DE3850406T2 - Einrichtung und anlage zur dreherfassung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Ermittlung einer Drehung, speziell die Ermittlung der Drehung eines Körpers, beispielsweise einer Scheibe mit einer Vielzahl von in gleichmäßigem Abstand angeordneten Marken und wenigstens einer Referenzmarke. Solche Anordnungen werden eingesetzt, um die Winkellage der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu ermitteln, so daß eine Signalverarbeitungseinheit die Lage der Zündung und die Lage der Kraftstoffeinspritzung ermitteln kann. Solche Anordnungen sind in der DE-A-34 23 664 und in der DE-A-29 33 516 offenbart.
• In einem bekannten System der beanspruchten Art, in welchem eine Vielzahl von gleichmäßig angeordneten normalen Marken auf dem Umfang einer Scheibe angeordnet sind, ist die Referenzmarke eine zusätzliche Marke, deren Abstand zu einer anderen Marke kleiner ist als die übrigen Abstände. Das Ausgangssignal eines zugeordneten induktiven Aufnehmers ist fuhr jede regelmäßige Marke sinusförmig. Ein Rechteckgenerator erzeugt ein rechteckformiges Signal solange eine positive Amplitude vorhanden ist, wobei das Verhältnis vom hohen Signal zu niederem Signal relativ konstant ist. Wenn das Verhältnis zwischen der Zeit, in der das Signal hoch ist (Marke) und der vorhergehenden Zeit, in der das Signal niedrig war (Zwischenraum) deutlich höher ist, bedeutet dies, daß ein Referenzimpuls erkannt ist.
• Damit die Differenz zwischen normalen Impulsen und Referenzimpulsen in allen Fällen, auch während einer Beschleunigung oder eines Abbremsens und trotz der vorhandenen Toleranzen zuverlässig möglich ist, muß der Abstand zwischen den Marken und der Abstand zum induktiven Aufnehmer so ausgewählt werden, daß keine Überlappungen oder Überschneidungen auftreten können.
• Einrichtungen, mit denen eine Referenzposition auch während einer Beschleunigung oder eines Abbremsens erkannt wird, sind aus der US-A-4 305 072 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein magnetischer Sensor in der Nähe von einer rotierenden Scheibe angeordnet. Die Referenzmarke ist ein Abstand, der länger ist als die übrigen. Weiterhin sind Schaltungsmittel vorgesehen, die ein Ausgangssignal erzeugen, das die Referenzposition erkennen läßt, indem die Höhe der Spannung, auf die sich ein Kondensator auflädt, mit einem zu erwartenden Wert verglichen wird.
• Eine andere Anordnung mit einem zusätzlichen Zahn ist aus der US-A-3 930 201 bekannt. Dabei zählt ein Zähler aufwärts, wenn ein Zahn erkannt wird und abwärts, wenn die Lücke erkannt wird, so daß der Zählerstand eines Zählers nach Zählen eines Zahn-Lückenabstandes etwa Null beträgt. Die Referenzmarke ist ein Zahn mit einer Lücke in der Mitte. Wenn die Referenzmarke den Aufnehmer passiert hat, erreicht der Zähler einen negativen Wert, der negativer ist als ein Schwellwert und es wird dann das Referenzsignal erkannt.
• Die WO-A-85 05 511 beschreibt eine Anordnung zur Erkennung eines Referenzpulses. Dabei zählt ein erster Zähler Zählimpulse mit einer ersten Zählrate zwischen entsprechenden Impulsen. Zwischen den nächsten beiden Pulsen zählt ein zweiter Zähler Zählimpulse mit einer zweiten Zählrate, die geringer ist als die erste Rate. Wenn der Zählerstand des zweiten Zählers den Zählerstand des ersten Zählers überschreitet, zählt der zweite Zähler schneller aufeinanderfolgende Zählimpulse zwischen zwei Impulsen. Wenn der Zählerstand des zweiten Zählers geringer ist als der maximal zu erwartende Zählerstand des ersten Zählers zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen der Pulsfolge ist ein fehlender Impuls erkannt und es wird ein entsprechendes Signal erzeugt.
• Die vorliegende Erfindung schlägt einen verbesserten Gebrauch einer Anordnung zur Identifizierung von Referenzmarken vor.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung eingesetzt zur Erkennung der Rotation eines Teiles, das eine Vielzahl von gleichmäßig angeordneten Marken und wenigstens einer Referenzmarke aufweist, wobei die Referenzmarke sich dadurch unterscheidet, daß sie eine größere oder eine kleinere Länge als die anderen Marken aufweist oder dadurch, daß sie direkt anschließend an einen Zwischenraum von größerer oder kleinerer Länge als bei den regelmäßigen Abständen zwischen den anderen Marken folgt. Die Anordnung umfaßt Meßmittel, mit denen die Marken erkannt werden und erzeugt entsprechend elektrische Ausgangssignale eines ersten und eines zweiten Typs, die an den Enden einer Marke abgegeben werden, zwei Speichermittel, deren Inhalt U1, U2 abhängig vom besagten elektrischen Ausgangssignal ist und Vergleichsmittel zur Feststellung ob die betreffende Marke eine Referenzmarke ist, wobei der Inhalt der Speichermittel verglichen wird. Die Einrichtung ist gekennzeichnet dadurch, daß der Inhalt U1 eines der Speichermittel mit einer im wesentlichen konstanten Rate erhöht wird zwischen dem Empfang eines Signales des ersten Typs und dem unmittelbar nachfolgenden Signal des zweiten Typs und kontinuierlich erniedrigt wird zwischen dem Empfang eines Signales des zweiten Typs und dem unmittelbar folgenden Signal des ersten Typs, wobei der Inhalt U2 der anderen Speichermittel stetig mit einer geringeren Rate erhöht wird zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Signale desselben Typs, wobei die Vergleichsmittel den Inhalt der beiden Speichermittel in dem Moment, in dem sie ein Signal des zweiten Typs empfangen, vergleichen.
• Ein Vorteil einer solchen Anordnung und der Verwendung einer solchen Anordnung ist, daß ein einfacher Vergleich des Inhalts zweier Speichermittel eine eindeutige Festlegung erlaubt, ob eine betreffende Marke eine Referenzmarke ist.
• Die Speichermittel können in analoger Weise aufgebaut sein und beispielsweise erste und zweite Kondensatoren umfassen, die geladen werden oder in einem Fall entladen unter Einsatz entsprechender stetiger Ströme. Es können weiterhin Mittel vorgesehen sein, die die Stärke der entsprechenden Ströme einstellen, dies hat den Vorteil, daß die Kondensatorspannung speziell bei hohen Geschwindigkeiten beihoch gehalten werden kann, verglichen mit dem Offset und anderen Störungen.
• Die Speichermittel können auch in digitaler Weise aufgebaut sein und erste und zweite Zähler umfassen, die mit stetigen Zählraten in eine Richtung und in einem Fall in beide Richtungen zählen.
• Eine bevorzugte Verwendung einer Anordnung der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben unter Berücksichtigung der beigefugten Zeichnungen. Dabei zeigt
• Fig. 1 eine pulsverarbeitende Schaltung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung und Fig. 2 zeigt ein Spannungsdiagramm, das die Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 angibt.
• In einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Scheibe mit der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verbunden. Die Oberfläche dieser Scheibe hat eine Vielzahl von Marken in gleichem Abstand in Form von rechteckförmigen Zähnen. Zwischen zwei dieser regelmäßig angeordneten "normalen Zähnen" befindet sich eine zusätzliche "Referenz"-Marke von etwa der gleichen Größe und Gestalt der normalen Marken. Diese kann der oberen Totpunkt Stellung eines Zylinders der Brennkraftmaschine entsprechen, abhängig davon wird festgelegt, welche Kraftstoffeinspritzung und elektronische Zündung ausgelöst wird.
• Ein induktiver Aufnehmer 20 ist in der Nähe der Scheibe angeordnet, um das Passieren der Marken zu erkennen und liefert eine Ausgangsspannung, die in Fig. 2 mit S bezeichnet ist. Jede Marke erzeugt eine im wesentliche sinusförmige Kurve, die sowohl eine positive als auch eine negative Halbwelle aufweist. Der Ausgang des Aufnehmers ist mit einem Pulsgenerator 30 verbunden, der das gepulste Signal P erzeugt. Die Pulse haben eine relativ kurze "Hoch"-Phase und relativ lange "Niedrig"-Phasen. Die Anfangs- und die Endflanken der Pulse werden verwendet, um das Laden und Entladen des zweiten Kondensators C1 und C2 zu regeln. Die Regelung des Ladens und des Entladens wird mit Hilfe eines ersten logischen Schaltkreises 40 in Verbindung mit Stromquellen und Stromsenken 50 durchgeführt.
• Nach dem Auftreten einer Flanke 12 wird die Ladung des ersten Kondensators mit einer konstanten Rate eingeleitet und die Ladung des zweiten Kondensators wird mit einer niedrigeren Laderate begonnen. Die Spannungen im ersten und zweiten Kondensator sind mit U1 und U2 bezeichnet.
• Nach dem Auftreten einer Pulsflanke 11 wird der erste Kondensator mit einer konstanten Rate entladen während die gleichförmige Ladung des zweiten Kondensators fortgesetzt wird. Bei der folgenden Rückflanke 12 sind beide Kondensatoren im wesentlichen vollständig entladen und die Ladung beginnt von neuem mit den entsprechenden konstanten Laderaten.
• Nach dem Auftreten einer Vorderflanke 12 und bevor die Kondensatoren komplett entladen sind, werden die Spannungen U1 und U2 in den Vergleichsmitteln 60 miteinander verglichen. In Fig. 2 sind die Pulse P1 und P2 normale Impulse und P3 ist ein Referenzimpuls, der dem Impuls P2 in geringem Abstand folgt. Zwischen den Rückflanken der Impulse P1 zur Zeit T2 und der Vorderflanke des Impulses P2 zur Zeit T3 hat U1 einen solch hohen Wert relativ zu U2 erreicht, daß auch nach einer teilweisen Entladung des ersten Kondensators U1 immer noch größer ist als U2. Damit identifiziert U1 größer U2 zweifellos einen normalen Impuls.
• Zwischen der Rückflanke des Impulses P2 zum Zeitpunkt T4 und der Vorderflanke des Impulses P3 zum Zeitpunkt T5 bekommt U1 keinen subtantiell höheren Wert, so daß zur Zeit T6 beim Auftreten der Rückflanke des Impulses P3 die Spannung U1 unter der Spannung U2 liegt. Somit identifiziert U2 größer U1 zweifellos einen Referenzimpuls, beispielsweise einen oberen Totpunkt-Impuls.
• Der Ausgang der Vergleichsmittel 60 ist im übrigen mit einem zweiten logischen Schaltkreis 70 und über einen Ausgang 80 mit einer folgenden Signalverarbeitungseinrichtung verbunden. Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß sie eine eindeutige Identifikation einer Referenzmarke auch dann noch erlaubt, wenn schnelle Änderungen der Drehzahl der Scheibe auftreten.
• In einer Abwandlung der zuvor beschriebenen Anordnung, sind Mittel vorgesehen, mit denen die Werte der Lade- und Entladeströme eingestellt werden. Dabei können bei großer Geschwindigkeit der Scheiben starke Ströme ausgewählt werden, so daß die Kondensatorspannung U1 und U2 größer gehalten werden als der Hintergrund und andere störende Signale.
• Anstelle der Kondensatoren können zwei Zähler verwendet werden, welche mit verschiedenen Raten getriggert werden. Der erste Zähler zählt aufwärts solange die Impulse niedrig sind und abwärts solange die Impulse hoch sind.
• Wenn bei einem "Hoch-Niedrig" -Übergang des Impulsgenerators (Vorderflanke) der Zählerinhalt des ersten Zählers höher ist als der eines zweiten Zählers, der nur aufwärts zählt, ist ein normaler Impuls erkannt. Wenn der Zählerinhalt des zweiten Zählers größer ist als der des ersten, ist ein Referenzimpuls erkannt. Nach dem Vergleich werden die Zähler zurückgesetzt und es kann ein neuer Zählzyklus beginnen. Dabei können die Zählraten so eingestellt werden, daß auch bei hoher Geschwindigkeit eine Unterscheidung möglich ist.
• In einer weiteren Ausgestaltung ist die Referenzmarke von der vorhergehenden normalen Marke durch einen vergrößerten Abstand charakterisiert. In diesem Fall sind die Lade- und Entladeströme so gewählt, daß das Kriterium zur Erkennung eines Referenzpulses umgekehrt ist, d. h.:
• U2 > U1: normaler Impuls
• U1 > U2: Referenzimpuls.
• Verschiedene andere Markierungen können verwendet werden, beispielsweise anstelle von Marken Zähne, Schlitze oder Löcher. Die Referenzmarke kann dabei in Form einer Extramarke ausgestaltet sein, einer fehlenden Marke oder eine Marke von unterschiedliche Größe sein. Anstelle eines induktiven Aufnehmers kann ein Aufnehmer eingesetzt werden, der auf anderem Wege arbeitet, beispielsweise ein optischer-, kapazitiver- oder Ultraschallsensor.

Claims (9)

1. Verwendung einer Vorrichtung zur Ermittlung der Drehung eines Körpers, der eine Vielzahl von in gleichmäßigem Abstand angeordneten Marken aufweist und wenigstens eine Referenzmarke, wobei die Referenzmarke sich von den anderen Marken durch größere oder kleinere Länge oder durch geringem Abstand zwischen den Winkelmarken unterscheidet mit Mitteln (20, 30) zur Erkennung der Marken und Erzeugung entsprechender elektrischer Ausgangssignale (P) eines ersten (12) und eines zweiten Typs (11), die den Enden der Markierungen entsprechen, zwei Speichermitteln (C1, C2) deren Inhalte (U1, U2) abhängig ist von den elektrischen Ausgangssignalen, Vergleichsmitteln (60) zum Vergleich des Inhalts der Speichermittel zur Bestimmung, ob die Marke eine Referenzmarke ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt (U1) eines Speichermittels (C1) mit einer im wesentlichen konstanten Rate erhöht wird zwischen dem Empfang eines Signales des ersten Typs (12) und dem unmittelbar folgenden Signal des zweiten Typs (11) und stetig verringert wird zwischen dem Empfang eines Signales des zweiten Typs (11) und dem unmittelbar folgenden Signal des ersten Typs (12) und der Inhalt (U2) des anderen Speichermittels (C2) mit geringer Rate stetig erhöht wird zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Signale des gleichen Typs und die Vergleichsmittel (60) den Inhalt der beiden Speichermittel (C1, C2) vergleichen zum Zeitpunkt des Empfangs eines Signales des ersten Typs (12).

2. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Sensormittel (20) Ausgangsimpulse erzeugen und ein Signal des ersten Typs von der Rückflanke (12) eines Pulses erzeugt wird und ein Signal des zweiten Typs von der Vorderflanke (11) eines Pulses erzeugt wird.

3. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Speichermittel in analoger Weise arbeiten.

4. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Speichermittel ein erster (C1) und zweiter Kondensator (C2) sind, die geladen und in einem Fall entladen werden mit Hilfe von stetigen Strömen.

5. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 4, wobei Mittel vorgesehen sind, zur Festlegung der Höhen der verwendeten Ströme.

6. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Speichermittel in digitaler Art arbeiten.

7. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Speichermittel erste und zweite Zähler sind, die in eine Richtung zählen und in einem Fall in beide Richtungen, wobei die Zählraten konstant sind.

8. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Anspruche, bei denen die Marken Vertiefungen im Umfang einer leitenden Scheibe sind, wobei die Vertiefungen näher beieinander sind als die Abstände zwischen ihnen und die Sensormittel einen induktiven Aufnehmer (20) umfassen.

9. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sich drehende Körper eine Scheibe ist, die auf der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine befestigt ist.