DE4316636A1 - Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fahr­ zeugstraßenradgeschwindigkeitssensor zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das von Rädern getragen wird, und insbeson­ dere auf einen Geschwindigkeitssensor für Fahr­ zeugstraßenräder zum Messen der Rotationsgeschwindigkeit ei­ nes der Fahrzeugstraßenräder in Abhängigkeit einer pulsför­ migen Änderung im magnetischen Fluß, der zusammen mit der Rotation des einen Rades erzeugt wird.

Ein derartiger Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstra­ ßenräder ist zum Beispiel in dem japanischen Gebrauchsmuster Kokai Nr. 3-25275 offengelegt. Der herkömmliche Geschwindig­ keitssensor für Fahrzeugstraßenräder ist mit einem Rotor verbunden, der zur synchronen Rotation mit einem der Fahr­ zeugstraßenräder des Fahrzeugs montiert ist, um ein Impuls­ signal zu erzeugen, das eine Wiederholungsrate proportional zur Rotationsgeschwindigkeit eines der Fahrzeugstraßenräder besitzt. Das Impulssignal wird angelegt, um einen Transistor an- und auszuschalten, um ein Sensorsignal zu erzeugen, in Abhängigkeit dessen eine Steuerungseinheit die Rotationsge­ schwindigkeit des einen Straßenrades berechnet. Der herkömm­ liche Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder ist über drei Verbindungsleitungen mit der Steuerungseinheit verbunden, nämlich der Spannungsleitung, der Erdleitung und der Signalleitung. Bei dem herkömmlichen Geschwindigkeits­ sensor für Fahrzeugstraßenräder ist es jedoch unmöglich eine Unterbrechung in den Verbindungsleitungen auf der Basis des Sensorsignals festzustellen, wie hiernach im Detail be­ schrieben wird.

Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, einen einfachen und preiswerten Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßen­ räder zur Verfügung zu stellen, der ein Sensorsignal erzeu­ gen kann, das zum Feststellen von Versagen oder Bruch der Leitungen zwischen dem Geschwindigkeitssensor für Fahr­ zeugstraßenräder und der Steuerungseinheit verwendet werden kann.

Diese und weitere Aufgaben werden durch den in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierten Geschwindigkeitssensor gelöst.

Insbesondere wird entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung bereitgestellt ein Straßenradgeschwindigkeitssensor zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das von Fahrzeugstraßen­ rädern getragen wird. Der Geschwindigkeitssensor umfaßt einen Prozessor, Vorrichtungen zum Erzeugen von impulsförmi­ gen Veränderungen im magnetischen Fluß im Zusammenhang mit der Rotation eines Straßenrades, einen Signalwandler zum Um­ wandeln der impulsförmigen Änderung des magnetischen Flusses in ein rechteckiges Impulssignal, eine Spannungsleitung zur Verbindung des Signalwandlers mit einer Spannungsquelle, eine Signalleitung zur Verbindung des Signalwandlers mit dem Prozessor und einen Transistor, der auf das rechteckige Im­ pulssignal reagiert, um zwischen leitenden und nicht-leiten­ den Zuständen hin- und herzuschalten. Der Transistor besitzt eine Basiselektrode zum Empfang des rechteckigen Impulssi­ gnals, eine Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode, die mit der Signalleitung verbunden ist. Der Geschwindig­ keitssensor umfaßt außerdem einen ersten Widerstand, der zwischen der Spannungsleitung und der Signalleitung ange­ schlossen ist, einen zweiten Widerstand, der zwischen der Spannungsleitung und der Emitterelektrode des Transistors angeschlossen ist, und einen dritten Transistor, der zwi­ schen der Signalleitung und Erde angeschlossen ist. Der Pro­ zessor berechnet die Rotationsgeschwindigkeit des Straßenra­ des in Abhängigkeit von der Spannung über dem dritten Wider­ stand.

Die Erfindung wird im größeren Detail unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den bei­ gefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Aus­ führungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensors für Fahr­ zeugstraßenräder nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht des Geschwindigkeitssensors für Fahrzeugstraßenräder der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Spannungskurve, die die an dem Aus­ gangssignalpegel-Detektionswiderstand der Fig. 1 abfallende Spannung zeigt.

Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenrä­ der zeigt.

Fig. 5 zeigt eine Spannungskurve, die die in dem her­ kömmlichen Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder erzeugte Spannung zeigt.

Vor der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung wird der herkömmliche Geschwindigkeits­ sensor für Fahrzeugstraßenräder der Fig. 4 kurz diskutiert, um eine Basis für ein besseres Verständnis der damit verbun­ denen Schwierigkeiten zu bilden.

Fig. 4 zeigt einen herkömmlichen Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder, wie er zum Beispiel in dem japani­ schen Gebrauchsmuster Kokai Nr. 3-25275 offengelegt ist. Der herkömmliche Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenrä­ der, der in einem Antiblockierbremssystem verwendet wird, umfaßt einen Loch-IC 104, der mit einem Rotor 101 verbunden ist, der auf einem Fahrzeugstraßenrad montiert ist, um sich synchron mit diesem zu drehen. Der Rotor 101 besitzt eine Mehrzahl von Permanentmagneten 102, die um den Rotor 101 so angeordnet sind, daß sich ihre Pole abwechseln, so daß sie eine pulsförmige Änderung im magnetischen Fluß bei der Rota­ tion des Rotors 101 erzeugen. Der Loch-IC 104 umfaßt ein Lo­ chelement 105, einen Auslöseverstärkerschaltkreis 106, einen Transistor Tr2 und einen Pull-up-Widerstand R4. Das Lochele­ ment 105 ist magnetisch mit einem Magnetkreis mit den Perma­ nentmagneten 102 gekoppelt. Das Lochelement 105 wird durch eine Spannungsleitung 107 mit Spannung versorgt und über eine Erdleitung 112 geerdet. Das Lochelement 105 erzeugt als Ergebnis der Änderungen im magnetischen Fluß, die durch die Rotation des Rotors 101 erzeugt werden, ein Wechselspan­ nungssignal an seinem Ausgangsanschluß. Das Wechselspan­ nungssignal wird von dem Lochelement 105 an den Auslösever­ stärkerschaltkreis 106 angelegt. Der Auslöseverstärker­ schaltkreis 106, der durch die Spannungsleitung 107 mit Spannung versorgt wird und durch die Erdleitung 112 geerdet wird, formt die Wellenform des daran angelegten Wechselspan­ nungssignals in eine rechteckige Wellenform um, wie in Fig. 5 gezeigt. Das geformte und verstärkte Signal wird von dem Auslöseverstärkerschaltkreis 106 zum Betreiben des Transi­ stors Tr2 angelegt. Zu diesem Zwecke besitzt der Auslösever­ stärkerschaltkreis 106 einen mit der Basiselektrode des Transistors Tr2 verbundenen Ausgangsanschluß. Die Kollektor­ elektrode des Transistors ist mit der Erdleitung 112 verbun­ den. Die Emitterelektrode des Transistors Tr2 ist mit einer Ausgabeleitung 115 verbunden. Der Widerstand R4 ist zwischen den Spannungs- und Erdleitungen 107 und 115 angeschlossen. Der Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 103 ist über Verbindungsleitungen 111, 114 und 118 mit einer Steuerungseinheit 108 verbunden, die an einer von dem Ge­ schwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 103 entfernten Position angeordnet ist. Die Steuerungseinheit 108 umfaßt eine Spannungsquelle 109 zum Versorgen des Geschwindigkeits­ sensors für Fahrzeugstraßenräder 103 mit Spannung und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 116 zum Feststellen der Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer daran von dem Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 103 ange­ legten Spannung V. Die Spannungsquelle 109 ist über eine Spannungsleitung 110 mit der Verbindungsleitung 111 verbun­ den, die ihrerseits mit der Spannungsleitung 107 verbunden ist. Die Erdleitung 112 ist über die Verbindungsleitung 112 mit einer Erdleitung 113 verbunden, die in der Steuerungs­ einheit 108 geerdet ist. Die Ausgangsleitung 115 ist über die Verbindungsleitung 118 mit einer Leitung 117 verbunden, die mit der CPU 116 verbunden ist.

Nach dem Start des Fahrzeugs dreht sich der Rotor 101 und schaltet den Transistor Tr2 in Zeitintervallen an und aus, welche proportional der Rotationsgeschwindigkeit des Straßenrades sind. Wenn der Transistor Tr2 ausgeschaltet ist (das heißt, wenn er sich im nicht-leitenden Zustand befin­ det), befindet sich das Potential V der Leitung 117 bezüg­ lich der Erde auf einem hohen Pegel gleich der Spannung V_off, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn der Transistor Tr2 ange­ schaltet ist (das heißt, daß er sich im leitenden Zustand befindet), befindet sich das Potential V der Leitung 117 be­ züglich der Erde auf einem niedrigen Pegel bei dem Erdpoten­ tial GND (=0).

Bei einem Blockierzustand des Fahrzeugstraßenrads bleibt der Transistor Tr2 angeschaltet oder ausgeschaltet und hält das Potential V auf dem niedrigen Pegel V_on (=0) oder auf dem hohen Pegel V_off. Das Potential V wird auf dem niedrigen Pegel V_on (=0) gehalten, wenn wenigstens eine der Verbin­ dungsleitungen 111 und 118 unterbrochen ist, und wird auf dem hohen Pegel V_off gehalten, wenn die Verbindungsleitung 114 unterbrochen ist. Das heißt, daß die festgestellte Span­ nung V auf dem hohen oder dem niedrigen Pegel verbleibt, sowohl wenn das Rad blockiert ist als auch wenn eine der Verbindungsleitungen 111, 114 und 118 unterbrochen ist. Mit dem herkömmlichen Straßenradgeschwindigkeitsdetektor ist es daher unmöglich, eine Unterbrechung in den Verbindungslei­ tungen 111, 114 und 118 basierend auf der festgestellten Spannung V festzustellen. Darüberhinaus erfordert der her­ kömmliche Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder drei Verbindungsleitungen 111, 114 und 118, was einen teuren Sensor bewirkt.

In Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ge­ schwindigkeitssensors für Fahrzeugstraßenräder nach der vor­ liegenden Erfindung gezeigt. Der Geschwindigkeitssensor für Straßenfahrzeuge, allgemein mit dem Bezugszeichen 3 bezeich­ net, umfaßt einen Loch-IC 4, der mit einem Rotor 1 verbunden ist, der auf einem Fahrzeugstraßenrad für eine synchrone Ro­ tation mit demselben montiert ist. Der Rotor 1 besitzt eine Mehrzahl von Permanentmagneten 2, die so um den Rotor 1 herum angeordnet sind, daß sich ihre Pole abwechseln, so daß eine impulsförmige Veränderung im magnetischen Fluß mit der Rotation des Rotors 1 erzeugt wird. Der Loch-IC 4 umfaßt ein Lochelement 5, einen Auslöseverstärkerschaltkreis 6, einen Transistor Tr1, einen Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwi­ derstand R1, einen Hochpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R2 und einen Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3. Das Lochelement 5 ist magnetisch in einem magnetischen Kreis mit den Permanentmagneten 2 gekoppelt. Das Lochelement 5 wird über eine Spannungsleitung 7 mit Spannung versorgt und ist mit einer Signalleitung 12 verbunden. Das Lochelement 5 er­ zeugt ein Wechselspannungssignal an seinem Ausgangsanschluß als Ergebnis der mit der Rotation des Rotors 1 erzeugten Än­ derungen des magnetischen Flusses. Das Wechselspannungssi­ gnal wird von dem Lochelement 5 an den Auslöseverstärker­ schaltkreis 6 angelegt. Der Auslöseverstärkerschaltkreis 6, der durch die Spannungsleitung 7 mit Spannung versorgt wird und mit der Signalleitung 12 verbunden ist, formt die Wel­ lenform des daran angelegten Wechselspannungssignals in eine rechteckige Wellenform um. Das geformte und verstärkte Si­ gnal (rechteckiges Impulssignal) wird von dem Auslösever­ stärkerschaltkreis 6 zum Betreiben des Transistors Tr1 ange­ legt. Zu diesem Zweck besitzt der Auslöseverstärkerschalt­ kreis einen mit der Basiselektrode des Transistors Tr1 ver­ bundenen Ausgangsanschluß. Die Kollektorelektrode des Tran­ sistors ist mit der Signalleitung 12 verbunden. Die Emitter­ elektrode des Transistors Tr1 ist über den Hochpegelaus­ gangsstrom-Einstellwiderstand R2 mit der Spannungsleitung 7 verbunden. Der Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1 ist zwischen der Spannungsleitung 7 und der Signalleitung 12 angeschlossen.

Der Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 3 ist über zwei Verbindungsleitungen 11 und 15 mit einer Steuerungseinheit 8 verbunden, die in einer von dem Ge­ schwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder entfernten Po­ sition angebracht ist. Die Steuerungseinheit 8 umfaßt eine konstant geregelte Spannungsversorgung 9 zum Zuführen von Spannung zum Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 3 und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 13 zum Fest­ stellen der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugstraßenrads in Abhängigkeit von einer über den Ausgangssignalpegel-De­ tektorwiderstand R3 abfallenden Spannung V. Die Spannungs­ versorgung 9 ist über eine Spannungsleitung 10 mit der Ver­ bindungsleitung 11 verbunden, die ihrerseits mit der Span­ nungsleitung 7 verbunden ist. Die Signalleitung 12 ist über die Verbindungsleitung 15 mit einer Leitung 14 verbunden, die mit der CPU 13 verbunden ist und auch über den Ausgangs­ signalpegel-Detektorwiderstand R3 geerdet ist.

In Fig. 2 ist der Geschwindigkeitssensor für Fahr­ zeugstraßenräder in einer Form gezeigt, bei der Schaltkreise 21, 22 und 23 auf einer Schaltkreistafel 20 gedruckt sind, wobei der Loch-IC 4, der Widerstand R1 und der Widerstand R2 mit den Schaltkreisen 21, 22 und 23 verlötet sind. Die Ver­ bindungsleitungen 11 und 15 besitzen Anschlußpunkte 23 und 24, die mit den Schaltkreisen 21 und 22 verbunden sind, die jeweils den Spannungs- und Signalleitungen 7 und 12 entspre­ chen. Die Schaltkreistafel 20, auf der der Loch-IC 4, der Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1 und der Hochpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R2 angeordnet sind, ist in einem nicht gezeigten Gehäuse eingeschlossen, das aus einem unmagnetischen Material wie etwa aus Alumi­ nium, Kunstharz oder dergleichen besteht.

In Fig. 3 ist der Betrieb des Geschwindigkeitssensors für Straßenfahrzeugräder nach der vorliegenden Erfindung be­ schrieben. Nach dem Start des Fahrzeugs dreht sich der Rotor 1 und schaltet den Transistor Tr1 in Zeitintervallen, die der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugstraßenrads propor­ tional sind, an und aus. Wenn der Transistor Tr1 ausgeschal­ tet ist (das heißt, daß er sich im nicht-leitenden Zustand befindet), ist der von dem Geschwindigkeitssensor für Fahr­ zeugstraßenräder 3 an die Steuerungseinheit 8 ausgegebene Strom It(off) gleich der Summe des Stromes Ii, der in dem Loch-IC 4 verbraucht wird, und des Stromes I1 durch den Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1. Daher be­ findet sich die über den Ausgangssignalpegel-Detektorwider­ stand R3 abfallende Spannung V auf einem niedrigen Pegel V_off der sich ergibt aus V_off = R3 · (Ii + I1), wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn der Transistor Tr1 an ist (oder sich im lei­ tenden Zustand befindet), ist der von dem Geschwindigkeits­ sensor für Fahrzeugstraßenräder 3 an die Steuerungseinheit 8 ausgegebene Strom It(on) gleich der Summe des Stromes Ii, der in dem Loch-IC 4 verbraucht wird, des Stromes I1 durch den Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1 und des Stromes I2 durch den Hochpegelausgangsstrom-Einstellwider­ stand R2. Also befindet sich die über dem Ausgangssignalpe­ gel-Detektorwiderstand R3 abfallende Spannung V auf einem hohen Pegel V_on, der sich ergibt als V_on = R3 · (Ii + 11 + I2).

Bei einem Blockierzustand der Fahrzeugstraßenräder hält der Rotor 1 seine Rotation an und es wird keine Änderung im magnetischen Fluß erzeugt. In diesem Fall bleibt der Transi­ stor Tr1 angeschaltet oder ausgeschaltet und hält die Span­ nung über den Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 auf dem niedrigen Pegel V_on oder auf dem hohen Pegel V_off. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die hohen und niedrigen Pegel V_on und V_off von Null verschieden sind. Wenn wenigstens eine der Verbindungsleitungen 11 und 15 unterbrochen ist, wird die über dem Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 ab­ fallende Spannung V gleich Null, wie in Fig. 3 gezeigt. Da die über den Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 ab­ fallende Spannung V unterschiedlich ist, je nachdem ob das Fahrzeugstraßenrad blockiert ist oder wenigstens eine der Verbindungsleitungen 11 und 15 unterbrochen ist, ist es mit dem Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder nach der vorliegenden Erfindung möglich, die Unterbrechung in den Verbindungsleitungen 11 und 15 festzustellen, wenn die über den Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 abfallende Spannung gleich Null ist. Außerdem erfordert der Geschwin­ digkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder nach der vorliegen­ den Erfindung nur zwei Verbindungsleitungen zur Verbindung des Fahrzeugsradgeschwindigkeitssensors mit einer Steue­ rungseinheit.

Claims (1)

1. Straßenradgeschwindigkeitssensor zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das von Fahrzeugstraßenrädern getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitssensor umfaßt:
   einen Prozessor (13),
   Vorrichtungen (1, 2, 5) zum Erzeugen von impulsförmigen Veränderungen im magnetischen Fluß im Zusammenhang mit der Rotation eines der Straßenräder,
   einen Signalwandler (6) zum Umwandeln der impulsförmigen Änderung des magnetischen Flusses in ein rechteckiges Im­ pulssignal,
   eine Spannungsleitung (7) zur Verbindung des Signalwand­ lers mit einer Spannungsquelle (9),
   eine Signalleitung (12) zur Verbindung des Signalwand­ lers mit dem Prozessor,
   einen Transistor (Tr1), der auf das rechteckige Im­ pulssignal reagiert, um zwischen leitenden und nicht-leiten­ den Zuständen hin- und herzuschalten, wobei der Transistor eine Basiselektrode zum Empfang des rechteckigen Impulssi­ gnals, eine Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode, die mit der Signalleitung verbunden ist, besitzt,
   einen ersten Widerstand (R1), der zwischen der Span­ nungsleitung und der Signalleitung angeschlossen ist,
   einen zweiten Widerstand (R2), der zwischen der Span­ nungsleitung und der Emitterelektrode des Transistors ange­ schlossen ist,
   einen dritten Transistor (R3), der zwischen der Signal­ leitung und Erde angeschlossen ist,
   wobei der Prozessor die Rotationsgeschwindigkeit des Straßenrades in Abhängigkeit von der Spannung über dem drit­ ten Widerstand berechnet.