DE4416068A1 - Anzeigevorrichtung mit beweglichem Anzeiger und regelbarer Empfindlichkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit bewegli­ chem Anzeiger und regelbarer Empfindlichkeit, wobei Speichermittel zur Festlegung der Empfindlichkeit einer Ver­ stärkungskette vorgesehen sind, welche zur Steuerung der Auslenkung des Anzeigers in Abhängigkeit eines für eine an­ zuzeigende Größe repräsentativen Signals eingerichtet ist.

Unter Anzeiger ist ein Element zu verstehen, dessen Auslen­ kung oder Position unter ein Anzahl von Positionen eine Funktion des Wertes der anzuzeigenden Größe ist, wobei An­ zeiger mit schwenkbaren, zeichentragenden Elementen, die eine von zwei vorbestimmten, funktionellen Positionen ein­ nehmen können, von der vorliegenden Anmeldung ausgeschlossen sind.

Eine Anzeigevorrichtung mit beweglichem Anzeiger wird z. B. in einem Drehzahlmesser eines Fahrzeugs verwendet, um die Drehgeschwindigkeit des Motors anzuzeigen. Sie besitzt einen Antriebsmechanismus, um den Anzeiger in Abhängigkeit eines Steuersignals auszulenken, dessen Wert auf diese Weise durch die Auslenkung des Anzeigers sichtbar gemacht wird.

Da es darum geht, eine Relativbewegung zwischen einem Kenn­ zeichnungselement und einer Wertereihe zu bewirken, kann der Anzeige eine drehbare Scheibe sein, die auf dem Umfang die Wertereihe trägt, welche unter einem festen Ablesefenster durchläuft.

In den meisten Fällen handelt es sich um einen Zeiger, der sich drehend oder längsverschieblich vor einer Skala bewegt, die eine Wertereihe trägt, die im Fall eines Automotors ei­ nen roten Bereich zu hoher Drehzahl beinhalten kann.

Je nach Fahrzeugtyp ist die entsprechende Grenze veränder­ lich, da zum Beispiel der Motor eines Sportwagens ohne Scha­ den eine höhere Drehzahl erreichen kann als der eines übli­ chen Wagens. Da aber der bei einer Anzeigevorrichtung eines üblichen Wagens vorgesehene Auslenkbereich bereits relativ groß ist, kann dieser Bereich nicht ausgedehnt werden, um die gleiche Anzeigevorrichtung in einem Sportwagen zu ver­ wenden. Es müßte daher für diesen eine Anzeigevorrichtung anderer Bauart verwendet werden, weshalb die Herstellungs­ zahlen kleiner und daher kostenaufwendiger wären.

Es werden tatsächlich nur Anzeigevorrichtungen einer Bauart verwendet, aber für Sportwagen wird die Empfindlichkeit der Anzeigevorrichtung kleiner eingestellt, damit die Größe des Auslenkbereichs unverändert bleibt, wobei folglich die Skala für die Drehgeschwindigkeiten des Motors korrigiert werden muß.

Der Antriebsmechanismus des Anzeigers muß durch eine Steuer­ elektronik gesteuert werden, welche individualisiert ist, d. h. in der die Empfindlichkeit, die die Verstärkungskette für das in dem betrachteten Beispiel von einem Drehgeschwin­ digkeitsaufnehmer kommende, anzuzeigende Signal haben muß, gespeichert ist.

Es sind bereits Anzeigevorrichtungen bekannt, in denen ein numerischer Wert, der diese Empfindlichkeit festlegt, in einem "EEPROM"-Speicher (elektrisch löschbarer Speicher) gespeichert ist, der einer Mikrosteuereinheit zugeordnet ist, welche in Abhängigkeit von dieser Empfindlichkeit den Verstärkungsfaktor bzw. die Empfindlichkeit eines Verstär­ kers regelt, der den Antriebsmechanismus des Anzeigers an­ steuert.

Die Verwendung eines EEPROM-Speichers ist indessen nicht einfach. Weiterhin sind damit nicht unbeträchtliche Kosten verbunden.

Es sind auch Anzeigevorrichtungen bekannt, in denen die Emp­ findlichkeit nicht durch einen EEPROM-Speicher festgelegt wird, sondern durch logische Pegel, die an einen Eingang der Mikrosteuereinheit angelegt werden. Mit diesen logischen Pegeln ist allerdings nur eine begrenzte Wahl diskreter Wer­ te möglich, sofern nicht eine sehr große Anzahl Pegel vor­ gesehen wird und folglich die Komplexität und die Kosten steigen. Außerdem ist der Eingang durch das Format der von der Mikrosteuereinheit verarbeiteten Daten begrenzt. Außer­ dem sind die Verbindungen, die die logischen Pegel liefern, nach der Fertigstellung eines Prototyps in die Fabrikations­ maske der Mikrosteuereinheit integriert, so daß ein Fehler sehr kostenaufwendig ist und eine selbst geringfügige Modi­ fikation der Empfindlichkeit, um z. B. die Bauart der Anzei­ gevorrichtung zu modifizieren, ökonomisch nicht sehr reali­ stisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, die die obengenannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst.

Auf diese Weise ist die Wahl des Werts des Teilungsverhält­ nisses einfach, z. B. durch eine entsprechende Auswahl der Impedanz eines oder mehrerer elektronischer Bauteile oder durch die Regelung von bei der Herstellung eingesetzten Bau­ teilen.

Vorzugsweise ist ein Berechnungsmittel vorgesehen, das dafür eingerichtet ist, ein für das Teilungsverhältnis der Teiler­ brücke repräsentatives Signal aufnehmen, um daraus durch Division durch einen vorbestimmten Koeffizienten die Ziffern geringen Gewichts, die als unsicher eingestuft sind, zu eli­ minieren, und das Ergebnis der Division mit einer vorbe­ stimmten Zahl zu multiplizieren, welche einen Regelschritt der Empfindlichkeit der Verstärkungskette darstellt. Das Modell der Empfindlichkeit ist vorteilhafterweise linear.

Man kann sich auf diese Weise von der z. B. mit der Genauig­ keit der Teilerbrücke verbundenen Unsicherheit befreien und nicht sehr genaue und damit nicht sehr teure Bauteile ver­ wenden. Die das Teilungsverhältnis darstellende Zahl wird somit gewissermaßen auf den nächsten Wert gerundet, der als exakt angenommen sei, und die Empfindlichkeit der Verstär­ kungskette hat dann den gewünschten, exakten Wert.

Die Teilerbrücke ist vorzugsweise eine Widerstandsbrücke.

Auf diese Weise verfügt man über wenig kostspielige Bautei­ le, deren Wert sehr genau und sehr stabil sein kann, insbe­ sondere bezüglich Temperatur und relativer Feuchte, und der gegenüber Störungen wenig empfindlich ist.

Insbesondere wenn die Teilerbrücke eine Reihe vertauschbarer Widerstände aufweist, können diese Widerstände serienmäßig im Werk montiert werden. Dann gibt es nur eine einzige Bau­ art der Anzeigevorrichtung, die anschließend durch Verbinden der gewünschten Widerstände angepaßt wird, z. B. mittels Lei­ tungsbrücken, die in Reihe mit jedem Widerstand angebracht werden, wenn diese untereinander parallel liegen, oder mit Leitungsbrücken, die die Widerstände kurzschließen, wenn sie in Reihe liegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Widerstände einstellbar.

In diesem Fall kann in einer automatischen Fertigungsstraße eine dynamische Regelung der Empfindlichkeit vorgenommen werden, indem ein bestimmtes Signal an den Eingang der Ver­ stärkungskette angelegt wird und ein Widerstand eingestellt wird, bis die gewünschte Auslenkung des Anzeigers erhalten wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dieses nachfol­ gend beispielhaft anhand einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit beweglichem Anzeiger unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung be­ schrieben, welche eine Darstellung mit Funktionsblöcken ist.

Die dargestellte Anzeigevorrichtung gehört in diesem Bei­ spiel zu einem Drehzahlmesser eines Fahrzeugs. Sie weist einen Steuerkreis 1 auf, der einen Antrieb 2 ansteuert, wel­ cher in diesem Beispiel eine drehbare Nadel 3 bewegt.

Der Steuerkreis 1 enthält eine Mikrosteuereinheit 11, deren Eingang mit einem Eingangsanschluß 4 des Steuerkreises 1 verbunden ist und ein Geschwindigkeitssignal erhält, dessen Frequenz proportional zur Drehgeschwindigkeit des Fahrzeug­ motors ist. Die Mikrosteuereinheit 11 ist mit einem Ausgang 5 an den Eingang eines Verstärkers 6 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Ausgangsanschluß 7 des Steuerkreises 1 an einen Steuereingang des Antriebs 2 geht.

Die Mikrosteuereinheit 11 enthält einen Analog/Digitalwand­ ler 12, der auf einem Referenzeingang eine Referenzspannung V_ref erhält, die ebenfalls an einem Ende einer Teilerbrücke anliegt, die hier durch zwei Widerstände 8 und 9 gebildet wird, deren Zwischenpunkt mit einer Spannung V_e an einen Meßeingang des Analog/Digitalwandlers 12 angeschlossen ist und deren entgegengesetztes Ende an Masse liegt. Der Ausgang des Analog/Digitalwandlers 12 ist an einen Rechenblock 13 der Mikrosteuereinheit 11 angeschlossen, der eine Arithme­ tikeinheit 14 und einen Programmspeicher 15 umfaßt.

Ein Verstärker 16 mit über die Mikrosteuereinheit 11 pro­ grammierbarem Verstärkungsfaktor verbindet den Eingang 4 mit dem Ausgang 5, wobei der Rechenblock 13 zwischengeschaltet ist, der das Geschwindigkeitssignal in eine Spannung um­ formt. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 16 wird über ein numerisches Signal 17 aus dem Rechenblock 13 gesteuert.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Steuerkreises be­ schrieben.

Das am Anschluß 4 anliegende Geschwindigkeitssignal steuert den Antrieb 2 über den Verstärker mit programmierbarem Ver­ stärkungsfaktor 16 und den Verstärker 6, wobei der letztere in diesem Beispiel lediglich die Rolle eines Leistungsver­ stärkers mit festem Verstärkungsfaktor spielt.

Der Verstärkungsfaktor bzw. die Empfindlichkeit des Verstär­ kers 16 wird in folgender Weise geregelt.

Der Analog/Digitalwandler 12 verwendet die Spannung V_ref als Referenzspannung für seine Eingangsstufe (nicht darge­ stellt). Die Spannung V_e wird so mit der Spannung V_ref vergli­ chen, und der Analog/Digitalwandler 12 liefert an den Re­ chenblock 13 eine von 0 bis n_max = 2^N-1 ansteigende Zahl n, wobei N eine ganze, positive Zahl ist, die gleich der Anzahl der Bits des Analog/Digitalwandlers 12 ist, wenn sich das Verhältnis V_e/V_ref von null bis eins verändert. In diesem Bei­ spiel ist N = 8.

Für die Klarheit der Darstellung sei angenommen, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 16 linear mit dem Wert des digitalen Signals 17 ansteigt. Ein nicht dargestellter Kreis am Eintritt des Verstärkers 16 wandelt das Signal 17 in eine entsprechende Steuerspannung um.

Der Speicher 15 enthält eine Zahl p, die dem Regelschritt des Signals 17, nämlich 1/(2^N-1)-mal dem Maximalwert des Signals 17, entspricht und eine Funktion der Empfindlichkeit des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 16 in Bezug auf das Signal 17 ist.

Der Rechenblock 13 liest die Zahl p aus dem Speicher 15 aus und multipliziert sie mittels der Arithmetikeinheit 14 mit der Zahl n aus dem Analog/Digitalwandler 12, was das Signal 17 in Form einer Zahl ergibt, die gleich n×p ist und den Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 16 im Verhältnis zu dessen Maximalwert GM im Verhältnis

festlegt.

Selbstverständlich wäre eine analoge Steuerschaltung, die vom Signal V_e ausgeht, um ein analoges Signal 17 zu liefern, ebenso geeignet, soweit sie eine ausreichende Genauigkeit hat.

In diesem Beispiel weisen die Widerstände 8 und 9 eine Tole­ ranz von 1% auf, und es kann davon ausgegangen werden, daß mit dem elektronischen Rauschen und der Genauigkeit des Ana­ log/Digitalwandlers 12 lediglich die ersten sechs Bits der insgesamt N = 8 Bits exakt sind.

Um zu vermeiden, daß das obenerwähnte "Rauschen" bzw. die Unsicherheit berücksichtigt wird, ist der Rechenblock 13 so programmiert, daß er eine Zahl n aus acht Bits nicht an­ nimmt, wenn deren zwei letzte Bits (geringer Wertigkeit) nicht eine bestimmte Zahl unter den vier möglichen Kombina­ tionen dieser beiden Bits geringer Wertigkeit darstellen.

Mit anderen Worten wird unter den 2^N = 256 möglichen Zahlen n eine gequantelte Reihe von 64 gleichverteilten, exakten Zahlen festgelegt, die untereinander durch vier Einheiten getrennt sind, und der Rechenblock 13 berechnet einen gerun­ deten Wert der gemessenen Zahl n, indem er die gequantelte Zahl n auswählt, die der gemessenen Zahl n zunächstliegt, wodurch jeglicher Fehler in der Berechnung des Signals 17 vermieden wird.

Der Fehler in der gemessenen Zahl n kann sich auf negative Weise bemerkbar machen, und er könnte durch Blockierung des Übertrags im Analog/Digitalwandler 12, der sich von den niedrigen auf die höheren Stellen überträgt, den Wert der sechs Bits mit höherem Stellenwert verfälschen.

Um einen solchen Fehler für die Bits mit höherer Wertigkeit zu vermeiden, addiert der Rechenblock 13 zur gemessenen Zahl n zuerst das höhere der beiden Bits geringer Wertigkeit, d. h. zwei Einheiten. Dies bewirkt, daß der Unsicherheitsbe­ reich, der anfänglich auf dem exakten Wert von n (± zwei Einheiten) zentriert war, wobei die Amplitude im wesentli­ chen gleich der Hälfte dieses Bereichs war, in positiver Richtung verschoben wird, wodurch der Unsicherheitsbereich mit Sicherheit in die Zone +0 bis +4 Einheiten oberhalb des exakten Werts n versetzt wird. Es genügt dann, die beiden Bits geringer Wertigkeit zu null zu setzen, um den veran­ schlagten, gequantelten Wert zu erhalten.

Auf das Dezimalsystem angewendet, würde die Korrektur einer als 98 gemessenen Zahl n mit einem Unsicherheitsbereich von ± 5 mit einem Quantelungsschritt von 10, während der theore­ tische Wert von n 100 ist, zur Berechnung 98 + 5 = 103 und zur Unterdrückung der Ziffer 3 führen, um den veranschlagten Wert von n zu erhalten: 100.

Man stellt fest, daß im Gegensatz dazu vorgesehen sein kann, den Wert der Widerstände 8 und 9 so zu wählen, daß sie eine Zahl n liefern, die etwas größer ist als die gewünschte, gequantelte Zahl, so daß die Lage des Unsicherheitsbereichs auf diese Weise systematisch in positiver Richtung verscho­ ben wird, so daß er gerade oberhalb der gequantelten Zahl n liegt. Dies ermöglicht es dann, die gequantelte Zahl n durch einfaches Abschneiden der gemessenen Zahl n zu bestimmen, ohne vorab die oben beschriebene Addition der beiden Einhei­ ten geringen Stellenwerts vorzunehmen.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die beiden Bits gerin­ gen Stellenwerts durch Abschneiden auf Null gesetzt, indem die Positionen dieser beiden Bits weggelassen werden, d. h. indem die sechs Ziffern höheren Stellenwerts um eine Anzahl von D = 2 Stellen nach rechts verschoben werden. Die gemes­ sene Zahl n wird auf diese Weise durch einen Faktor 2^D = 4 dividiert. Um die Wirkung dieser Division auszugleichen, ist die Zahl p, die die Amplitude der dem Regelungsschritt des Signals 17 entsprechenden Spannung darstellt, vorab mit 2^D = 4 multipliziert worden. Die vorstehend beschriebene Nullset­ zung der beiden Bits geringen Stellenwerts ist äquivalent einer Division durch 2^D = 4, gefolgt von einer Multiplika­ tion mit 2^D = 4.

Da die oben bezeichnete Unsicherheit variabel und durch die Mikrosteuereinheit 11 bestimmt sein kann, z. B. in Abhängig­ keit der Zahl n oder der Genauigkeit der Widerstände 8 und 9, die durch den Benutzer angegeben wird, könnte vorgesehen sein, ein Abschneiden einer bestimmten, aber variablen Zahl von Bits geringen Stellenwerts auszuführen, wobei diese An­ zahl mit der Unsicherheit anwächst. Wenn man in diesem Fall nochmals eine entsprechende Verschiebung nach rechts vorneh­ men würde, hätte die entsprechende Zahl p einen festen Wert, ohne jede vorherige Multiplikation, und würde anschließend multipliziert, d. h. um ebenso viele Stellen nach links ver­ schoben, wie die Zahl n nach rechts verschoben worden ist.

In allgemeiner Weise hat der Verstärkungsfaktor G folgende Form:

B ist hierbei eine im Speicher 15 gehaltene Konstante, die evtl. in der Arithmetikeinheit 14 zum Signal 17 addiert wird, um die Ruhestellung der Nadel 3 zu verschieben.

Es sei bemerkt, daß die oben beschriebenen Vorgänge verein­ facht werden, wenn D wie in diesem Beispiel eine ganze Zahl ist, aber dies ist keine notwendige Bedingung.

Es ist möglich, die Widerstände 8 und 9 in Form eines ein­ zelnen Potentiometers auszuführen, dessen Schleifer die Spannung V_e liefert. Es kann auch für jeden Widerstand 8, 9 eine Reihe von parallelen oder in Reihe liegenden Widerstän­ den vorgesehen sein, die individuell in Betrieb gesetzt wer­ den, um den äquivalenten Widerstand einzustellen, indem Lei­ terbrücken jeweils in Reihe oder parallel zu dem jeweiligen Widerstand eingesetzt werden.

In gleicher Weise können einstellbare Widerstände vorgesehen werden, wie etwa aus Einzelteilen zusammengesetzte Wider­ stände, gedruckte Widerstände oder Widerstandstinte, die durch eine Vorrichtung eingestellt werden können, welche eine dynamische Regelung des Verstärkungsfaktors der Anzei­ gevorrichtung vornimmt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, anstelle wenigstens eines der Widerstände 8 und 9 ein Bauteil anderer Bauart zu verwenden, z. B. einen Kondensator oder eine Induktanz und eine alternative Spannung V_ref zu liefern. Wenn die Elemente oder die Baugruppe von Elementen 8 und 9 Impedanzen unter­ schiedlicher Natur enthält, würde die Modifikation der Fre­ quenz des Signals V_ref die Festlegung des Abschwächungsver­ hältnisses V_e/V_ref ohne Veränderung der Elemente 8, 9 ermögli­ chen.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf eine Anzeige­ vorrichtung mit einem anderen beweglichen Anzeiger als die Nadel 3 angewendet werden, z. B. auf eine Anzeigevorrichtung mit einer Nadel oder einem beliebigen anderen Anzeigeele­ ment, das drehbar, verschieblich oder anders beweglich ist. Es kann auch eine mit einer Reihe von Werten versehene Skala vorgesehen sein, die sich in Bezug auf einen festen Punkt bewegt.

Claims (6)

1. Anzeigevorrichtung mit beweglichem Anzeiger (3) und regelbarer Empfindlichkeit, wobei Speichermittel (8, 9) zur Festlegung der Empfindlichkeit einer Verstärkungskette (16) vorgesehen sind, welche zur Steuerung der Auslenkung des Anzeigers in Abhängigkeit eines für eine anzuzeigende Größe repräsentativen Signals (4) eingerichtet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Speichermittel eine Teiler­ brücke (8, 9) aufweisen, deren Teilungsverhältnis die be­ sagte Empfindlichkeit festlegt.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Berechnungsmittel (13), das dafür eingerichtet ist, ein für das Teilungsverhältnis (12) der Teilerbrücke (8, 9) repräsentatives Signal aufzunehmen, um daraus durch Division durch einen vorbestimmten Koeffizienten die Zif­ fern geringen Gewichts, die als unsicher eingestuft sind, zu eliminieren, und das Ergebnis der Division mit einer vorbestimmten Zahl (p) zu multiplizieren, welche einen Regelschritt der Empfindlichkeit der Verstärkungskette (16) darstellt.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teilerbrücke eine Widerstandsbrücke (8, 9) ist.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilerbrücke (8, 9) eine Reihe ver­ tauschbarer Widerstände aufweist.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Widerstände (8, 9) einstellbar sind.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilerbrücke ein Potentiometer aufweist.