DE4217168A1 - Sensor zur Erzeugung von elektrischen Signalen, welche die Stellung eines Objekts wiedergeben - Google Patents
Sensor zur Erzeugung von elektrischen Signalen, welche die Stellung eines Objekts wiedergebenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erzeugung von
elektrischen Signalen, welche die Stellung eines Objekts
wiedergeben, insbesondere die Winkelstellung der
Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, wobei
Inkrementalgeber durch Abtastung von periodisch
wiederkehrenden Markierungen Zählimpulse und eine
Richtungsinformation erzeugen und Mittel zur Abtastung
weiterer Markierungen vorgesehen sind, die bei Bewegung des
Objekts serielle Signale erzeugen, welche einen Absolutwert
der Stellung beinhalten (P 40 41 491.4).
Zur Messung der Stellung eines Objekts, beispielsweise der
Drehlage einer Welle, sind sogenannte Inkrementalgeber
bekanntgeworden, bei denen pro Stellungs-Inkrement ein
Impuls erzeugt wird, der einem Zähler zugeführt wird. Zur
Unterscheidung der Bewegungsrichtung ist es bei diesen
Inkrementalgebern bekannt, zwei phasenverschobene Spuren
anzuordnen, die mit je einem Abtastelement abgetastet
werden. Eine einfache Auswertung ergibt dann die Zählimpulse
und zusätzlich eine Richtungsinformation für den Zähler.
Bei diesen bekannten Inkrementalgebern macht sich jedoch das
Fehlen einer Information über die absolute Stellung
nachteilig bemerkbar. So liegt beispielsweise nach dem
Einschalten einer mit einem derartigen Inkrementalgeber
versehenen Einrichtung keine Information über die absolute
Stellung vor, wenn das Objekt beim Einschalten eine
beliebige Stellung aufweist. Außerdem können durch
Zählfehler Fehler bezüglich der absoluten Stellung
auftreten. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten
Anwendungen in Kraftfahrzeugen können jedoch derartige
Fehler nicht zugelassen werden.
Diese Nachteile werden bei dem Hauptpatent dadurch
vermieden, daß Mittel zur Abtastung weiterer Markierungen
vorgesehen sind, die bei Bewegung des Objekts serielle
Signale erzeugen, welche einen Absolutwert der Stellung
beinhalten. Bei einer Weiterbildung des Gegenstands des
Hauptpatents umfaßt eine weitere Spur die den Absolutwert
beinhaltenden Markierungen und Stützpunktmarkierungen,
welche den Wortanfang bzw. das Wortende der seriellen
Signale kennzeichnen.
Zur einfachen Trennung der Stützpunktmarkierungen und der
den Absolutwert beinhaltenden Markierungen ist dabei
vorgesehen, daß die Stützpunktmarkierungen auf der weiteren
Spur an Stellen aufgezeichnet sind, an welchen eine logische
Verknüpfung der periodisch wiederkehrenden Markierungen
einen ersten Wert ergeben, und daß die den Absolutwert
beinhaltenden Markierungen auf der weiteren Spur an Stellen
aufgezeichnet sind, an welchen eine logische Verknüpfung der
periodisch wiederkehrenden Markierungen einen zweiten Wert
ergibt.
Bei einer optischen Abtastung der Markierungen stellt sich
das Problem, daß mit zunehmender Auflösung bei
gleichbleibendem Durchmesser der Codescheibe die
Schlitzbreite verringert werden muß und somit die
Lichtintensität abnimmt. Die periodischen Markierungen
können jedoch gleichzeitig mit Hilfe mehrerer Fenster zur
Erhöhung der Lichtintensität abgetastet werden. Die den
jeweiligen Absolutwert darstellende weitere Spur ist jedoch
zwangsläufig unregelmäßig, wodurch eine gleichzeitige
Abtastung mehrerer Fenster nicht möglich ist.
Bei dem Hauptpatent wird die weitere Spur pro Periode
(Markierung und Zwischenraum) zweimal abgetastet. Dieses
bedingt, daß die physikalische Breite der Markierungen der
weiteren Spur maximal der Breite einer der periodisch
wiederkehrenden Markierungen entsprechen darf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor
anzugeben, bei welchem auch bei hohen Auflösungen eine zur
Abtastung erforderliche Lichtintensität gewährleistet ist.
Insbesondere soll eine einwandfreie Identifizierung der im
Hauptpatent als Stützpunkte bezeichneten Markierungen auch
bei einer relativ großen Fensterbreite möglich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
weiteren Markierungen Start/Stop-Zeichen einer vorgegebenen
Bitfolge und dazwischenliegende Datenworte bilden, die den
Absolutwert der Stellung angeben und die vorgegebene
Bitfolge nicht enthalten.
Eine Identifizierung der Start/Stop-Zeichen erfolgt gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise
dadurch, daß die seriellen Signale bitweise durch ein
Schieberegister getaktet werden, daß der Inhalt vorgegebener
Speicherplätze des Schieberegisters mit der in einem
Speicher abgelegten vorgegebenen Bitfolge verglichen wird
und daß bei Übereinstimmung der Inhalt der weiteren
Speicherplätze des Schieberegisters als Datenwort
ausgewertet wird.
Eine einwandfreie Funktion des erfindungsgemäßen Sensors
auch für den Fall einer Richtungsumkehr wird gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, daß die
seriellen Signale beiden Enden des Schieberegisters
zuführbar sind und daß in Abhängigkeit von der
Richtungsinformation die seriellen Signale im
Schieberegister in der einen oder in der anderen Richtung
geschoben werden.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform dieser
Weiterbildung besteht darin, daß ein Vergleich der
vorgegebenen Bitfolge mit dem Inhalt vorgegebener
Speicherplätze sowohl an einem als auch am anderen Ende des
Schieberegisters erfolgt und daß in Abhängigkeit von der
Richtungsinformation die vor oder die nach dem
Start/Stop-Zeichen liegenden Bits als Datenwort ausgewertet
werden. Dadurch kann unabhängig von der jeweiligen
Bewegungsrichtung zu einem frühstmöglichen Zeitpunkt das
Start/Stop-Zeichen erkannt und eines der benachbarten
Datenworte ausgewertet werden.
Da bei dieser Ausführungsform je nach Bewegungsrichtung das
vor einem Start/Stop-Zeichen oder das hinter einem
Start/Stop-Zeichen liegende Datenwort ausgewertet wird, ist
weiterhin vorgesehen, daß ein aus dem Datenwort gewonnener
Wert für die absolute Stellung um eine Korrekturgröße
verändert wird, die davon abhängt, ob das vor oder das
hinter einem Start/Stop-Zeichen liegende Datenwort
ausgewertet wird.
Da die für das Start/Stop-Zeichen vorgesehene Bitfolge in
dem Datenwort nicht vorkommen darf, ist bei vielen
Anwendungsfällen eine binäre Codierung des Datenwortes nicht
möglich. Um diesen Nachteil für eine weitere Verarbeitung
auszuschließen, ist gemäß einer anderen Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen, daß das Datenwort mit Hilfe einer
Codetabelle in einen binär codierten Wert für die absolute
Stellung umgerechnet wird, daß der binär codierte Wert um
die richtungsabhängige Korrekturgröße verändert und mit der
durch die Zählimpulse gewonnenen Relativstellung kombiniert
wird.
Die aus den Markierungen der weiteren Spur gewonnenen
Informationen beinhalten die absolute Stellung mit einer
geringeren Auflösung als die durch die Zählimpulse gewonnene
Relativstellung. Um zu einer hochaufgelösten Absolutstellung
zu gelangen, sind verschiedene Verfahren möglich. So kann
beispielsweise die mit Hilfe der weiteren Spur gewonnene
absolute Stellung mit Hilfe der Zählimpulse von einem
Stützpunkt zum folgenden krementiert bzw. dekrementiert
werden. Ist jedoch einmal eine Zuordnung zwischen dem Zähler
für die Zählimpulse und der absoluten Stellung bzw. Position
erfolgt, so sind danach zwei Informationen für die absolute
Stellung vorhanden. Dieses kann gemäß einer anderen
Weiterbildung dadurch zu einer höheren Sicherheit ausgenutzt
werden, daß eine Plausibilitätsprüfung zwischen denen durch
Zählung der Zählimpulse und denen durch Auswertung der
Datenworte entstandenen Informationen erfolgt.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine
davon ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und
nachfolgend beschrieben.
In der Zeichnung ist das Ausführungsbeispiel anhand von
Schaltungs- bzw. Funktionsgruppen dargestellt. Neben einer
Realisierung mit Hilfe derartiger Baugruppen ist jedoch eine
Realisierung mit Hilfe eines Mikrocomputers in vorteilhafter
Weise möglich, wobei das für den Mikrocomputer erforderliche
Programm die Funktionen der einzelnen Baugruppen beinhaltet.
Auf einer nicht dargestellten Codescheibe befinden sich drei
Spuren A, B und C, wobei die Spuren A und B periodisch
wiederkehrende Markierungen umfassen, die in der Zeichnung
gestrichelt dargestellt sind. Diese sind um 1/4 Periode
gegeneinander verschoben, wodurch in an sich bekannter Weise
eine Richtungserkennung möglich ist. Die Markierungen der
weiteren Spur C können in ähnlicher Form wie die
Markierungen der Spuren A und B ausgeführt sein; sie sind
jedoch im Hinblick auf die durch die Abtastung der Spur C
erzeugten Signale in der Figur in Form von binären Werten (1
bzw. 0) dargestellt.
Zur Abtastung sind drei vorzugsweise optische Abtastelemente
1, 2, 3 vorgesehen, welche Signale erzeugen, die in der
Zeichnung gleichlautend mit der jeweiligen Spur A, B, C
bezeichnet sind. Die Signale A, B werden einerseits einer
Schaltung 4 zur Richtungserkennung und zur Erzeugung von
Steuerimpulsen und andererseits über eine Filterung und
Signalverarbeitung 5 einem Inkrementzähler 6 zugeführt. In
letzterem befindet sich jeweils die Relativposition mit
hoher Auflösung.
Das Signal C wird der Schaltung 4 und einem Schieberegister
7 zugeleitet. Entsprechend der Anzahl der zu jeweils einer
Absolutposition gehörenden Bits, nämlich vier Bits für das
Start/Stop-Zeichen und sechs Bits für das Datenwort, ist das
Schieberegister 7 für zehn Bit ausgelegt. Es erhält von der
Schaltung 4 Impulse zur Steuerung und ein Signal UP/DOWN,
das eine Verschiebung des Inhalts des Schieberegisters nach
links oder rechts bewirkt. Dieses Signal wird von der mit
Hilfe der Signale A und B erzeugten Richtungsinformation
abgeleitet. Da ferner das Signal C dem Schieberegister 7 an
beiden Enden zugeführt wird, ist die Reihenfolge der
einzelnen Bits des Signals C im Schieberegister unabhängig
von der Bewegungsrichtung.
Der Inhalt des Schieberegisters wird mit jedem Takt parallel
gelesen, worauf in einer Schaltung 8 geprüft wird, ob die
ersten vier oder die letzten vier Bits des Inhalts des
Schieberegisters mit dem vorgegebenen Start/Stop-Zeichen
übereinstimmen. Dazu ist das Start/Stop-Zeichen in der
Schaltung 8 gespeichert. Außerdem wird die Schaltung 8 von
der Schaltung 4 gesteuert.
Bei 9 werden zwei Fälle unterschieden, nämlich derjenige,
bei welchem das Start/Stop-Zeichen dem Datenwort vorangeht
oder derjenige, bei welchem das Start/Stop-Zeichen auf das
Datenwort folgt. Ein Datenwort kennzeichnet eine bestimmte
Absolutposition, beispielsweise die Absolutposition des
vorangegangenen Start/Stop-Zeichens. Befindet sich jedoch im
Schieberegister ein Datenwort zusammen mit dem folgenden
Start/Stop-Zeichen, so ist dieses bei der späteren Bildung
des Meßergebnisses zu berücksichtigen. Dazu wird ein
Korrekturwert, im folgenden physikalsicher Offset genannt,
für den Fall gebildet, daß das Datenwort nicht zu dem
jeweils vorgegebenen Start/Stop-Bit gehört. In diesem Fall
entspricht der physikalische Offset dem Abstand zweier
Start/Stop-Zeichen.
Bei 10 wird das Datenwort von dem Start/Stop-Zeichen
getrennt und einer Codetabelle 11 zugeführt, wodurch eine
Umwandlung in binär codierte Werte der Position erfolgt.
Hierzu wird bei 12 der physikalische Offset hinzuaddiert.
Das Ergebnis wird als Absolutposition mit geringer Auflösung
bei 13 zwischengespeichert.
Bei 14 erfolgt eine Kombination der Absolutposition mit
geringer Auflösung und der Relativposition mit hoher
Auflösung. Dabei wird eine Plausibilitätsprüfung zur
Erhöhung der Fehlersicherheit durchgeführt. Bei 15 wird das
digitale Ergebnis der Kombination bei 14 in ein
pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt, das bei 16
entnommen werden kann. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch
auch eine digitale Ausgabe oder eine Ausgabe als analoges
Signal möglich.
Claims (6)
1. Sensor zur Erzeugung von elektrischen Signalen, welche
die Stellung eines Objekts wiedergeben, insbesondere die
Winkelstellung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine,
wobei Inkrementalgeber durch Abtastung von periodisch
wiederkehrenden Markierungen Zählimpulse und eine
Richtungsinformation erzeugen und Mittel zur Abtastung
weiterer Markierungen vorgesehen sind, die bei Bewegung des
Objekts serielle Signale erzeugen, welche einen Absolutwert
der Stellung beinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die
weiteren Markierungen (C) Start/Stop-Zeichen einer
vorgegebenen Bitfolge und dazwischenliegende Datenworte
bilden, die den Absolutwert der Stellung angeben und die
vorgegebene Bitfolge nicht enthalten.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
seriellen Signale bitweise durch ein Schieberegister (7)
getaktet werden, daß der Inhalt vorgegebener Speicherplätze
des Schieberegisters (7) mit der in einem Speicher
abgelegten vorgegebenen Bitfolge verglichen wird und daß bei
Übereinstimmung der Inhalt der weiteren Speicherplätze des
Schieberegisters (7) als Datenwort ausgewertet wird.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
seriellen Signale beiden Enden des Schieberegisters (7)
zuführbar sind und daß in Abhängigkeit von der
Richtungsinformation die seriellen Signale im
Schieberegister (7) in der einen oder in der anderen
Richtung geschoben werden.
4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Vergleich der vorgegebenen Bitfolge mit dem Inhalt
vorgegebener Speicherplätze sowohl an einem als auch am
anderen Ende des Schieberegisters (7) erfolgt und daß in
Abhängigkeit von der Richtungsinformation die vor oder die
nach dem Start/Stop-Zeichen liegenden Bits als Datenwort
ausgewertet werden.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein
aus dem Datenwort gewonnener Wert für die absolute Stellung
um eine Korrekturgröße verändert wird, die davon abhängt, ob
das vor oder das hinter einem Start/Stop-Zeichen liegende
Datenwort ausgewertet wird.
6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Datenwort mit Hilfe einer
Codetabelle (11) in einen binär codierten Wert für die
absolute Stellung umgerechnet wird, daß der binär codierte
Wert um die richtungsabhängige Korrekturgröße verändert und
mit der durch die Zählimpulse gewonnenen Relativstellung
kombiniert wird.
Priority Applications (4)
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DE19924217168 DE4217168C2 (de) | 1990-12-22 | 1992-05-23 | Sensor zur Erzeugung von elektrischen Signalen, welche die Stellung eines Objektes wiedergeben |
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Publications (2)
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DE4217168C2 DE4217168C2 (de) | 1999-01-28 |
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- 1992-05-23 DE DE19924217168 patent/DE4217168C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE4041491C2 (de) | 1998-03-19 |
DE4217168C2 (de) | 1999-01-28 |
DE4041491A1 (de) | 1992-06-25 |
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