DE4215315C1 - Rotation angle sensor for IC engine throttle valve - feeds signals via R=2R D=A converter and single transmission line to remote A=D converter and evaluation circuit - Google Patents

Rotation angle sensor for IC engine throttle valve - feeds signals via R=2R D=A converter and single transmission line to remote A=D converter and evaluation circuit

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    • G01D5/2451—Incremental encoders

Abstract

The sensor comprises an optical incremental encoder (1) providing 2 sensor signals, offset from one another by 90 degrees, fed to a spaced evaluation circuit (2). The source (1) is suitable for an operating temp. range of between -40 and 140 degrees C, its output signals fed to a D/A converter (3) before transfer to the evaluation circuit (2), which has a corresponding A/D converter (4) and a decoder (5). A single transmission line (7) couples the D/A converter (3) to the A/D converter (4), the latter pref. coupled to a pulse width demodulator acting as the decoder (5) provided by a complementary MOSFET IC. ADVANTAGE - Suitable for wide temp. range and requiring only single transmission line for measured values.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeu­ gung eines digitalen Signals, das der Winkelstellung einer im Ansaugstutzen einer Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe oder eines im Bereich der Drosselklappe ange­ ordneten Sollwertgebers entspricht, bestehend im wesent­ lichen aus einem Drehwinkelsensor in Form eines optischen Inkrementalgebers (1) zur Erzeugung von zwei um 90 Winkel­ grad phasenversetzten Sensorsignalen A und B (Quadratursignal) sowie einer davon, entfernt angeordneten Auswerteschaltung.The invention relates to a device for generating a digital signal which corresponds to the angular position of a throttle valve arranged in the intake manifold of an internal combustion engine or to a setpoint generator arranged in the region of the throttle valve, consisting essentially of a rotation angle sensor in the form of an optical incremental encoder ( 1 ) for the generation of two sensor signals A and B (quadrature signal) which are phase-shifted by 90 degrees as well as an evaluation circuit arranged remotely therefrom.

Derartige Einrichtungen werden zur Rückmeldung der Drehwin­ kel-Position von Drosselklappen an eine zentrale Motor- Steuereinrichtung benötigt. Bisher hat man im allgemeinen Potentiometer verwendet (vgl. z. B. DE 40 14 555 A1, DE 41 13 510 A1, die zwar nur eine Signalleitung benötigen, deren Zu­ verlässigkeit und Linearität aber nicht befriedigend sind. Außerdem unterliegen Potentiometer einem nicht zu vernach­ lässigenden Verschleiß und einer Temperaturdrift, die auf­ wendige Gegenmaßnahmen erfordern.Such devices are used to report back the rotation throttle valve position to a central engine Control device needed. So far you have in general Potentiometer used (see e.g. DE 40 14 555 A1, DE 41 13 510 A1, which only need one signal line, the Zu reliability and linearity are not satisfactory. In addition, potentiometers are not subject to neglect casual wear and a temperature drift that is due to nimble countermeasures are required.

Für den gleichen Zweck sind auch schon optische Drehwinkel­ sensoren bekanntgeworden (Einleitung zu DE 41 22 922 A1, die - soweit sie aufgrund ihrer Auflösung und ihrer Kosten für den hier gefragten Anwendungsbereich in Betracht kommen - einen Inkrementalgeber mit Quadraturkodierung benutzen, so daß bei einer zusätzlich gewünschten Indexierung zur Be­ stimmung der Absolutpostion der Drosselklappe mindestens drei Signalleitungen erforderlich sind. Deswegen ist Kompatibilität mit den vorhandenen Potentiometer- Einrichtungen nicht gegeben. Aus Kostengründen und wegen der von -40 bis +140°C erreichenden Betriebstemperatur ist weder eine Vermehrung der Signalleitungen noch eine Signalauswertung vor Ort möglich.Optical rotation angles are also used for the same purpose sensors become known (introduction to DE 41 22 922 A1, the - insofar as they are due to their dissolution and their costs for the application area in question here - use an incremental encoder with quadrature coding, see above that with an additional desired indexing for loading  at least the absolute position of the throttle valve three signal lines are required. That's why Compatibility with the existing potentiometer Facilities not given. For cost reasons and because of is the operating temperature from -40 to + 140 ° C neither an increase in the signal lines nor one Signal evaluation possible on site.

Es besteht somit die Aufgabe eine Einrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie für den angegebe­ nen Temperaturbereich brauchbar ist und daß für die Signal­ übertragung nicht mehr Leitungen benötigt werden als bei den herkömmlich verwendeten Potentiometern.There is therefore the task of establishing the beginning mentioned type so that they are for the specified NEN temperature range is useful and that for the signal transmission no more lines are required than with the commonly used potentiometers.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Ein­ richtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daßAccording to the invention, an A is used to achieve this object proposed direction, which is characterized in that

  • - der optische Inkrementalgeber für eine Betriebstempe­ ratur von -40 bis +140°C ausgelegt ist,- The optical incremental encoder for an operating temperature temperature of -40 to + 140 ° C,
  • - dem optischen Inkrementalgeber ein D/A-Wandler mit ei­ nem R-2R-Netzwerk zugeordnet ist,- The optical incremental encoder a D / A converter with egg is assigned to an R-2R network,
  • - die Auswertschaltung einen A/D-Wandler und einen Deco­ der umfaßt sowie daß,- The evaluation circuit an A / D converter and a deco which includes and that
  • - für die Signalübertragung zwischen dem D/A- und dem A/D-Wandler nur eine Leitung vorgesehen ist.- for the signal transmission between the D / A and the A / D converter only one line is provided.

Damit ist eine Einrichtung geschaffen, die bei vertretbarem Kostenaufwand die bisher verwendeten Potentiometer ersetzen kann und die hinsichtlich Meßgenauigkeit und Zuverlässig­ keit wesentlich besser ist als diese.This creates a facility that is justifiable Replace the previously used potentiometers at low cost can and with respect to measurement accuracy and reliability speed is much better than this.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.Advantageous refinements of the inventive concept are described in subclaims 2 to 6.

Weitere Einzelheiten werden anhand des in der einzigen Figur darge­ stellten Schaltschema erläutert.Further details are shown in the single figure Darge presented circuit diagram explained.

Mit der Drosselklappenwelle 9 oder einem anderen, die Stel­ lung der Drosselklappe oder eines Sollwertgebers repräsen­ tierenden Stellglied ist ein Scheibensegment 10 mit einer Kodierung drehfest verbunden. Die Kodierung besteht bei­ spielsweise aus 250 Markierungen verteilt auf einen Bereich von 90 Winkelgrad, die von zwei um den halben Markierungs­ abstand in Drehrichtung zueinander versetzt angeordneten Sensoren "gelesen" und zur Bildung von Signalen A, B und I verarbeitet werden können. Daraus ergeben sich 1000 Signale pro 90 Winkelgrad, bzw. eine Auflösung von ca. 0,1°, was für den Anwendungszweck mehr als ausreichend ist. Sieht man noch vor, daß ein Indexsignal nur bei einer von vier mögli­ chen Konstellationen der Signale A und B auftreten kann, dann reduziert sich die Gesamtmenge der plausiblen Signale von 8 auf 5.With the throttle valve shaft 9 or another actuator representing the position of the throttle valve or a setpoint generator, a disk segment 10 is connected in a rotationally fixed manner with a coding. The coding consists, for example, of 250 markings distributed over an area of 90 degrees, which can be "read" by two sensors offset by half the marking distance in the direction of rotation from one another and processed to form signals A, B and I. This results in 1000 signals per 90 degrees, or a resolution of approx. 0.1 °, which is more than sufficient for the application. If you also see that an index signal can only occur in one of four possible constellations of signals A and B, the total amount of plausible signals is reduced from 8 to 5.

Diese Signale werden an einen D/A-Wandler 3 mit R-2R-Netz­ werk 6 weitergeleitet und in ein Analogsignal umgewandelt, für dessen Übertragung nur eine Signalleitung 7 erforder­ lich ist. Bei einer Betriebsspannung von z. B. 5 Volt be­ trägt der Abstand der Spannungsstufen für die 5 plausiblen Signale ca. 1 Volt und ist damit ausreichend störsicher. Mit 12 und 13 sind die üblichen Leitungen für die Versor­ gung des Drehwinkelsensors 1 aus einer Spannungsquelle 11 bezeichnet, an die auch die Auswertschaltung 2 mit dem A/D- Wandler 4 und dem Decoder 5 angeschlossen ist. Damit ist der Leitungsaufwand für den optischen Inkrementalgeber ersichtlich nicht größer als bei den herkömmlichen Poten­ tiometern, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung insoweit voll kompatibel ist und - falls man deren Vorteile nutzen will - ein vorhandenes Potentiometer ohne weiteres ersetzt werden kann.These signals are forwarded to a D / A converter 3 with R-2R network 6 and converted into an analog signal, for the transmission of which only one signal line 7 is required. With an operating voltage of z. B. 5 volts be the distance between the voltage levels for the 5 plausible signals about 1 volt and is therefore sufficiently interference-free. With 12 and 13 , the usual lines for the supply of the rotation angle sensor 1 from a voltage source 11 are referred to, to which the evaluation circuit 2 with the A / D converter 4 and the decoder 5 is connected. So that the line effort for the optical incremental encoder is clearly not greater than with the conventional potentiometers, so that the device according to the invention is fully compatible and - if you want to take advantage of it - an existing potentiometer can be easily replaced.

Über den Anschluß 8 der Auswertschaltung 2 kann das gewünschte digitale Signal für die Winkelstellung der Drosseklappe abgegriffen werden. Dieses Signal kann über einen Tiefpaß direkt zur Regelung der Drosselklappe ver­ wendet werden oder aber über einen Pulsweitenmodulator einem Mikroprozessor zur weiteren Nutzung im Rahmen kom­ plexer Regelvorgänge zugeführt werden.The desired digital signal for the angular position of the throttle valve can be tapped via the connection 8 of the evaluation circuit 2 . This signal can be used directly to control the throttle valve via a low-pass filter or can be supplied to a microprocessor for further use in the context of complex control processes via a pulse width modulator.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Erzeugung eines digitalen Signals, das der Winkelstellung einer im Ansaugstutzen einer Brennkraft­ maschine angeordneten Drosselklappe oder eines im Bereich der Drosselklappe angeordneten Sollwertgebers entspricht, bestehend im wesentlichen aus einem Drehwinkelsensor in Form eines optischen Inkrementalgebers (1) zur Erzeugung von zwei um 90 Winkelgrad phasenversetzten Sensorsignalen A und B (Quadratursignal) sowie einer davon entfernt angeord­ neten Auswerteschaltung (2), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der optische Inkrementalgeber (1) für eine Be­ triebstemperatur von -40 bis 140°C ausgelegt ist,
  • - dem optischen Inkrementalgeber (1) ein D/A-Wand­ ler (3) mit einem R-2R-Netzwerk (6) zugeordnet ist,
  • - die Auswertschaltung (2) einen A/D-Wandler (4)und einen Decoder (5) umfaßt sowie daß,
  • - für die Signalübertragung zwischen dem D/A- und dem A/D-Wandler nur eine Leitung (7) vorgesehen ist.
1.Device for generating a digital signal which corresponds to the angular position of a throttle valve arranged in the intake manifold of an internal combustion engine or a setpoint generator arranged in the region of the throttle valve, consisting essentially of a rotation angle sensor in the form of an optical incremental encoder ( 1 ) for generating two by 90 Angular degree phase-shifted sensor signals A and B (quadrature signal) and a distant evaluation circuit ( 2 ), characterized in that
  • - The optical incremental encoder ( 1 ) is designed for an operating temperature of -40 to 140 ° C,
  • - A D / A converter ( 3 ) with an R-2R network ( 6 ) is assigned to the optical incremental encoder ( 1 ),
  • - The evaluation circuit ( 2 ) comprises an A / D converter ( 4 ) and a decoder ( 5 ) and that
  • - Only one line ( 7 ) is provided for signal transmission between the D / A and the A / D converter.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Decoder (5) ein integrierter Schaltkreis vorgesehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that an integrated circuit is provided as a decoder ( 5 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis aus einem CMOS-IC besteht.3. Device according to claim 2, characterized in that the integrated circuit consists of a CMOS IC. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis für die Erkennung fehlerhafter Signalkombinationen ausgelegt ist.4. Device according to claim 2, characterized in that the integrated circuit for the detection of faulty Signal combinations is designed. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis einen Pulsweitenmodulator ent­ hält.5. Device according to claim 2, characterized in that the integrated circuit ent a pulse width modulator holds. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Inkrementalgeber (1) außer zur Erzeugung von Sensorsignalen A und B (Quadratursignal) auch für die Er­ zeugung von Indexsignalen I ausgelegt ist.6. Device according to claim 1, characterized in that the optical incremental encoder ( 1 ) in addition to the generation of sensor signals A and B (quadrature signal) is also designed for the generation of index signals I.
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