EP1676138A2 - Elektronische schaltungsanordnung zum anschluss mindestens eines aktiven drehzahlsensors, insbesondere bei nutzfahrzeugen - Google Patents
Elektronische schaltungsanordnung zum anschluss mindestens eines aktiven drehzahlsensors, insbesondere bei nutzfahrzeugenInfo
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- EP1676138A2 EP1676138A2 EP04790197A EP04790197A EP1676138A2 EP 1676138 A2 EP1676138 A2 EP 1676138A2 EP 04790197 A EP04790197 A EP 04790197A EP 04790197 A EP04790197 A EP 04790197A EP 1676138 A2 EP1676138 A2 EP 1676138A2
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- G01P3/4802—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage by using electronic circuits in general
Definitions
- Electronic circuit arrangement for connecting at least one active speed sensor, in particular in commercial vehicles
- the present invention relates to an electronic circuit arrangement for connecting at least one active speed sensor of a vehicle via an associated one
- Signal conditioning circuit to a control unit for further signal processing of the speed signal.
- Speed sensors of the type of interest here are required in vehicle technology to obtain one of the most important input variables for the electronic control of a vehicle.
- Conventional anti-lock braking systems (ABS), anti-slip controls (ARS) and driving stability controls (FSR, ASMS) rely on the permanent measurement and evaluation of the speed curve of the individual vehicle wheels. The speed signals of each individual vehicle wheel are recorded and transmitted to an electronic control unit for evaluation via a sensor line.
- a generic active speed sensor is known from WO 95/17680.
- the stationary part of the speed sensor contains a magnetoresistive sensor element with a permanent magnet serving as a biasing magnet and also electronic circuit components for signal conditioning.
- An active speed sensor requires a power supply.
- the output signal of the active speed sensor is a binary current signal, which is composed of impressed currents of different amplitudes.
- the speed information is in the frequency or in the change between the two current levels.
- Known speed sensors of this type produce a square wave signal, the frequency of which reflects the measured speed.
- a microcontroller is usually used, upstream of which the circuit for signal conditioning is connected.
- the relatively inexpensive, active speed sensors available in the passenger car sector are not suitable for speed detection in the commercial vehicle sector. These speed sensors could be damaged if they come into contact with the on-board voltage of the commercial vehicle of 24 volts, since these types of speed sensors are only designed for maximum voltages of the car electrical system of 12 volts.
- the object of the invention is therefore to improve the electronic circuitry of an active speed sensor for the car sector with minimal additional effort that it can be used in the commercial vehicle sector.
- the invention includes the technical teaching that a normally closed switching element is inserted into the circuit for supplying power to the active speed sensor, which can be switched to the open state by means of a short circuit in the sensor line A or B by an active speed sensor prevent damaging overvoltage.
- the solution according to the invention thus describes an electronic circuit arrangement for protecting active speed sensors, in particular when used in commercial vehicles with an on-board voltage of at least 24 volts.
- the signal conditioning circuits for active speed sensors which are well known in the prior art, this is to be expanded according to the invention.
- the low-cost active speed sensor designed for use in a car against higher currents than the maximum currents from the 24-volt electrical system of the commercial vehicle that are permissible for the speed sensor protects in a simple way.
- the circuitry outlay for realizing this measure is low.
- the normally closed switching element of the circuit arrangement is preferably designed as a transistor, the base connection of which is controlled by the means for detecting the short circuit in the sensor line A or B.
- the switching element according to the invention can be implemented in a simple manner as a normal bipolar transistor. It is of course also possible to design the switching element in the manner of an FET transistor or a relay or in another suitable manner.
- the means according to the invention for detecting a higher voltage potential than the sensor operating voltage in the sensor line A or B preferably comprise a diode arrangement connected in parallel, which controls a transistor via at least one Z-diode as a threshold value element, which in turn also switches the switching element mentioned above, which is also preferably embodied as a transistor switches the open state.
- This implementation in terms of components requires a minimum of electronic components, so that the manufacturing outlay is correspondingly low.
- the active speed sensor used according to the invention is preferably designed for a lower operating voltage than the on-board voltage of the vehicle.
- speed sensors with an operating voltage of 12 volts can be used in a 24 volt on-board system of a commercial vehicle. Since active speed sensors for 12-volt applications are available inexpensively as mass articles, the electronic circuit arrangement according to the invention can make these speed sensors applicable for the commercial vehicle sector.
- the signal conditioning circuit for level adjustment between the active
- the speed sensor and the electronic control unit as an evaluation circuit are implemented via a resistor circuit known per se with a circuit connected downstream in the signal path Comparator.
- the electronic control unit is preferably designed as a microcontroller to which the conditioned speed signal of the active speed sensor is fed on the input side.
- FIG. 1 shows an electronic circuit arrangement for connecting an active speed sensor.
- An active speed counter sensor 1 intended for a car is inserted into a 24-volt electrical system of a commercial vehicle.
- Two sensor lines A and B depart from the active speed sensor 1.
- a switching element 3 designed as a bipolar transistor is conductive by the current through a resistor 2, so that the active speed sensor 1 is in normal operation.
- a resistance circuit to ground represents a signal conditioning circuit 4, which is used for level adjustment.
- Signal conditioning circuit 4 is followed by a comparator 5, the output of which is connected to the input of a microcontroller as control unit 6.
- the control unit 6 is used for further signal processing of the speed signal generated by the active speed sensor 1 within the vehicle (not shown further).
- a downstream common Z-diode 8 which serves here as a type of threshold element, becomes conductive against its forward direction when the voltage drop across the Z-diode reaches a defined limit.
- the limit value that can be defined in accordance with the component parameters corresponds to the occurrence of an error, i.e. the situation that a damaging overvoltage occurs. If the limit value is exceeded, a current flows through a resistor 9 to ground. As a result, a transistor 10 is turned on, the in turn, the normally closed switching element 3, also designed as a transistor, switches to the open state. A damaging overvoltage is thus prevented by the active speed sensor 1.
- the present invention is not limited to that described above
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zum Anschluss mindestens eines aktiven Drehzahlsensors (1) eines Fahrzeuges über eine zugeordnete Signalkonditionierungsschaltung (4) an eine Steuereinheit (6) für eine weitere Signalverarbeitung des Drehzahlsignals, wobei ein normal-geschlossenes Schaltelement (3) in den Stromkreis zur Stromversorgung des aktiven rehzahlsensors (1) eingefügt ist, welches über Mittel zur Erkennung einer Überspannung in der Sensorleitung (A) oder (B) in den geöffneten Zustand schaltbar ist, um eine den aktiven Drehzahlsensor (1) schädigende Überspannung zu unterbinden. Die Sensorleitungen sind über Dioden (7) und eine Zener-Diode (8) mit einem Transistor (10) verbunden, welcher das als Transistor (3) ausgebildete Schalterelement ansteuert.
Description
Elektronische Schaltungsanordnung zum Anschluss mindestens eines aktiven Drehzahlsensors, insbesondere hei Nutzfahrzeugen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zum Anschluss mindestens eines aktiven Drehzahlsensors eines Fahrzeuges über eine zugeordnete
Signalkonditionierungsschaltung an eine Steuereinheit für eine weitere Signalverarbeitung des Drehzahlsignals.
Drehzahlsensoren der hier interessierenden Art werden in der Fahrzeugtechnik dafür benötigt, um eine der wichtigsten Eingangsgrößen für die elektronische Steuerung eines Fahrzeugs zu gewinnen. So sind herkömmliche Antiblockiersysteme (ABS), Antischlupfregelungen (ARS) und Fahrstabilitätsregelungen (FSR, ASMS) auf das permanente Messen und Auswerten des Drehzahlverlaufs der einzelnen Fahrzeugräder angewiesen. Die Drehzahlsignale jedes einzelnen Fahrzeugrades werden erfasst und über eine Sensorleitung zu einer elektronischen Steuereinheit zwecks Auswertung übertragen.
Aus der WO 95/17680 ist ein gattungsgemäßer aktiver Drehzahlsensor bekannt. Der ortsfeste Teil des Drehzahlsensors enthält ein magnetoresistives Sensorelement mit einem als Vorspannmagneten dienenden Permanentmagneten und außerdem elektronische Schaltungsbestandteile zur Signalkonditionierung. Ein aktiver Drehzahlsensor benötigt eine Stromversorgung. Das Ausgangssignal des aktiven Drehzahlsensors ist ein binäres Stromsignal, das sich aus eingeprägten Strömen unterschiedlicher Amplitude zusammensetzt. Die Drehzahlinformation steckt in der Frequenz bzw. in dem Wechsel zwischen den beiden Strom-Niveaus. Bekannte Drehzahlsensoren dieser Art rufen ein Rechtecksignal hervor, dessen Frequenz die gemessene Drehzahl wiedergibt.
Zur Weiterverarbeitung der vom aktiven Drehzahlsensor gelieferten Information wird gewöhnlich ein Mikrokontroller eingesetzt, dem eingangsseitig die Schaltung für die Signalkonditionierung vorgeschaltet ist. Zur Drehzahlerfassung im Nutzfahrzeugbereich eignen sich die im PKW-Bereich erhältlichen relativ kostengünstigen, aktiven Drehzahlsensoren nicht. Diese Drehzahlsensoren könnten beschädigt werden, wenn sie mit der Bordspannung des Nutzfahrzeuges von 24 Volt in Verbindung kommen, da diese Art von Drehzahlsensoren nur für maximale Spannungen des PKW-Bordnetzes von 12 Volt ausgelegt sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die elektronische Beschaltung eines aktiven Drehzahlsensors für den PKW-Bereich dahingehend unter minimalem Mehraufwand zu verbessern, dass dieser im Nutzfahrzeugbereich einsetzbar ist.
Die Aufgäbe wird ausgehend von einer elektronischen Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein normal-geschlossenes Schaltelement in den Stromkreis zur Stromversorgung des aktiven Drehzahlsenors eingefügt ist, welches über Mittel zur Erkennung eines Kurzschlusses in der Sensorleitung A oder B in den geöffneten Zustand schaltbar ist, um eine den aktiven Drehzahlsensor schädigende Überspannung zu unterbinden.
Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt damit eine elektronische Schaltungsanordnung zum Schutz von aktiven Drehzahlsensoren, insbesondere beim Einsatz in Nutzfahrzeugen mit einer Bordspannung von mindestens 24 Volt. Ausgehend von den im Stand der Technik hinlänglich bekannten Schaltungen zur Signalkonditionierung für aktive Drehzahlsensoren ist diese erfindungsgemäß zu erweitern. Insgesamt ergibt sich eine elektronische Schaltungsanordnung, die den für den Einsatz im PKW ausgelegten, kostengünstigen aktiven Drehzahlsensor gegen höhere Ströme, als den maximal für den Drehzahlsensor zulässigen Strömen aus dem 24 Volt Bordnetz des Nutzfahrzeuges auf
einfache Weise schützt. Der schaltungstechnische Aufwand zur Realisierung dieser Maßnahme ist gering.
Vorzugsweise ist das normal-geschlossene Schaltelement der Schaltungsanordnung als ein Transistor ausgeführt, dessen Basisanschluss von den Mitteln zur Erkennung des Kurzschlusses in der Sensorleitung A oder B angesteuert ist. Das erfindungsgemäße Schaltelement kann bauteiltechnisch in einfacher Weise als normaler bipolarer Transistor realisiert werden. Es ist natürlich auch möglich, das Schaltelement nach Art eines FET-Transistors oder eines Relais oder auf andere geeignete Weise auszuführen.
Die erfindungsgemäßen Mittel zur Erkennung eines höheren Spannungspotentials als die Sensorbetriebsspannung in der Sensorleitung A oder B umfassen vorzugsweise eine parallel geschaltete Diodenanordnung, welche über mindestens eines Z-Diode als Schwellwertelement einen Transistor ansteuert, der wiederum das ebenfalls vorzugsweise als Transistor ausgebildete vorstehend bereits erwähnte Schaltelement in den geöffneten Zustand schaltet. Diese bauteiletechnische Umsetzung erfordert ein Minimum an elektronischen Bauelementen, so dass der Herstellungsaufwand entsprechend gering ist. Alternativ zu der vorzugsweise einzigen Z-Diode als Schwellwertelement ist es auch denkbar, jeder Sensorleitung A oder B im Signalweg nach der parallel geschalteten Diodenanordnung eine eigene Z-Diode zuzuordnen.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß eingesetzte aktive Drehzahlsensor für eine niedrigere Betriebsspannung ausgelegt als die Bordspannung des Fahrzeuges. Beispielsweise können Drehzahlsensoren mit einer Betriebsspannung von 12 Volt in einem 24 Volt-Bordsystem eines Nutzfahrzeuges eingesetzt werden. Da aktive Drehzahlsensoren für 12- Volt- Anwendungen als Massenartikel kostengünstig zur Verfügung stehen, kann die erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung diese Drehzahlsensoren für den Nutzfahrzeugbereich anwendbar machen.
Die Signalkonditionierungsschaltung zur Pegelanpassung zwischen dem aktiven
Drehzahlsensor und der elektronischen Steuereinheit als Auswerteschaltung erfolgt über eine an sich bekannte Widerstandsbeschaltung mit einem im Signalweg nachgeschalteten
Komparator. Angepasst hieran ist die elektronische Steuereinheit vorzugsweise als Mikrokontroller ausgebildet, dem eingangsseitig das konditionierte Drehzahlsignal des aktiven Drehzahlsensors zugeführt wird.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt eine elektronische Schaltungsanordnung zum Anschluss eines aktiven Drehzahlsensors.
Ein für einen PKW bestimmter aktiver Drehzählsensor 1 ist in ein 24 Volt-Bordnetz eines Nutzfahrzeuges eingefügt. Vom aktiven Drehzahlsensor 1 gehen zwei Sensorleitungen A und B ab. Durch den Strom über einen Widerstand 2 ist ein als bipolarer Transistor ausgebildetes Schaltelement 3 leitend, so dass der aktive Drehzahlsensor 1 im Normalbetrieb ist. Eine Widerstandsbeschaltung gegen Masse stellt hierbei eine Signalkonditionierungsschaltung 4 dar, die der Pegelanpassung dient. Der
Signalkonditionierungsschaltung 4 ist ein Komparator 5 nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Mikrokontrollers als Steuereinheit 6 in Verbindung steht. Die Steuereinheit 6 dient der weiteren Signalverarbeitung des durch den aktiven Drehzahlsensors 1 generierten Drehzahlsignals innerhalb des - nicht weiter dargestellten — Fahrzeuges.
Im Fehlerfall, d.h. bei Auftreten eines höheren Spannungspotentials als die Betriebsspannung in den Sensorleitungen A oder B, entsteht ein Stromfiuss durch die entsprechend parallel geschaltete Diodenanordnung 7, welche Bestandteil von zusätzlichen Mitteln zur Erkennung des besagten Fehlerfalls ist. Eine nachgeschaltete, gemeinsame Z- Diode 8, welche hier als eine Art Schwellwertelement dient, wird entgegen ihrer Durchlassrichtung leitend, wenn der Spannungsabfall über der Z-Diode einen definierten Grenzwert erreicht. Der entsprechend den Bauteilparametern definierbare Grenzwert entspricht dem Eintritt eines Fehlerfalls, also der Situation, dass eine schädigende Überspannung entsteht. Bei Überschreiten des Grenzwerts fließt ein Strom über einen Widerstand 9 gegen Masse. In Folge dessen wird ein Transistor 10 durchgeschaltet, der
wiederum das ebenfalls als Transistor ausgebildete normal-geschlossene Schaltelement 3 in den geöffneten Zustand schaltet. Somit wird eine schädigende Überspannung durch den aktiven Drehzahlsensor 1 unterbunden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise möglich, anstelle nur eines Transistors 10 mehrere Treiberstufen zur Ansteuerung des als Schaltelement 3 dienenden Transistors oder funktionsähnlichem Bauelement bei Bedarf einzusetzen. Anstelle einer beiden Sensorleitungen A oder B gemeinsamen Z-Diode 8 kann auch eine eigene Z-Diode pro Sensorleitung vorgesehen werden.
Bezugszeichenliste
aktiver Drehzahlsensor
Widerstand
Schaltelement
Signalkonditionierungsschaltung
Komparator
Steuereinheit
Diodenanordnung
Z-Diode
Widerstand
Transistor
Claims
1. Elektronische Schaltungsanordnung zum Anschluss mindestens eines aktiven Drehzahlsensors (1) eines Fahrzeuges über eine zugeordnete Signalkonditionierungsschaltung (4) an eine Steuereinheit (6) für eine weitere Signalverarbeitung des Drehzahlsignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein normal-geschlossenes Schaltelement (3) in den Stromkreis zur Stromversorgung des aktiven Drehzahlsensors (1) eingefügt ist, welches über Mittel zur Erkennung einer Überspannung in der Sensorleitung (A) oder (B) in den geöffneten Zustand schaltbar ist, um eine den aktiven Drehzahlsensor (1 ) schädigende Überspannung zu unterbinden.
2. Elektronische Schaltungsanordnung nach Ansprach 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das normal-geschlossene Schaltelement (3) als ein Transistor ausgeführt ist, dessen Basisanschluss von dem Mittel zur Erkennung der Überspannung in der Sensorleitung (A) oder (B) angesteuert ist.
3. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erkennung der Überspannung in der Sensorleitung (A) oder (B) eine entsprechend parallelgeschaltete Diodenanordnung (7) umfasst, welche über mindestens eine Z-Diode (8) als Schwellwertelement einen Transistor (10) ansteuert, der wiederum das ebenfalls als Transistor ausgebildete Schaltelement (3) in den geöffneten Zustand schaltet.
4. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Drehzahlsensor (1) für eine niedrigere Betriebsspannung ausgelegt ist als die Bordspannung des Fahrzeuges.
5. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkonditionierungsschaltung (4) einen Komparator (5) umfasst.
6. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) einen MikrokontroUer zur eingangsseitigen Zuführung des Drehzahlsignals umfasst.
7. Kraftfahrzeug, umfassend eine elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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