraten, nicht mehr in einer in der Auswerteeinheit angebrachten, entsprechend arbeitenden Umrecheneinheit eliminiert werden müssen,
7, die Präzision der Messung der Vollperiodendauern weiter zu verbessern, vor allem weil die Dauern, die jeweils unmittelbar zu messen sind, noch deutlicher bzw. noch schärfer begrenzt werden,
8, den Einfluß von, den Zahnabtastsignalen überlagerten, hochfrequenten Störungen einzudämmen, die z. B. durch Eisenspäne an Zahnflanken eines mit magnetischen Sensoren ausgestatteten Kranzes hervorgerufen werden, oder durch ähnlich hochfrequent wirkende Unregelmäßigkeiten der Inhomogenitäten oder durch induktive, kapazitive oder elektromagnetische Kopplungen in der Leitung zwischen dem Sensor und der Auswerteeinheit durch sonstige Hochfrequenzquellen, z. B. durch die Motorzündung,
9 und 10, auch bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten die Meßpräzision zu erhöhen, indem die Anzahl der pro Zeiteinheit abgetasteten Inhomogenitäten bzw. Inhomogenitätsflanken vervielfacht wird,
11, selbst bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten die Meßpräzision zu erhöhen, indem die Anzahl der pro Zeiteinheit abgetasteten Inhomogenitäten bzw. Inhomogenitätsflanken vervielfacht wird,
12, eine besonders elegante platzsparende Lösung zu bieten, sowie
13, die Meßeinrichtung vorteilhaft zur Steuerung einer oder gleichzeitig mehrerer bestimmter Regeleinrichtungen und/oder Steuereinrichtungen des Fahrzeuges zu verwenden, z. B. zur Steuerung eines Antiblockiersystems, einer Antischlupfregelung, einer Steuerung des Antriebsstranges, einer Differential- und/oder einer Getriebeblockiereinrichtung, einer automatischen Getriebe-Gangwechselschaltung und/oder einer Fahrgeschwindigkeit-Konstanthalteeinrichtung.

Die Erfindung und deren Weiterbildungen werden anhand des in der Figur skizzenhaft gezeigten Beispiels weiter erläutert.

Das in der Figur gezeigte Meßeinrichtungsbeispiel dient zur Messung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades R. Konzentrisch zur Radachse ist auf dem Rad R ein rotierender Zahnkranz Z mit einer kreisförmigen regelmäßigen Anordnung von über den Kranzumfang verteilten Zähnen und Zahnrücken Z so befestigt, daß der Zahnkranz Z zusammen mit dem Rad R synchron rotiert.

Im gezeigten Beispiel tastet ein einziger Sensor S, hier z. B. magnetisch, die Zähne und Zahnlücken Z ab, wobei hier diese Zähne Z magnetisierbares Material aufweisen. Es können jedoch auch andere Arten von Sensoren verwendet werden, die z. B. optisch abtasten. Beim Rotieren des Rades R tastet dann der Sensor S die durch die umlaufenden Zähne Z gebildeten Kranzinhomogenitäten ab.

Die Auswerteeinheit Vv, D, V, Ap, An, µC ermittelt anhand der Zahnabtastsignale des Sensors S das momentane Drehverhalten des Rades R. Dazu setzt diese Auswerteeinheit die vom Sensor S abgegebenen Zahnabtastsignale in Werte En, Ep, E um, die das momentane Drehverhalten des Rades R beschreiben; - falls mehrere Sensoren S denselben Kranz Z abtasten, können die Zahnabtastsignale aller Sensoren S der Auswerteeinheit zugeleitet werden, wobei auch dann die Auswerteeinheit Werte, vgl. En, Ep, E, bildet, welche das momentane Drehverhalten des Rades R beschreiben.

Bei dem gezeigten Beispiel werden die vom Sensor S abgegebenen Zahnabtastsignale in mehreren Stufen nacheinander bearbeitet:

Dem Signaleingang der Auswerteeinheit ist ein Tiefpaß T vogeschaltet, welcher hier symbolisch durch ein entsprechendes Vierpolglied angedeutet ist. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses T ist so hoch gewählt, daß auch noch bei den höchsten Drehzahlen des Rades R die den abgetasteten Zähnen Z entsprechenden Zahnabtastfrequenzen durch den Tiefpaß T hindurch zur Auswerteeinheit mit so hohen Amplituden weiterleitbar sind, daß die Auswerteeinheit ausreichend hohe Amplituden dieser Zahnabtastfrequenzen zur Ermittlung der Werte E, Ep, En erhält. Der Tiefpaß T dient also dazu, um Hochfrequenzstörungen einzudämmen, welche den periodischen, mehr oder weniger sinusförmigen Zahnabtastsignalen überlagert sind. Der Tiefpaß T dient also z. B. dazu, ein starkes Jittern hervorrufende Störeinflüsse von abstehenden Eisenspänen an den Flanken der Zähne Z oder ähnlich wirkende Unregelmäßigkeiten dieser Zahnflanken mehr oder weniger einzudämmen. Dieser Tiefpaß T gestattet zusätzlich, Störungen von sonstigen Hochfrequenzquellen, z. B. von der Motorzündung, einzudämmen und zwar besonders dann, falls der Tiefpaß T möglichst nahe oder möglichst innerhalb der Abschirmung Cp der Auswerteeinheit angebracht ist; - eine zusätzliche geerdete metallische Umhüllung der Leitung zwischen dem Sensor S und dem Tiefpaß T gestattet zusätzlich, solche Hochfrequenzstörungen einzudämmen, welche von außen, z. B. von der Motorzündung, in die Meßeinrichtung elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch eingekoppelt werden.

Der gezeigte Vorverstärker Vv dient als Rechteck-Umformer, welcher die aus dem Tiefpaß T zugeleiteten, mehr oder weniger sinusförmigen Zahnabtastsignale, abhängig von einem weitgehend beliebig festlegbaren Nullpegel der vom Tiefpaß T abgegebenen gefilterten Zahnabtastsignale, in Rechtecksignale mit besonders steilen Flanken umwandelt.

Nach dem Vorverstärker Vv ist ein Differenzierglied D eingefügt, welches symbolisch durch ein RC-Glied dargestellt ist. Dieses Differenzierglied D erzeugt positive und negative Nadelimpulse entsprechend den Vorderflanken und Rückflanken der vom Vorverstärker Vv abgegebenen Rechtecksignale.

Der Vorverstärker Vv ist zwischen den Sensor S und das Differenzierglied D nur deswegen eingefügt, damit die Nadelimpulse besonders schmal sind und besonders präzis dem vom Vollverstärker Vv festgelegten Nullpegel, - z. B. den wirklichen Null-Durchgängen bzw. den Wendepunkten der vom Tiefpaß T abgegebenen gefilterten Zahnabtastsignale - entsprechen. Der Tiefpaß T ist zwischen dem Sensor S und dem Vorverstärker Vv vor allem deswegen eingefügt, damit die Nadelimpulse des Differenziergliedes D, welche zur präzisen Festlegung von Anfang und Ende der zu messenden positiven und negativen Dauern benutzt werden, frei von überlagerten Hochfrequenzstörungen präzise dem vom Vorverstärker Vv bestimmten Nullpegel - z. B. den wirklichen Null- Durchgängen - der vom Sensor S abgegebenen Zahnabtastsignale entsprechen. Daher entsprechen die Dauern zwischen den positiven und negativen Nadelimpulsen, die das gezeigte Differenzierglied D abgibt, im voliegenden Beispiel sehr präzise den zu messenden Vollperiodendauern der Zahnabtastsignale; und zwar entspricht z. B. die Dauer zwischen den positiven Nadelimpulsen den positiven Dauern und zwischen den negativen Nadelimpulsen den negativen Dauern.

Die beiden Differenzverstärker V, die jeweils einen freien Eingang für zuführbare Referenzspannungen aufweisen, schneiden aus den vom Differenzierglied D zugeleiteten Nadelimpulsen jeweils nur die positiven Nadelimpulse ip bzw. nur die negativen Nadelimpulse in ab. Die von den Differenzverstärkern V abgegebenen Signale stellen also Nadelimpulse dar, welche jeweils den Vorderflanken bzw. den Rückflanken der vom Vorverstärker Vv gelieferten Rechteckimpulse und damit den aufsteigenden bzw. abfallenden Flanken des vom Sensor S gelieferten periodischen Zahnabtastsignals entsprechen.

Der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden positiven Nadelimpulsen ip entspricht also einer Vollperiode des zuletzt abgetasteten Zahnabtastsignals. Der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden negativen Nadelimpulsen in entspricht ebenfalls der Vollperiodendauer des zuletzt abgetasteten Zahnabtastsignals, aber um eine Halbperiode versetzt gegen die Nadelimpulse ip, und zwar abhängig von dem vom Vorverstärker Vv festgelegten Nullpegel.

In der gezeigten, weitgehend digital arbeitenden Auswerteeinheit werden unmittelbar und getrennt voneinander jeweils die Dauern zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nadelimpulsen ip, in mittels zweier, von Systemtaktimpulsen C getakteter Zähler bzw. Akkumulatoren Ap, An gemessen. Die Auswerteeinheit stellt also getrennt voneinander sowohl die jeweilige positive Dauer zwischen - in diesem Fall zwei - aufeinanderfolgenden positiven Nadelimpulsen ip, als auch überlappend die negative Dauer zwischen - in diesem Fall zwei - aufeinanderfolgenden negativen Nadelimpulsen in fortlaufend mittels der beiden Akkumulatoren Ap, An fest, wobei die - zwischen den betreffenden Nadelimpulsen ip, in von den Akkumulatoren Ap, An gezählte - Anzahl von Systemtaktimpulsen C unmittelbar der jeweiligen gesuchten positiven Dauer bzw. negativen Dauer entspricht.

Im gezeigten Beispiel wird also unmittelbar die Dauer der Vollperioden im Halbperiodentakt ermittelt.

Man erreicht eine hohe Aktualität und hohe Präzision der festgestellten Dauern vor allem dadurch, daß mittels der getrennt voneinander gemessenen Dauer zwischen den positiven und negativen Nadelimpulsen ip, in jeweils unmittelbar die Dauern der ganzen zuletzt vorliegenden Vollperioden der Zahnabtastsignale gemessen werden, wobei die vom Akkumulator Ap unmittelbar gemessene positive Dauer und die vom Akkumulator An unmittelbar gemessene negative Dauer jeweils korrelieren mit den mehr oder weniger um eine Halbperiode verschobenen Vollperioden des vom Sensor S abgetasteten Zahnabtastsignales.

Die Auswerteeinheit wird bei hohen Drehgeschwindigkeiten jeweils anders als bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R betrieben (auch wenn nur ein einziger Kranz Z am Objekt R angebracht ist, vgl. die Figur). Die Auswerteeinheit gibt unterhalb einer vorgebbaren Schwelle der Drehzahl des Objektes R ihr Ausgangssignal wie oben beschrieben in Form von negativen und (!) von positiven Dauern ab. Oberhalb der Schwelle gibt aber die Auswerteeinheit nur noch Werte für eine positive Dauer oder nur noch Werte für eine negative Dauer ab, z. B. indem der Akkumulator Ap oder der Akkumulator An abgeschaltet wird. Diese Betriebsweise hat den Vorteil, die Arbeitsbelastung der Auswerteeinheit bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R zu verringern, was besonders wichtig ist, wenn die Auswerteeinheit noch die unten beschriebene, oft mehr oder weniger schnell überlastete Umrecheneinheit µC enthält. Diese Vernachlässigung entweder der negativen Dauern oder positiven Dauern bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R ist jedenfalls in vielen Fällen völlig ausreichend, z. B. um Getriebeblockiereinheiten zuverlässig zu steuern.

Die Messung der positiven Dauern und negativen Dauern mittels zweier eigener Akkumulatoren bzw. Zählern Ap, An stellt übrigens einen besonders übersichtlichen Aufbau dar, welcher dem Kundendienst die Fehlersuche, das Reparieren und Austauschen defekter Teile, besonders der Akkumulatoren bzw. Zähler Ap, An, erleichtert.

Die Auswerteeinheit, besonders auch die in der Figur gezeigte Auswerteeinheit, kann unmittelbar die positiven und negativen Dauern, vgl. Ep, En nach außen abgeben, z. B. an eine Regeleinheit eines Antiblockiersystems. Dann ist der Aufbau der Meßeinrichtung besonders einfach und die Arbeitsgeschwindigkeit der Meßeinrichtung besonders groß.

Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel werden die Ausgangssignale, vgl. Ep, En, der Akkumulatoren Ap, An einem miniaturisierten Rechner µC bzw. Umrecheneinheit µC zugeleitet, welche die den Signalen Ep, En entsprechenden Werte der positiven Dauer und negativen Dauer miteinander vergleicht, z. B. um daraus einen gewichteten Wert E im Halbperiodentakt abzuleiten. Dieser Vergleich ergibt z. B., daß sich derzeit die Drehbewegung des Rades R um einen bestimmten Wert beschleunigt, konstant bleibt oder um einen bestimmten Wert verzögert. Die dem Ausgangssignal E zugeordneten quantitativen Werte entsprechen also auch in diesem Fall dem momentanen Drehverhalten des Rades R, wobei diese Werte z. B. den Drehbeschleunigungen und Drehverzögerungen des Rades R, oder z. B. Kehrwerten davon, oder auch z. B. integrierten Werten entsprechen, also z. B. der aus der Radumdrehung errechenbaren (scheinbaren) Weglänge, die das Rad seit einer bestimmten Zeit (scheinbar) zurücklegte. Die Umrecheneinheit µC kann auch gleichzeitig mehrere Ausgänge E aufweisen und über jeden dieser Ausgänge E andersartige Ausgangssignale nach außen abgeben, die ihrerseits nämlich jeweils den verschiedenen, von den Zahnabtastsignalen abgeleiteten Werten, wie Raddrehgeschwindigkeit, Raddrehbeschleunigung oder -verzögerung, oder scheinbaren Wegstrecken entsprechen.

Diese Umrecheneinheit kann auch die von ihr abgegebenen Werte durch einen Vergleich der zuletzt festgestellten positiven Dauer oder der zuletzt festgestellten positiven Dauern mit der zuvor festgestellten negativen Dauer bzw. mit den zuvor festgestellten negativen Dauern ermitteln. Dazu werden bei Bedarf in der Umrecheneinheit µC zusätzlich ein RAM oder entsprechende Register angebracht, welche die schon vorher festgestellten Dauern zwischenspeichern, bis der Vergleich durchgeführt wird. Dann kann übrigens die Umrecheneinheit µC bei Bedarf sogar die Folgen einer Beschädigung einer Inhomogenität des Kranzes Z, und die Folgen der Herstellungsungenauigkeiten bei der Herstellung des Kranzes Z und seiner Inhomogenitäten, mehr oder weniger eliminieren - z. B. auch falls ein Zahn des Kranzes beschädigt oder teilweise abgebrochen ist. Dann kann nämlich die Umrecheneinheit solche Ausreißer bei den festgestellten Dauern mehr oder weniger eliminieren, indem sie z. B. durch einen Vergleich von mehreren, zuletzt gemessenen positiven und negativen Dauern Tendenzberechnungen durchführt oder indem sie zumindest zur Wichtung von Schwankungen der festgestellten positiven und negativen Dauern gewichtete Mittelwerte bildet, - also mit Methoden der Statistik den Fehler mehr oder weniger eliminiert. Die Umrecheneinheit µC kann dazu ihre Ausgangssignale evt. um eine, evtl. sogar um mehrere Halbperioden verzögern.

Die Figur zeigt in vielfacher Hinsicht nur ein Beispiel der Erfindung. Statt des Rades R kann es sich um ein beliebiges rotierfähiges Objekt R im Fahrzeug handeln. Statt des echte Zähne Z aufweisenden Kranzes Z kann auch ein beliebiger anderer, mit dem Objekt R umlaufender Typ von Kranz Z mit im Prinzip beliebigen Arten von, über den Kranzumfang verteilten, Inhomogenitäten Z verwendet werden, welche ihrerseits mit einem Sensor S - z. B. magnetisch, elektrisch oder optisch - abgetastet werden.

Auch der Aufbau der Auswerteeinheit Vv, D, V, Ap, An, µC kann mehr oder weniger stark von dem gezeigten Beispiel abweichen. Wesentlich ist jedoch, daß die verwendete Auswerteeinheit getrennt voneinander sowohl die jeweilige positive Dauer zwischen Vorderflanken der Inhomogenitäten als auch jeweils um eine Halbperiode verschoben die negative Dauer zwischen Rückflanken der Inhomogenitäten des Kranzes Z feststellt.

Die Meßeinrichtung ist nicht auf die unmittelbare Messung der jeweiligen positiven und negativen Dauer, die einer einzigen Vollperiode des Zahnabtastsignals entspricht, beschränkt. Es könen nämlich unmittelbar und getrennt voneinander jeweils um einen Halbperiodentakt zeitlich verschoben, positive Dauern und negative Dauern ermittelt werden, welche jeweils für sich einem Vielfachen davon entsprechen, also z. B. jeweils zwei oder drei Vollperioden des Zahnabtastsignales. Dies kann z. B. bereits durch eine relativ geringfügige Modifikation des in der Figur gezeigten Beispiels erreicht werden, nämlich indem, z. B. mittels eines nicht gezeigten Zählers, z. B. durch entsprechende Steuerung der Differenzverstärker V, jeder zweite - oder jeder zweite und dritte - positive Nadelimpuls ip und negative Nadelimpuls in unterdrückt wird. In diesem Falle steuern nur noch die nicht unterdrückten positiven und negativen Nadelimpulse ip, in die Zähldauern der Akkumulatoren Ap, An, so daß dann diese Akkumulatoren Ap, An jeweils die Dauern von mehreren Vollperioden des Zahnabtastsignals messen.

Es ist überdies möglich, mehr als nur zwei Zähler bzw. Akkumulatoren Ap, An anzubringen, falls lückenlos im Halbperiodentakt des Zahnabtastsignals die negativen Dauern und positiven Dauern ermittelt werden sollen. Falls also z. B. die positiven Dauern und negativen Dauern jeweils zwei Vollperioden des Zahnabtastsignals entsprechen sollen, dann kann man zwei weitere, also insgesamt vier Zähler bzw. Akkumulatoren benutzen, die getrennt voneinander die betreffenden negativen Dauern und positiven Dauern im Halbperiodentakt feststellen. Hierbei kann man jene Nadelimpulse, welche bei der vorher beschriebenen Modifikation unterdrückt wurden, den beiden weiteren Akkumulatoren zuleiten, welche dann die Zeitabstände zwischen jenen, sonst nur unterdrückten Nadelimpulsen für sich feststellen. Die vier Akkumulatoren liefern dann an ihren vier Ausgängen zyklisch nacheinander im Halbperiodentakt die gesuchten Werte der negativen und positiven Dauern.

Wenn die positiven und negativen Dauern jeweils mehreren Vollperioden des Zahnabtastsignales entsprechen, ist im Prinzip jene Meßunsicherheit, welche durch die Zählung der Taktimpulse C bedingt ist, relativ zum Absolutwert der festgestellten Dauern noch einmal halbiert. Im Prinzip ist daher die Präzision der Ermittlung der negativen und positiven Dauern weiter erhöhbar, indem man ihnen jeweils die Dauer von mehreren Vollperioden des Zahnabtastsignales zuordnet; zur Erhöhung der Präzision der das momentane (!) Drehverhalten beschreibenden ermittelten Werte Ep, En bzw. E kann die Umrecheneinheit µC zusätzlich, z. B. durch Vergleich der zuletzt festgestellten positiven und negativen Dauern mit in Registern gespeicherten, bei vorhergehenden Halbperiodentakten ermittelten Werten dieser Dauern, rechnerisch den Einfluß eliminieren, den Drehbeschleunigungen und Drehverzögerungen haben, die jeweils schon in der vorletzten Vollperiode oder noch früher festgestellt wurden.

In vielen Fällen ist die Meßpräzision ausreichend, wenn, wie bei dem in der Figur gezeigten Beispiel, die positiven Dauern und die negativen Dauern jeweils unmittelbar nur der Dauern einer einzigen Vollperiode des Zahnabtastsignals entsprechen. Der Aufwand zur Messung der negativen Dauern und positiven Dauern ist dann auch besonders gering, die Auswerteeinheit arbeitet besonders rasch und ermittelt auch sehr schnell überraschend eintretende Änderungen des Drehverhaltens des Rades R. Überdies gestattet diese in der Figur gezeigte relativ einfache Meßeinrichtung, Einflüsse zu ignorieren, welche auftreten können, falls die positiven und negativen Dauern mehreren Vollperioden des Zahnabtastsignals zugeordnet werden: Meßwertkomponenten, welche nicht so sehr das momentane Drehverhalten betreffen, sondern durch Drehzahlverzögerungen oder Drehzahlbeschleunigungen des Rades R während der vorletzten und vorvorletzten Vollperioden bedingt sind, brauchen nämlich bei dem in der Figur gezeigten Beispiel nicht mehr in der Auswerteeinheit eliminiert zu werden, z. B. mit Hilfe eines entsprechend arbeitenden Mikroprozessors µC, welcher einen oder mehrere der zuvor ermittelten Werte Ep, En, E speicherte, um bei Bedarf dieses Eliminieren durchführen zu können. Das gezeigte, relativ einfach aufgebaute Beispiel braucht daher nicht unbedingt auch noch einen solchen Speicher zur Speicherung von früher ermittelten Werte Ep, En, E.

Die Meßeinrichtung kann auch mehrere Sensoren S pro Kranz Z enthalten, und zwar bevorzugt so versetzt gegeneinander, daß die verschiedenen Sensoren S phasenverschobene Zahnabtastsignale abtasten, z. B. um 90° oder 60° verschoben. Dadurch ist es möglich, besonders bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R eine besonders hohe Meßpräzision zu erreichen, indem die Anzahl der dann pro Zeiteinheit abgetasteten Inhomogenitätsflanken vervielfacht wird, obwohl die Anzahl der Inhomogenitäten längs des Kranzumfanges nicht erhöht wurde. In diesem Falle ist es günstig, jedem dieser Sensoren S jeweils zwei eigene Zähler bzw. Akkumulatoren Ap, An - bzw. eine äquivalente Anordnung - zuzuordnen, so daß z. B. ein drei Sensoren S aufweisender Kranz Z mit Hilfe von sechs Zählern bzw. Akkumulatoren ausgewertet wird. Die dann drei verschiedenen, z. B. um 120° verschobenen Zahnabtastsignale liefern jeweils für sich erfindungsgemäß im Halbperiodentakt, also global gesehen um 60° verschoben, Werte für positive und negative Dauern, so daß eine solche gesamte Meßeinrichtung mit drei gegeneinander phasenverschoben wirksamen Sensoren S, die erfindungsgemäß aufgebaut und betrieben ist, drei verschiedene Wertepaare von sich überlappenden, aber um 60° verschobenen positiven und negativen Dauern liefern. Eine solche Meßeinrichtung liefert also pro Sensor S nur im Halbperiodentakt Werte für die positiven und negativen Dauern, bezogen auf jeden einzelnen Sensor S für sich. Sie liefert aber effektiv sogar im Sechstelperiodentakt Werte für die positiven und negativen Dauern, bezogen global auf alle drei Sensoren S gemeinsam.

Statt wie im gezeigten Beispiel wirklich zwei Zähler bzw. Akkumulatoren Ap, An (pro Sensor S) anzubringen, kann man äquivalente Anordnungen in der Auswerteeinheit anbringen bzw. benutzen: Z. B. kann man als Ersatz für beide Zähler oder Akkumulatoren nur einen einzigen, oder auch zwei, von Systemtaktimpulsen C getaktete Addierer und zwei Register bzw. zwei entsprechende Speicherplätze in einem RAM benutzen, wobei das erste Register bzw. der erste Speicherplatz zur Zwischenspeicherung von Zwischenwerten dient, die der positiven Dauer zuzurechnen sind, und wobei das zweite Register bzw. Speicherplatz zur Zwischenspeicherung von Werten dient, die der negativen Dauer zuzurechnen sind. Als Ersatz für z. B. sechs Zähler/Akkumulatoren kann man daher also auch einen einzigen Addierer und sechs Register/Speicherplätze anbringen bzw. benutzen. Diese Ersatzvarianten sind besonders günstig, falls eine Umrecheneinheit µC angebracht ist, weil letztere normalerweise ohnehin einen Addierer und mehrere Register bzw. Speicherplätze enthält, welche als Zähler/Akkumulatoren Ap, An mit ausgenutzt werden können.

Die Meßeinrichtung kann auch pro Objekt R mehrere mit dem Objekt R rotierende Kränze Z aufweisen, wobei jeder Kranz Z jeweils eine kreisförmige Anordnung von Inhomogenitäten mit Zähnen und Lücken aufweist. Bevorzugterweise hat jeder Kranz Z jeweils längs seines Umfanges eine abweichende Anzahl von Inhomogenitäten, wobei jedem solchen Kranz Z zumindest ein einziger eigener Sensor S mit eigenen Zählern/Akkumulatoren - oder mit dazu äquivalenten Anordnungen - zugeordnet ist.

Auch bei dieser Variante ist die Meßpräzision besonders bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R besonders hoch, indem die Anzahl der pro Zeiteinheit abgetasteten Inhomogenitäten bzw. Inhomogenitätsflanken vervielfacht ist gegenüber dem in der Figur gezeigten Beispiel. Insbesondere ist die Anzahl der Inhomogenitäten längs der verschiedenen Kränze Z des Objektes R so wählbar, daß bei hohen Drehgeschwindigkeiten wie bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten die einmal vom einen Kranz und dann vom anderen Kranz ausgewerteten Zahnabtastsignale jeweils grob angenähert die gleiche Zahnabtastfrequenz aufweisen. Auch hier können jedem Sensor S jeweils zwei eigene Zähler/Akkumulatoren Ap, An oder eine dazu äquivalente Anordnung zugeordnet werden, welche für sich das vom betreffenden Sensor S abgetastete Wertepaar von positiven und negativen Dauern festzustellen gestatten.

Die genannten Varianten mit mehreren Kränzen Z pro Objekt R gestatten darüber hinaus, bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R im Prinzip alleine die Zahnabtastsignale auszuwerten, welches vom Kranz Z mit der kleinsten Anzahl von Inhomogenitäten abgetastet wird, z. B. um die Umrecheneinheit µC nicht zu überlasten oder z. B. weil jene Akkumulatoren Ap, An, welche dem Sensor S des Kranzes Z mit der kleinsten Anzahl von Inhomogenitäten zugeordnet ist, wegen dessen dann verringerter Meßpräzision vernachlässigt werden kann. Bei sehr niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R kann hingegen bei dieser Variante bei Bedarf nicht nur das Zahnabtastsignal des Sensors S des Kranzes Z mit der größen Anzahl von Inhomogenitäten, sondern zusätzlich das Zahnabtastsignal des Sensors S des Kranzes Z mit der kleinsten Anzahl von Inhomogenitäten ausgenutzt werden, um eine besonders hohe Meßpräzision zu erreichen. Die Meßpräzision ist in diesem letztgenannten Fall besonders dann sehr groß, wenn die Sensoren S der verschiedenen Kränze Z so gegeneinander versetzt justiert sind, daß die von den Sensoren S abgetasteten Zahnflecken/Lückenflanken ihrerseits möglichst stets phasenverschobene Zahnabtastsignale abgeben.

Diese Meßeinrichtung mit mehreren Kränzen Z pro Objekt R kann übrigens so aufgebaut und betrieben sein, daß für das Drehverhalten charakteristische Dauern, z. B. die positiven und negativen Dauern, bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R das Ausgangssignal Ep, En, E, zumindest weitgehend, nur mittels der am Kranz Z mit der größen Anzahl von Inhomogenitäten abgetasteten Zahnabtastsignale festgestellt werden, und daß aber solche charakteristische Dauern bei hohen Drehzahlen des Objektes R, zumindest weitgehend, nur mittels der am Kranz mit der kleinsten Anzahl von Inhomogenitäten abgetasteten Zahnabtastsignale ermittelt wird.

Wenn jedoch bei dieser Meßeinrichtung mit mehreren Kränzen pro Objekt R zusätzlich die positiven und negativen Dauern unmittelbar und getrennt voneinander ermittelt werden, ist nicht nur die Präzision der Meßeinrichtung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten des Objektes R besonders groß. Weil dann in zeitlich sehr dichter Folge, nämlich mindestens im Halbperiodentakt, bezogen auf jeden einzelnen Sensor S, also zeitlich sehr dicht aufeinander jeweils besonders zuverlässige Werte für das momentane (!) Drehverhalten ermittelt werden, ist darüber hinaus die Aktualität der von der Auswerteeinheit ermittelten Werte verbessert.

Eine besonders elegante platzsparende Weiterbildung der Erfindung ist dadurch erreichbar, wenn die Auswerteeinheit - zumindest weitgehend, also z. B. ohne den Vorverstärker Vv - zumindest in äquivalenter Weise Bestandteil eines integrierten Halbleiterprozessorchip ist - evtl. zusammen mit Einheiten, die der Auswerteeinheit vor - und/oder nachgeschaltet sind.

Wie bereits erwähnt, sind die Erfindung und deren verschiedene Varianten sehr vielseitig anwendbar, nämlich z. B. zur Steuerung eines Antiblockiersystems, einer Antischlupfregelung, eine Getriebeblockiereinrichtung, einer automatischen Getriebe-Gangwechselschaltung und/oder einer Fahrgeschwindigkeit-Konstanthalteeinrichtung. Die Erfindung eignet sich also sogar zur gleichzeitigen Steuerung mehrerer solcher verschiedener Regeleinrichtungen im Fahrzeug, wobei besonders die hohe Aktualität der ermittelten Meßwerte und deren hohe Präzision vorteilhaft ist.

Claims (14)

1. Meßeinrichtung zur Messung des Drehverhaltens eines im Betrieb mit unterschiedlichen Drehzahlen rotierenden Objekts (R) in einem Fahrzeug - z. B. einer Welle (R) oder eines Rades (R) -, mit

• - einem mit dem Objekt (R) rotierenden Kranz (Z) mit einer kreisförmigen Anordnung von Inhomogenitäten (Z), die jeweils Zähnen und Lücken entsprechen,
• - mindestens einem Sensor (S), der die jeweiligen Inhomogenitäten abtastet und ein entsprechendes, Perioden aufweisendes Zahnabtastsignal abgibt, und
• - einer Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) zur Ermittlung des momentanen Drehverhaltens des Objekts (R) aus den vom Sensor (S) bzw. von den Sensoren (S) abgegebenen Zahnabtastsignalen, durch unmittelbare und voneinander getrennte Messung jeweils sowohl einer positiven Dauer (ip), die der Dauer von einer oder mehreren Vollperioden des Zahnabtastsignals bei Abtastung von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Zahnvorderflanken entspricht, als auch einer negativen Dauer (in), die der Dauer von einer oder mehreren Vollperioden des Zahnabtastsignales, bei Abtastung von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Zahnrückflanken entspricht, und durch Ausgabe eines Ausgangssignals (Ep, En, E) nach jeder Halbperiode des Zahnabtastsignals,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC)

• - unterhalb einer vorgegebenen Schwelle der Drehzahl des Objektes (R) Ausgangssignale (Ep, En) abgibt, die abwechselnd nacheinander den gemessenen positiven und negativen Dauern (ip, in) entsprechen, und
• - oberhalb der vorgegebenen Schwelle der Drehzahl Ausgangssignale (Ep, En) entsprechend nur den positiven Dauern (ip) oder entsprechend nur den negativen Dauern (in) abgibt.

2. Meßeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) eine Umrecheneinheit (µC) enthält, zur Umrechnung der gemessenen positiven und/oder negativen Dauern (ip, in) in davon abgeleitete Werte und zur Abgabe dieser Werte als Ausgangssignale (E).

3. Meßeinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrecheneinheit (µC) die von ihr (µC) abgeleiteten Werte durch einen Vergleich der zuletzt gemessenen positiven Dauer (ip) oder der zuletzt gemessenen positiven Dauern (ip) mit der zuvor gemessenen negativen Dauer (in) bzw. mit den zuvor gemessenen negativen Dauern (in) ermittelt.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) digital arbeitet und zwei von Systemtaktimpulsen (C) getaktete Zähler (Ap, An) bzw. Akkumulatoren (Ap, An) zur Messung der jeweiligen positiven und negativen Dauern (ip, in) enthält.

5. Meßeinrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die digital arbeitende Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) als Zähler (Ap, An) einen oder zwei von Systemtaktimpulsen (C) getaktete Addierer und zwei Register, davon ein erstes zur Zwischenspeicherung von der positiven Dauer (ip) zuzurechnenden Zwischenwerten und ein zweites zur Zwischenspeicherung von der negativen Dauer (in) zuzurechnenden Zwischenwerten, zur Messung der jeweiligen positiven und negativen Dauern (ip, in) enthält.

6. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Dauern (ip) und die negativen Dauern (in) jeweils einer einzigen Vollperiode des Zahnabtastsignals entsprechen.

7. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Signaleingang bzw. an mehreren Signaleingängen der Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) jeweils mindestens ein Differenzierglied (D) eingefügt ist.

8. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signaleingang der Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) ein Tiefpaß (T) vorgeschaltet ist, dessen Grenzfrequenz so hoch ist, daß auch noch bei höchsten Drehzahlen des Objekts (R) die Zahnabtastsignalperioden mit von der Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) auswertbaren Amplituden durch den Tiefpaß (T) weiterleitbar sind.

9. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (S) so versetzt gegeneinander die Inhomogenitäten des Kranzes (Z) abtasten, daß die Zahnabtastsignale gegeneinander um 90° phasenverschoben sind.

10. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - sie mehrere mit dem Objekt (R) rotierende Kränze (Z) mit jeweils kreisförmigen Anordnungen von Inhomogenitäten, die jeweils Zähnen und Lücken entsprechen, aufweist,
• - jeder Kranz (Z) längs seines Umfanges eine abweichende Anzahl von Inhomogenitäten aufweist, und
• - jedem Kranz (Z) zumindest ein einziger eigener Sensor (S) zugeordnet ist.

11. Meßeinrichtung nach Patentansprüche 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• - bei niedrigen Drehzahlen des Objekts (R) das Ausgangssignal (Ep, En, E) nur aus den an einem ersten Kranz (Z) gemessenen Zahnabtastsignalen oder davon ableitbaren Werten gebildet wird, und
• - bei hohen Drehzahlen des Objekts (R) das Ausgangssignal (Ep, En, E) nur aus den an einem zweiten Kranz (Z) gemessenen Zahnabtastsignalen oder davon ableitbaren Werten gebildet wird.

12. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (Vv, D, V, Ap, An, µC) ganz oder teilweise Bestandteil eines integrierten Halbleiterprozessorchips ist.

13. Anwendung der Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung Regel- und/oder Steuereinrichtungen von Fahrzeugteilen, die abhängig von dem Drehverhalten des Objektes (R) zu steuern sind, steuert.