DE60027558T2

DE60027558T2 - Drehrichtungserfassung

Info

Publication number: DE60027558T2
Application number: DE60027558T
Authority: DE
Inventors: c/o SensoNor asa Reidar Holm
Original assignee: Infineon Technologies Sensonor AS
Current assignee: Infineon Technologies Sensonor AS
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: BR0102876A; EP1172656B1; DE60027558D1; CN1334464A; KR20020007183A; EP1172656A1; JP2002082125A; US20020047715A1; CN1157605C

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehrichtung eines drehenden Körpers, wie beispielsweise eines Fahrzeugrades.
Es wurden viele Vorrichtungen vorgeschlagen zum Vorsehen eines Signals für die Anzeige der Drehrichtung eines rotierenden Körpers, wie auch zum Vorsehen einer Anzeige der Drehgeschwindigkeit dieses Körpers. Derartige Vorrichtungen sind jedoch oft komplex und teuer und erfordern empfindliche elektronische und mechanische Vorrichtungen, die sehr leicht beschädigt werden können und die schwer herzustellen und zu installieren sind. Des weiteren erfordern viele Vorrichtungen üblicherweise den Anschluß einer konstanten Energieversorgung und sind im allgemeinen Vorrichtungen mit hohem Energieverbrauch.
Das Dokument DE 4207371 A1 offenbart einen Sensor zur Erfassung der Drehrichtung, der einen Magnetkodierer umfaßt.
Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit für eine billige, wenig Energie verbrauchende Vorrichtung, die zuverlässig und von einfachem Aufbau ist und die ein Ausgangssignal liefern kann, das bezeichnend ist für die Drehrichtung eines drehenden Körpers.
Die Dokumente DE 197 03 832 A1 , EP 0 517 082 A2 und US 4566327 offenbaren Sensoren für die Rotationsgeschwindigkeit, wobei die Information in Bezug auf eine Winkelgeschwindigkeit entnommen wird von der zyklischen Gravitätsmodulation der Zentrifugalbeschleunigungssignale.
Erfindungsgemäß ist ein Sensor vorgesehen zur Erfassung einer Drehrichtung eines Körpers, wobei der Sensor umfaßt:
einen ersten Beschleunigungsmesser, der im Gebrauch an dem Körper angeordnet ist und eine erste Erfassungsrichtung hat; und
einen zweiten Beschleunigungsmesser, der im Gebrauch an dem Körper angeordnet ist und eine zweite Erfassungsrichtung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Beschleunigungsmesser derart angeordnet sind, daß die erste und zweite Erfassungsrichtung nicht parallel zueinander und nicht parallel zu der Drehachse des Körpers sind, derart, daß eine Phasendifferenz besteht aufgrund der gravitationsgemäßen Effekte zwischen den Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser bei Drehung des Körpers im Gebrauch; und
daß Mittel vorgesehen sind zum Empfang der für die Beschleunigung bezeichnenden Ausgangssignale von dem ersten und dem zweiten Beschleunigungsmesser und zum Bestimmen der Phasenbeziehung zwischen den beiden Signalen, um dabei die Drehrichtung des Körpers zu bestimmen.
Die erste Erfassungsrichtung und die zweite Erfassungsrichtung können zueinander senkrecht sein.
Die Beschleunigungsmesser können vom resonanten, kapazitiven oder piezo-resistiven Massen-Typ sein.
Die Beschleunigungsmesser können vom mikrobearbeiteten Typ sein.
Der erste und zweite Beschleunigungsmesser kann an derselben Stelle an dem drehenden Körper positioniert sein.
Auch ist ein entsprechendes Verfahren vorgesehen.
Der Sensor und das Verfahren nach der Erfindung beziehen sich auf drehende Körper, die um eine Achse drehen, die nicht parallel zur Richtung des Gravitationszuges bzw. der -kraft sind. Dies liegt daran, daß die Gravitationskraft eine Phasendifferenz zwischen den beiden Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser erzeugt, die verwendet werden kann, um den Vergleich zu bilden, der die Rotationsrichtung bestimmt.
Da einfache Beschleunigungsmesser in der Vorrichtung Verwendung finden können und eine einfache Phasenbeziehung verwendet wird, um die Drehrichtung zu bestimmen, ist es nicht erforderlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung komplexe Bauteile verwendet und die Gesamtschaltung der Vorrichtung ist vereinfacht und erfordert wenig Energie. Dies bedeutet, daß sie über eine einfache Batterie oder eine alleinstehende Energieversorgung angetrieben werden kann und immer noch eine Lebensdauer von zehn oder mehr Jahren hat.
Dies eröffnet den Vorteil, daß die Vorrichtung alleinstehend in einem relativ unzugänglichen drehenden Körper, wie beispielsweise einem Fahrzeugrad, sein kann und keine übermäßigen Energieversorgungen zu ihrem Antrieb benötigt.
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines drehenden Körpers ist, der eine beispielhafte Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung daran angebracht hat;
2 ein Graph ist, der die Ausgangssignale von den beiden Beschleunigungsmessern in der Vorrichtung der 1 als Funktion der Zeit während der Drehung des Körpers der 1 zeigt; und
3 ein schematisches Diagramm ist in Darstellung der in der Vorrichtung der 1 verwendeten Schaltung.
Bezugnehmend auf 1, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 an dem Umfang eines drehenden Körpers 2 positioniert, dessen Drehrichtung zu bestimmen ist. Der Körper 2 kann in beide Richtungen um eine Achse 3 drehen. Die Vorrichtung 1 nach der Erfindung wird detaillierter unten in Bezug auf 3 beschrieben, umfaßt jedoch zwei Beschleunigungsmesser 4, 5 (3), von denen jeder eine Erfassungsrichtung A1, A2 hat, in denen Änderungen in Bezug auf die Beschleunigungskraft an dem jeweiligen Beschleunigungsmesser 4, 5 durch den jeweiligen Beschleunigungsmesser 4, 5 gemessen werden können.
In diesem Beispiel sind die Beschleunigungsmesser 4, 5 an derselben Stelle an dem Umfang des Körpers 2 angeordnet, obgleich dies nicht wesentlich ist. Des weiteren sind in diesem Beispiel die Erfassungsrichtungen A1, A2 zueinander senkrecht, jedoch ist dies wieder nicht wesentlich. Damit die Vorrichtung arbeiten kann, müssen die Beschleunigungsmesser 4, 5 an dem Körper mit ihrer Erfassungsrichtung derart angeordnet, positioniert sein, daß die Phasendifferenz zwischen ihren Ausgangssignalen 10, 11 nicht 0° oder 180° ist. Tatsächlich wird bevorzugt, Ausgangssignale mit einer Differenz von ± 90° zu haben. Wie oben erwähnt, arbeitet der Sensor an drehenden Körpern, die um eine Achse drehen, die nicht parallel zu der gerichteten Gravitationszugkraft ist, da den Ausgangssignalen des Beschleunigungsmesser eine Phasendifferenz durch den Effekt des Gravitationszuges und der Positionierung der Beschleunigungsmesser 4, 5 verleiht wird, wenn sie mit dem Körper 2 drehen.
Wenn im Gebrauch der Körper 2 um die Achse 3 gedreht wird, liefern die Beschleunigungsmesser 4, 5 Ausgangssignale 10, 11, wie in 2 gezeigt. 2 zeigt die Ausgangssignale, wenn sich die Vorrichtung 1 dreht und durch die in 1 gezeigten Punkte A, B, C und D gelangt. 2 zeigt den Fall, bei dem die beiden Beschleunigungsmesser gleich bzw. angepaßt sind und Ausgangssignalamplituden haben, die abgeändert wurden, um gleich bzw. angepaßt zu sein, jedoch ist dies nicht wesentlich dafür, daß die Vorrichtung 1 arbeitet. Tatsächlich wird in der Praxis der erste Beschleunigungsmesser 4 einen Offset aufgrund der Zentrifugalkraft haben, jedoch ist dies nicht bedenklich aufgrund der relativen Natur des Phasenbeziehungsvergleichs, der durchgeführt wird durch die unten beschriebene Empfangs- und Vergleichseinrichtung 9. Wie aus 2 erkennbar, haben die beiden Ausgangssignale 10, 11 eine Phasendifferenz von 90°, die aus dem Effekt der gravitationsmäßigen Beschleunigung an den beiden Vorrichtungen aufgrund ihrer abweichenden Erfassungsrichtungen herrührt. 2 zeigt die optimale Position, wo die beiden Beschleunigungsmesser 4, 5 positioniert sind, und ihre Erfassungsrichtungen senkrecht zueinander sind und jeweils radial und tangential in Bezug auf den Körper 2 angeordnet sind, der um eine Achse 3 dreht, die senkrecht zu der Gravitationskraft ist. Es ist selbstverständlich, daß die Phasenbeziehung von 90° sich ändert, wenn dies nicht der Fall ist und kleiner oder größer wird. Dieser Wert der Phasendifferenz spielt jedoch keine Rolle in Relation zum Betrieb der Vorrichtung, wie dies unten erläutert wird.
3 ist ein schematisches Diagramm der Vorrichtung der 1 unter Darstellung ihrer Hauptkomponenten.
Die Beschleunigungsmesser 4, 5 sind wie oben erläutert an dem Körper 2 positioniert. Sie werden durch entsprechende Antriebsschaltungen 6, 7 von einer gemeinsamen, alleinstehenden Energieversorgung 8 angetrieben, die eine einfache Batterie sein kann. Jeder Beschleunigungsmesser 4, 5 liefert ein Ausgangssignal 10, 11 an die Empfangseinrichtung 9, welche die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen 10, 11 der beiden Beschleunigungsmesser 4, 5 vergleicht und ein Ausgangssignal liefert, das darauf basiert, ob zwischen den beiden Signalen eine negative oder positive Phasendifferenz vorliegt. Dieses Ausgangssignal kann eine einfache binäre 0 oder 1 sein oder eines, das abhängt von der positiven oder negativen Natur der Phasendifferenz und gibt aufgrund dieser Phasendifferenz die Drehrichtung des drehenden Körpers 2 wieder.
Da sehr einfache und nicht besonders empfindliche Beschleunigungsmesser 4, 5 verwendet werden können und da ihre Ausgangssignale nicht ausgeglichen werden müssen, ist ihr Antriebsschaltkreis und Ausgangsschaltkreis sehr einfach und kann so implementiert werden, daß er einen extrem niedrigen Energieverbrauch hat. Da des weiteren der Vergleichsschaltkreis ein sehr einfaches Ausgangssignal liefert, kann er auch durch sehr einfache Bauteile erzeugt werden, die ebenfalls einen niedrigen Energieverbrauch haben. Dies führt zu einer Vorrichtung, die sehr robust ist und dennoch eine einfache und effektive gerichtete Ausgangssignalanzeige liefert. Insgesamt bedeutet dies, daß die Vorrichtung leicht ausgestaltet werden kann, um ohne irgendeine komplexe Verdrahtung innerhalb entfernter und nicht zugänglicher drehender Körper positioniert werden zu können ohne die Notwendigkeit für eine regelmäßige Wartung und/oder eine konstante Energieversorgung, was gegenüber dem Stand der Technik beachtliche Vorteile liefert.

Claims

Sensor (1) zur Erfassung einer Drehrichtung eines Körpers (2), wobei der Sensor umfaßt: einen ersten Beschleunigungsmesser (4), der im Gebrauch an dem Körper angeordnet ist und eine erste Erfassungsrichtung hat; und einen zweiten Beschleunigungsmesser (5), der im Gebrauch an dem Körper angeordnet ist und eine zweite Erfassungsrichtung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Beschleunigungsmesser derart angeordnet sind, daß die ersten und zweiten Erfassungsrichtungen nicht parallel zueinander und nicht parallel zu der Achse (3) der Drehung des Körpers sind, derart, daß eine Phasendifferenz aufgrund gravitationsgemäßer Effekte zwischen den Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser besteht, wenn sich der Körper im Gebrauch dreht; und daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Empfang der für die Beschleunigung bezeichnenden Ausgangssignale von dem ersten und zweiten Beschleunigungsmesser und zum Bestimmen der Phasenbeziehung zwischen den beiden Signalen, um dabei die Drehrichtung des Körpers zu bestimmen.
Sensor (1) nach Anspruch 1, bei welchem die erste Erfassungsrichtung und die zweite Erfassungsrichtung senkrecht zueinander sind.
Sensor (1) nach Anspruch 2, bei welchem eine Erfassungsrichtung in der Drehrichtung ist.
Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem die Beschleunigungsmesser (4, 5) vom resonanten, kapazitiven oder piezo-resistiven Typ sind.
Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der erste und zweite Beschleunigungsmesser (4, 5) an derselben Stelle an dem drehenden Körper (2) positioniert sind.
Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Beschleunigungsmesser (4, 5) vom mikrobearbeiteten Typ sind.
Verfahren zur Erfassung einer Drehrichtung eines Körpers (2), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Anordnen eines ersten Beschleunigungsmesser (4) an dem Körper, wobei der Beschleunigungsmesser eine erste Erfassungsrichtung hat; Anordnen eines zweiten Beschleunigungsmessers (5) an dem Körper, wobei der Beschleunigungsmesser eine zweite Erfassungsrichtung hat und dadurch gekennzeichnet ist, daß: die beiden Beschleunigungsmesser derart angeordnet sind, daß die ersten und zweiten Erfassungsrichtungen nicht zueinander parallel und nicht zu der Achse der Drehung (3) des Körpers parallel sind, derart, daß eine Phasendifferenz besteht aufgrund der gravitationsgemäßen Effekte zwischen den Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser, wenn sich der Körper im Gebrauch dreht; Empfangen der für die Beschleunigung bezeichnenden Ausgangssignale von dem ersten und zweiten Beschleunigungsmesser; und Bestimmen der Phasenbeziehung zwischen den beiden Signalen, um dabei die Drehrichtung des Körpers zu bestimmen.