DE4334844C1

DE4334844C1 - Schaltung zur Feststellung des Weges eines in einer Spule verschiebbaren Kerns durch Messung der Induktivität

Info

Publication number: DE4334844C1
Application number: DE19934334844
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl Ing Hilberger
Original assignee: Grau GmbH
Current assignee: Haldex Brake Products GmbH
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Feststellung des Weges eines in einer Spule verschiebbaren Kerns durch Messung der wegabhängigen Induktivität der Spule, mit einem Zeitmeßgerät, einem der Spule vorgeschalteten Schalter und einem der Spule nachgeschalteten Kondensator sowie einem Schwellwert schalter, dessen einer Eingang zwischen Spule und Kondensator und dessen anderer Eingang an einen Spannungsteiler angeschlos sen ist. Diese Schaltung ist Bestandteil eines Regelkreises, der zur Erfassung des Abstandes zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrge stell dient und weiterhin bei der Konstanthaltung dieses Abstandes eingesetzt werden kann.

Eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art ist aus der EP 0 126 846 A2 bekannt. Als Zeitmeßgerät wird ein Mikrocomputer eingesetzt. Außer dem der Spule vorgeschalteten Schalter ist auch ein weiterer Schalter vorgesehen, der zwischen der Spule und dem nachgeschalteten Kondensator vorgesehen ist. Weiterhin ist ein Schwellwertschalter nachgeordnet, dessen einer Eingang zwischen dem Kondensator und dem weiteren Schalter angeschlossen ist und dessen anderer Eingang mit einem Spannungsteiler verbunden ist. Die beiden vorgesehenen Schalter werden von dem Mikrocomputer jeweils gemeinsam geöffnet und geschlossen. Beim Schließen der beiden Schalter wird die Spule und der Kondensator geladen. Beim Öffnen der beiden Schalter wird der Kondensator über einen parallel angeordneten Widerstand entladen. Gemessen wird durch den Schwellwertschalter und den nachgeschalteten Mikrocomputer allein die Entladung des Kondensators. Bei kleiner Bauweise der Teile, insbesondere des Kondensators, ist die für die Auswertung heranziehbare Zeitspanne sehr klein. Damit wird der Meßfehler entsprechend groß. Auch die Baugröße der Spule kann nicht beliebig groß gestaltet werden. Außerdem kann auch der Kondensator nicht beliebig groß gewählt werden, weil mit seiner Baugröße sowohl die Temperaturabhängigkeit als auch die Toleranz seiner Kapazität stark ansteigen.

Eine weitere Ansteuerschaltung für einen induktiven Sensor ist aus der EP-207 218 B1 bekannt. Dabei wird auf einen Kondensator verzichtet, und die Spule mit dem vorgeschalteten Schalter ist direkt mit Masse verbunden. Bei dieser Schaltung wird die Ladezeit der Spule allein bis zum Erreichen bzw. Überschreiten eines vorher bestimmten Wertes gemessen. Diese Schaltung weist vorteilhaft eine geringe Anzahl von Bauteilen auf und besitzt eine große Temperaturstabilität. Allerdings ist es zur Erreichung dieser Temperaturstabilität erforderlich, weitere Regelkreise vorzusehen, nämlich einen Stromregler und einen Spannungsregler. Weiterhin stellt es einen Vorteil dar, daß bei Inkaufnahme dieses Aufwandes eine Proportionalität zwischen dem Weg des Kerns in der Spule und der Größe des Meßwertes entsteht. Nachteilig ist an dieser Schaltung der erhöhte Regelungsaufwand. Außerdem wird beim Laden der Spule der eingestellte Vergleichs wert relativ schnell erreicht, so daß nur eine kurze Zeitspanne zur Verfügung steht, um den Meßwert zu verarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß eine zeitlich länger andauernde Meßgröße entsteht, damit mehr Zeit für die Auswertung und die Ansteuerung entsprechender Regelein richtungen zur Verfügung steht. Außerdem soll die Meßgröße möglichst proportional zu dem Weg des Kerns in der Spule sein.

Erfindungsgemäß wird dies bei der Schaltung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß zur Messung der Lade- und/oder Entladezeit der Spule und des Kondensators parallel zu der Spule zwei in Reihe geschaltete Widerstände vorgesehen sind und daß zwischen den beiden Widerständen ein Entladeschalter für die Entladung der Spule und des Kondensators angeschlossen ist.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, nicht nur die Entlade zeit des Kondensators allein, sondern die Ladezeit und/oder Entladezeit von Spule und Kondensator gemeinsam zu messen. Die größere Einheit aus Spule und Kondensator benötigt insoweit zum Laden wie auch zum Entladen jeweils eine größere Zeitspanne, so daß die Meßgröße zeitlich gedehnt anfällt und genügend Zeit besteht, um Regelvorgänge anzusteuern und durchzuführen. Außerdem besitzen die Spule einerseits und der Kondensator andererseits beim Laden wie auch beim Entladen entgegengesetzt gekrümmte Lade- bzw. Entladekurven, so daß bei der Superposition weitgehend Proportionalität entsteht. Während bisher bei Verwendung normal großer Bauteile die Meßgröße ein Zeitintervall von 500 µsec zur Verfügung stand, wird jetzt etwa der doppelte Wert erreicht. Eine aufwendige Regelschaltung für den Strom und die Spannung kommen in Fortfall, weil die gegensätzlich gekrümm ten Lade- und Entladekurven der Spule und des Kondensators ausgenutzt werden.

Der Spule und dem Schalter kann mindestens eine weitere Spule mit einem weiteren vorgeschalteten Schalter parallel geschaltet sein, wobei in jeder zu dem Entladeschalter führenden Leitung eine Diode angeordnet ist, deren Durchlaßrichtung dem Entlade schaltung zugekehrt ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Wege der Kerne an mehreren Spulen bzw. Wegaufnehmern in einer getakteten Folge zu erfassen, beispielsweise von zwei Wegaufneh mern an der Hinterachse und einem Wegaufnehmer an der Vorder achse eines Nutzfahrzeuges. Mit der Schaltung können dann alle drei Meßstellen verfolgt und ausgewertet werden. Die Anordnung der Dioden ist erforderlich, um die getaktete Auswertung zu erreichen und innerhalb einer Zeitspanne immer nur eine Spule in der Zusammenschaltung mit dem nur einmal vorgesehenen Kondensator zu messen.

Es ist möglich, nur die Ladezeiten von Spule und Kondensator zu messen. Es ist auch möglich, nur die Entladezeiten von Spule und Kondensator zu messen, und es ist drittens möglich, beides zu messen, was den besonderen Vorteil erbringt, daß eine noch größere Zeitspanne für die Aussteuerung und Durchführung von Regelvorgängen zur Verfügung steht. Zur Messung der Lade- und der Entladezeit der Spule und des Kondensators sind dann zwei Schwellwertschalter vorgesehen, von denen der eine die Entladung der Spule und des Kondensators mißt und der andere die Entladung der Spule und des Kondensators über einen Impuls einleitet, wobei der Ausgangsanschluß des anderen Schwellwertschalters mit dem Setzeingang eines Flip-Flops verbunden ist, dessen Ausgang einerseits zu dem der Spule vorgeschalteten Schalter führt und andererseits an den Entladeschalter angeschlossen ist. Hier tritt der besondere Vorteil auf, daß die Zeitspanne der Meßgröße entsprechend noch größer wird.

Die beiden Schwellwertschalter, der Flip-Flop und der Entlade schalter können in einem Schaltglied baulich zusammengefaßt sein. Dieses Schaltglied kann auch den Spannungsteiler für die beiden Schwellwertschalter enthalten. Ein solches Schaltglied ist als preiswertes Bauteil mit der Bezeichnung Timer 555 bekannt.

Als Zeitmeßgerät kann vorteilhaft ein Mikrocomputer vorgesehen sein, der den Meßvorgang steuert. Der Mikrocomputer kann weiter hin auch so ausgebildet sein, daß durch ihn weitere Steuer- und Regelvorgänge ausgelöst werden.

Die Erfindung wird anhand bevor zugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schaltplan der Schaltung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Schaltung,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Schaltung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Schaltung in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6 ein Zeitdiagramm der Schaltung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Schaltung in einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 8 ein Zeitdiagramm der Schaltung gemäß Fig. 7.

In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltplan ist die Spule 1 dargestellt, an der der Weg eines nicht weiter verdeutlichten Kerns ermittelt werden soll. Der Spule 1 ist ein Schalter 2 vorgeschaltet, der mit einer Spannungsquelle 3 in Verbindung steht. Von der Spule 1 führt eine Leitung 4 über einen Kondensator 5 zur Masse 6. Parallel zu der Leitung 4 zwischen Spannungsquelle 3 und dem Kondensator 5 ist eine Leitung 7 vorgesehen, in der zwei Widerstände 8 und 9 angeordnet sind. Zwischen den beiden Widerständen 8 und 9 zweigt von der Leitung 7 eine Leitung 10 ab, die ebenfalls zur Masse 6 führt und in der ein Entladeschalter 11 angeordnet ist.

Es ist ein mindestens als Zeitmeßgerät ausgebildeter Mikrocompu ter 12 vorgesehen, der einen Ausgangsanschluß 13 besitzt, von dem eine Steuerleitung 14 zu dem Schalter 2 führt. Von der Steuerleitung 14 zweigt eine Steuerleitung 15 ab, die zu dem Entladeschalter 11 führt und in der eine Diode 16 in der dargestellten Richtung eingeschaltet ist.

Die beiden Leitungen 4 und 7 sind vor dem Kondensator 5 in einem Knoten 17 zusammengeführt, der mit dem einen Eingangsanschluß 18 eines Schwellwertschalters 20 verbunden ist. Der andere Eingangsanschluß 19 des Schwellwertschalters 20 ist an einen Spannungsteiler 21 mit den beiden Widerständen 22 und 23 angeschlossen. Von dem Ausgangsanschluß 24 des Schwellwertschal ters 20 führt eine Leitung 25 zum Mikrocomputer 12 bzw. zu dessen Eingangsanschluß 26.

Für den Fall, daß mit der Schaltung nicht nur die eine Spule 1, sondern auch noch eine weitere Spule 27 überwacht werden soll, ist entsprechend zu dem Schalter 2 ein weiterer vorgeschalteter Schalter 28 vorgesehen, zu dem von einem weiteren Ausgangsan schluß 29 am Mikrocomputer 12 eine Leitung 30 führt. Von der Leitung 30 zweigt eine Leitung 31 mit Diode 32 ab, die ebenfalls zu dem Entladeschalter 11 führt. Die Schalter 2 und 28 sind als Schließer ausgebildet, während es sich bei dem Entladeschalter 11 um einen Öffner handelt.

Für eine Messung steuert der Mikrocomputer 12 an seinem Ausgangsanschluß 13 ein Signal aus, welches über die Leitung 14 zu dem Schalter 2 gelangt und diesen in die geschlossene Position überführt. Damit wird der Stromkreis zwischen der Spannungsquelle 3 über die Leitung 4, die Spule 1 und den Kondensator 5 bis zur Masse 6 geschlossen, und sowohl die Spule 1 wie auch der Kondensator 5 werden geladen. Da in der Leitung 7 kein Schalter vorgesehen ist, steht der Widerstand 8 ständig unter Strom. Durch die Parallelschaltung der beiden Widerstände 8 und 9 zu der Spule 1 findet eine entsprechende Aufteilung des Ladestroms auf die Spule 1 einerseits und die Widerstände 8 und 9 andererseits statt. Dies bedeutet, daß die Spule 1 einen vergleichsweise geringeren Ladestrom erfährt. Auf den Kondensator 5 hingegen wirkt der volle Ladestrom ein. Während des Ladevorganges nimmt der Ladestrom ab und die Spannung zu. Die Spannung des Knotens 17 wird von dem Schwellwertschalter 20 am Eingangsanschluß 18 erfaßt. Sobald die Spannung am Eingangsanschluß 18 den an dem Eingangsanschluß 19 über den Spannungsteiler 21 anstehenden Spannungswert überschreitet, gibt der Schwellwertschalter 20 über seinen Ausgangsanschluß 24 und die Leitung 25 ein Signal zu dem Mikrocomputer 12. In dem Mikrocomputer 12 wird die Zeitspanne ermittelt, die zwischen dem Signal am Ausgangsanschluß 13 und am Eingangsanschluß 26 abgelaufen ist. In der Folge wird dann das Signal am Ausgangsan schluß 13 gelöscht und der Schalter 2 in die Offenstellung überführt. Gleichzeitig damit wird der Entladeschalter 11, der bisher geöffnet war, in die geschlossene Stellung überführt, so daß der Entladevorgang der Spule 1 und des Kondensators 5 über den Widerstand 9 ablaufen kann. Dabei sinkt die Spannung am Knoten 17 ab.

Die zeitliche Abfolge und das Zusammenwirken ist in Fig. 2 dargestellt. Über der Abszisse als Zeit ist zunächst in der Linie 33 dargestellt, wie das Signal an dem Ausgangsanschluß 13 des Mikrocomputers 12 verläuft. Zu einem gewissen Zeitpunkt wird das Signal entstehen, und zu einem zweiten Zeitpunkt wird es wieder gelöscht. Parallel dazu verläuft die Kennlinie 34 des Schalters 2. Der Entladeschalter 11 verhält sich gemäß Linie 35 umgekehrt. Die Linie 36 stellt den Impuls des Schwellwertschal ters 20 an seinem Ausgangsanschluß 24 dar. Es ist erkennbar, wie das Auftreten dieses Impulses zum Umschalten der anderen Elemente führt. Schließlich ist in der Linie 37 der zunächst ansteigende und dann abfallende Spannungsverlauf an dem Knoten 17 dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, die auf der gemäß Fig. 1 aufbaut. Anders als dort ist hier der Schalter 2 als Öffner und der Schalter 11 als Schließer ausgebildet. Der Knoten 17 ist an dem Eingangsanschluß 18 angeschlossen, während der Eingangsanschluß 19 des Schwellwertschalters 38 mit dem Spannungsteiler 21 verbunden ist. Es findet hier ein etwas anders ausgebildeter Schwellwertschalter 38 Verwendung, der als Unterspannungsdetektor ausgebildet ist. Fig. 4 zeigt wiederum den zugehörigen Kennlinienverlauf. Bei dem Ausführungs beispiel der Fig. 3 und 4 wird der Entladevorgang gemessen, während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 der Ladevorgang gemessen wurde.

Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, daß sowohl das Laden wie auch das Entladen der Spule 1 und des Kondensators 5 überwacht werden. Zu diesem Zweck sind auch in der dargestellten Schaltung sowohl der Schwellwert schalter 20 wie auch der Schwellwertschalter 38 vorgesehen. Der Spannungsteiler 21 besitzt einen weiteren Widerstand 39. Vom Ausgangsanschluß 24 des Schwellwertschalters 20 führt die Leitung 15 zu einem Flip-Flop 40 bzw. dessen Setzeingang 41. Die Leitung 14 führt von dem Ausgangsanschluß 13 des Mikrocomputers 12 zu dem Rücksetzeingang 42 des Flip-Flops 40. In der Leitung 14 ist die Diode 16 angeordnet. Von dem Flip-Flop 40 führt eine Leitung 43 zu dem Entladeschalter 11, der hier als Transistor ausgebildet ist. Es zweigt eine Leitung 44 zu dem ebenfalls als Transistor ausgebildeten Schalter 2 ab. Von der Spule 1 führt die Leitung 4 zu dem Knoten 17 vor dem Kondensator 5. In dieser Leitung 4 ist der Spule 1 nachgeschaltet ein als Transistor ausgebildeter Schalter 45 vorgesehen. Von dem führt andererseits eine Leitung 46 zu dem Ausgangsanschluß 13 des Mikrocomputers 12. Eine zweite zu überwachende Spule 27 ist parallel angeord net. Weiterhin ist noch eine dritte parallelgeschaltete Spule 47 angedeutet. Entsprechendes gilt für weitere Schalter und Leitungsverbindungen.

Der zeitliche Ablauf der Kennlinien ist wiederum in Fig. 6 dargestellt. Eine Linie 48 verdeutlicht den Verlauf des Stromes im Knoten 17 bei Berücksichtigung des Kondensators 5 allein. Ebenso zeigt die Linie 49 den Verlauf des Stromes im Knoten 17 für die Spule 1. Man erkennt, wie die Teilbereiche der Kurven unterschiedlich gekrümmt sind. Hieraus entsteht in Überlagerung die weitgehend lineare Spannung gemäß Linie 37. Die Linie 50 gibt den Verlauf des Impulses am Ausgangsanschluß 25 des Schwellwertschalters 38 wieder. Man sieht anhand der Zeitspanne 51, daß diese vergleichsweise größer ist, weil hier sowohl die Ladung wie auch die Entladung gemessen wurde.

In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform darge stellt, bei der verschiedene Elemente in der gezeigten Schaltung und Anordnung vorgesehen sind. Eine Vielzahl der Elemente ist in einem Schaltglied 52 zusammengefaßt, welches als bereits entwickeltes Bauteil zur Verfügung steht und preisgünstig verwendet werden kann. Fig. 8 zeigt wiederum den Verlauf der verschiede nen Linien bzw. Kurven.

Bezugszeichenliste

1 Spule
2 Schalter
3 Spannungsquelle
4 Leitung
5 Kondensator
6 Masse
7 Leitung
8 Widerstand
9 Widerstand
10 Leitung
11 Entladeschalter
12 Mikrocomputer
13 Ausgangsanschluß
14 Steuerleitung
15 Steuerleitung
16 Diode
17 Knoten
18 Eingangsanschluß
19 Eingangsanschluß
20 Schwellwertschalter
21 Spannungsteiler
22 Widerstand
23 Widerstand
24 Ausgangsanschluß
25 Leitung
26 Eingangsanschluß
27 Spule
28 Schalter
29 Ausgangsanschluß
30 Leitung
31 Leitung
32 Diode
33 Linie
34 Kennlinie
35 Linie
36 Linie
37 Linie
38 Schwellwertschalter
39 Widerstand
40 Flip-Flop
41 Setzeingang
42 Rücksetzeingang
43 Leitung
44 Leitung
45 Schalter
46 Leitung
47 Spule
48 Linie
49 Linie
50 Linie
51 Zeitspanne
52 Schaltglied

Claims

1. Schaltung zur Feststellung des Weges eines in einer Spule (1) verschiebbaren Kerns durch Messung der wegabhängigen Induktivi tät der Spule (1), mit einem Zeitmeßgerät, einem der Spule vorgeschalteten Schalter (2) und einem der Spule nachgeschalte ten Kondensator (5) sowie einem Schwellwertschalter (20 oder 38), dessen einer Eingang zwischen Spule (1) und Kondensator (5) und dessen anderer Eingang an eine Spannungsteiler (21) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Lade- und/oder Entladezeit der Spule (1) und des Kondensators (5) mit dem Zeitmeßgerät parallel zu der Spule (1) zwei in Reihe geschaltete Widerstände (8, 9) vorgesehen sind und daß zwischen den beiden Widerständen (8, 9) ein Entladeschalter (11) für die Entladung der Spule (1) und des Kondensators (5) angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spule (1) und dem Schalter (2) mindestens eine weitere Spule (27) mit einem weiteren vorgeschalteten Schalter (28) parallel geschaltet ist und daß in jeder zu dem Entladeschalter (11) führenden Leitung (15) eine Diode (16) angeordnet ist, deren Durchlaßrichtung dem Entladeschalter (11) zugekehrt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Lade- und Entladezeit der Spule (1) und des Kondensators (5) zwei Schwellwertschalter (20, 38) vorgesehen sind, von denen der eine die Entladung der Spule (1) und des Kondensators (5) mißt und der andere die Entladung der Spule (1) und des Kondensators (5) über einen Impuls einleitet, wobei der Ausgangsanschluß (24) des anderen Schwellwertschalters (20) mit dem Setzeingang (41) eines Flip-Flops (40) verbunden ist, dessen Ausgang einerseits zu dem der Spule (1) vorgeschalteten Schalter (2) führt und andererseits an den Entladeschalter (11) angeschlossen ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwellwertschalter (26, 38), der Flip-Flop (40) und der Entladeschalter (11) in einem Schaltglied (52) baulich zusammen gefaßt sind.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß als Zeitmeßgerät ein Mikrocomputer (12) vorgesehen ist.