WO1986000415A1 - Device for detecting the angular position of a rotary member - Google Patents
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- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/489—Digital circuits therefor
Definitions
- the invention relates to a device according to the preamble of the main claim.
- Such devices are used in particular for speed and angle information for control units in internal combustion engines, in particular ignition and fuel injection controls, and have the advantage that both parameters can be detected with a single encoder.
- Such devices are known for example from DE-OS 23 57 061, 29 39 643, 29 47 412, 30 11 822, 30 31 357 and EP-PS 13 846. In these known devices, various possibilities are shown to provide a reference mark between the angular marks evenly distributed over the circumference.
- the angle marks are usually designed as teeth, and the reference mark can be designed as a missing tooth, wider or narrower tooth or tooth spacing, slotted, chamfered, halved, milled tooth, tooth made of a different material or half tooth in the transverse direction.
- a clock frequency counting counter is known from DE-OS 29 47 412 and EP-PS 13 846, which either change their counting direction on a specific flank of a tooth (front or back flank) or are set to a specific numerical value. The counter thus works synchronously with the angle marks and can therefore only be used for this purpose.
- the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the counter that there is no need to synchronize the counters with the flank edges or to perform any frequency multiplication or PLL-like processes. Since the counter is completely free and asynchronous to the angle marks, it can also be used for other purposes. The information about the current speed of the rotating part is available at any time without further special measures.
- FIG. 1 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment
- FIG. 2 shows a signal diagram to explain the mode of operation.
- a rotating part 10 which is preferably connected to the crankshaft or camshaft of an internal combustion engine, has angular marks 11 which are uniformly distributed on the circumference and are tooth-shaped.
- a reference mark 12 is designed as a missing tooth or a larger gap between two teeth.
- the reference mark 12 can also be designed differently, e.g. B. according to one of the designs of the prior art specified.
- An inductive pickup 13 scans the angle marks 11, the induced signal in a z. B. trained as a comparator conditioning circuit 1 4 is formed as a square wave signal.
- the angle marks can alternatively also be carried out using an optical, capacitive or high-frequency method.
- the angle marks can also be designed as slots or holes.
- the output of the conditioning circuit 14 is connected to the interrupt input (INT) of a microprocessor or microcomputer 15, through which output stages 16 for controlling the ignition and / or fuel injection can be controlled.
- INT interrupt input
- a counter 17 and a working memory 18, preferably in the form of RAM, are connected to the microcomputer 15 via a bus system 19.
- the system 17 to 19 is preferably an internal system contained in the microcomputer 15.
- the counting clock frequency for the counter 17 is generated internally in the microcomputer 15 and fed to the clock input of this counter 17.
- This counting clock frequency is constant and, in order to achieve good accuracy, is substantially higher than the frequency of the angular marks 11 that pass at the highest speed at the transducer 13. With a number of 180 teeth, the maximum angular mark frequency is approximately 20 kHz, so that a counting clock frequency of approximately 200 to 500 kHz seems appropriate.
- the processed angle mark signals are shown there as signal sequence U14.
- the third angle mark signal shown there is a signal gap due to a missing or flattened tooth, which is to be evaluated as a reference mark.
- INT With each trailing edge of a signal U14-an interrupt signal INT is generated due to the dynamic interrupt input, which has the effect that the current counter reading in counter 17 is transferred to a memory cell of memory 18.
- the memory 18 can preferably be in the manner of a slide gisters operate, with four counter readings corresponding to the respective memory values.
- the counter 17 continuously counts the counting clock frequency supplied to it, there being no counter synchronization with the flank edges, ie the counting process itself is completely independent of the evaluation of the flank marks or reference marks.
- the counter 17 operates in the manner of a ring counter.
- the times between two flank angles are determined, the times (t0, t1, t2) in each case being compared with three successive periods.
- the times determined - depending on the respective acceleration conditions - are essentially the same.
- the corresponding time t1 becomes significantly longer than the present and subsequent time t0 or t2.
- a reference mark is recognized when the mean time t1 deviates from the time before and the time after by a predeterminable amount.
- the condition for recognizing the reference mark is therefore preferably: t 1 n> t0 and t1 n> t2.
- z. B. n 2/3 selected.
- This simple mathematical comparison is carried out in the microcomputer 15, which then outputs the angle mark information to the output stages 16 after the acquisition and evaluation of the counter reading Z3.
- the factor n must be chosen so that errors due to torsional vibrations or speed dynamics are avoided.
- the information about the next occurrence of the reference mark can be determined in the microcomputer 15 on the basis of the number of teeth in the ring gear. However, if the corresponding time t1 of the subsequent period is not recognized as a reference mark gap, it can be checked whether one of the two adjacent periods t0 or t2 fulfills a condition for recognizing the reference mark. If this is the case, the loss of an angle mark flank or the additional occurrence of such an edge, e.g. B. by interference, can be compensated .. The angle mark can be detected redundantly.
- the times determined or time-proportional numerical values t0, t2 can be used simultaneously as speed information, since they are directly the reverse of the speed. This way you can use a single counter
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Description
Vorrichtung zur Winkellageerfassung eines rotierenden Teils
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Vorrichtungen dienen insbesondere der Drehzahl- und Winkelinformation für Steuergeräte in Brennkraftmaschinen, insbesondere Zündund Kraftstoffeinspritzsteuerungen, und haben den Vorteil, daß beide Parameter mit einem einzigen Geber erfaßt werden können. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus den DE-OS 23 57 061, 29 39 643 , 29 47 412, 30 11 822, 30 31 357 sowie der EP-PS 13 846 bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen sind verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, eine Bezugsmarke zwischen den gleichmäßig über den Umfang verteilten Winkelmarken vorzusehen. Die Winkelmarken sind gewöhnlich als Zähne ausgebildet, wobei die Bezugsmarke als fehlender Zahn, breiter oder schmalerer Zahn bzw. Zahnabstand, geschlitzter, abgeschrägter, halbierter, angefräster Zahn, Zahn aus anderem Material oder halber Zahn in Querrichtung ausgebildet sein kann.
Zur Bezugsmarkenerfassung sind aus der DE-OS 29 47 412 sowie der EP-PS 13 846 eine Taktfrequenz zählende Zähler bekannt, die entweder bei einer bestimmten Flanke eines Zahns (Vorder- oder Rückflanke) ihre Zählrichtung ändern oder auf einen bestimmten Zahlenwert gesetzt werden. Der Zähler arbeitet somit synchron zu den Winkelmarken und ist daher ausschließlich für diesen Zweck verwendbar.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß weder Zählersynchronisationen mit den Winkelmarkenflanken vorgenommen noch irgendwelche Frequenzvervielfachungen oder PLL-ähnliche Verfahren durchgeführt werden müssen. Da der Zähler somit völlig frei und asychron zu den Winkelmarken zählt, kann er zusätzlich für andere Zwecke verwendet werden. Die Information über die momentane Drehzahl des rotierenden Teils liegt jederzeit ohne weitere besondere Maßnahmen vor.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die gleichzeitige Auswertung von drei aufeinanderfolgenden, aus Speicherwerten gewonnenen Differenzwerten, wobei eine Bezugsmarke dann erkannt wird, wenn der mittlere Differenzwert von den beiden anderen um ein vorgebbares Maß abweicht. Dadurch kann ein durch Torsionsschwingungen oder durch Drehzahldynamik verursachtes fälschliches Erkennen einer Bezugs
marke verhindert werden. Weiterhin ist dadurch möglich, eine Verschiebung der Winkelreferenz um ein Inkrement nach früh oder spät mit Hilfe der drei gemessenen Differenzwerte nachträglich zu korrigieren.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels und Figur 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Beschreibung des A.usführungsbeispiels
Ein vorzugsweise mit der Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verbundenes rotierendes Teil 10 weist umfangsseitig gleichmäßig verteilte Winkelmarken 11 auf, die zahnförmig ausgebildet sind. Eine Bezugsmarke 12 ist als fehlender Zahn bzw. größere Lücke zwischen zwei Zähnen ausgebildet. Natürlich kann die Bezugsmarke 12 auch anders ausgebildet sein, z. B. gemäß einer der Ausführungen des eingangs angegebenen Standes der Technik. Ein induktiver Aufnehmer 13 tastet die Winkelmarken 11 ab, wobei das induzierte Signal in einer z. B. als Komparator ausgebildeten Aufbereitungsschaltung 1 4 als Rechtecksignal geformt wird.
Neben der induktiven Erfassung der Winkelmarken kann diese alternativ auch nach einem optischen, kapazitiven oder Hochfrequenzverfahren erfolgen. Dabei können prinzipiell die Winkelmarken auch als Schlitze oder Löcher ausgebildet sein.
Der Ausgang der Aufbereitungsschaltung 1 4 ist mit dem Interrupteingang (INT) eines Mikroprozessors bzw. Mikrorechners 15 verbunden, durch den ausgangsseitig Endstufen 16 zur Steuerung der Zündung und/oder Kraftstoffeinspritzung steuerbar sind. Dazu werden natürlich noch weitere Parameter benötigt, die jedoch zur Vereinfachung nicht näher dargestellt sind. Mit dem Mikrorechner 15 sind ein Zähler 17 sowie ein vorzugsweise als RAM ausgebildeter Arbeitsspeicher 18 über ein Bussystem 19 verbunden. Das System 17 bis 19 ist vorzugsweise ein im Mikrorechner 15 enthaltenes internes System. Die Zähltaktfrequenz für den Zähler 17 wird intern im Mikrorechner 15 erzeugt und dem Takteingang dieses Zählers 17 zugeführt. Diese Zähltaktfrequenz ist konstant und zur Erreichung einer guten Genauigkeit wesentlich höher als die Frequenz der bei höchster vorkommender Drehzahl am Aufnehmer 13 passierenden Winkelmarken 11. Bei einer Zähnezahl von 180 beträgt die maximale Winkelmarkenfrequenz ca. 20 kHz, so daß eine Zähltaktfrequenz von ca. 200 bis 500 kHz als angemessen erscheint.
Im folgenden soll die Wirkungsweise anhand des in Figur 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Dort sind die aufbereiteten Winkelmarkensignale als Signalfolge U14 dargestellt. Nach dem dritten, dargestellten Winkelmarkensignal erfolgt aufgrund eines fehlenden oder abgeflachten Zahns eine Signallücke, die als Bezugsmarke ausgewertet werden soll. Mit jeder Rückflanke eines Signals U14-wird aufgrund des dynamischen Interrupt eingangs ein Interruptsignal INT erzeugt, das bewirkt, daß der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Zählerstand im Zähler 17 in eine Speicherzelle des Speichers 18 übernommen wird. Der Speicher 18 kann dabei vorzugsweise in der Art eines Schiebere
gisters arbeiten, wobei jeweils gleichzeitig vier Zählerständen entsprechende Speicherwerte vorliegen. Der Zähler 17 zählt fortlaufend die ihm zugeführte Zähltaktfrequenz, wobei keinerlei Zähler Synchronisation mit den Winkelmarkenflanken vorliegt, d. h. der Zählvorgang selbst ist völlig unabhängig von der Auswertung der Winkelmarken, bzw. Bezugsmarken. Der Zähler 17 arbeitet dabei in der Art eines Ringzählers.
Zur Erfassung der Bezugsmarke werden die Zeiten zwischen zwei Winkelmarkenflanken bestimmt, wobei die Zeiten (t0, t1, t2) jeweils drei aufeinanderfolgender Perioden miteinander verglichen werden. Die Zeiten bzw. den Zeiten proportionale Zahle-hwerte ergeben sich durch Differenzbildung der bei den entsprechenden Rückflanken eingespeicherten Zahlenwerte. So ergeben sich für drei aufeinanderfolgende Perioden t0 = ZI - Z0 t1 = Z2 - Z1 t2 = Z3 - Z2.
Im Normalfall sind die ermittelten Zeiten - in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Beschleunigungsverhältnisse - im wesentlichen gleich. Tritt dagegen gemäß Figur 2 eine Bezugsmarkenlücke auf, so wird die entsprechende Zeit t1 wesentlich länger als die vorliegende und nachfolgende Zeit t0 bzw. t2. Eine Bezugsmarke wird dann erkannt, wenn die mittlere Zeit t1 um ein vorgebbares Maß von der Zeit davor und der Zeit danach abweicht. Die Bedingung für die Erkennung der Bezugsmarke lautet demnach vorzugsweise: t 1 n > t0 und t1 n > t2.
Im dargestellten Fall wird z. B. n = 2/3 gewählt. Dieser einfache mathematische Vergleich wird im Mikrorechner 15 durchgeführt, der dann nach der Erfassung und Auswertung des Zählerstands Z3 die Winkelmarkeninformation an die Endstufen 16 abgibt. Der Faktor n muß dabei so gewählt werden, daß Fehler infolge von Torsionsschwingungen oder Drehzahldynamik vermieden werden.
Die Information über das nächste Auftreten der Bezugsmarke kann im Mikrorechner 15 anhand der Zähnezahl des Zahnkranzes festgestellt werden. Wird die entsprechende Zeit t1 der darauffolgenden Periode jedoch nicht als Bezugsmarkenlücke erkannt, so kann geprüft werden, ob eine der beiden benachbarten Perioden t0 bzw. t2 eine Bedingung für die Erkennung der Bezugsmarke erfüllt. Ist dies der Fall, so kann durch Korrektur der Winkelreferenz der Verlust einer Winkelmarkenflanke bzw. das zusätzliche Auftreten einer solchen Flanke, z. B. durch Störungen, kompensiert werden.. Die Winkelmarke kann dadurch redundant erfaßt werden.
Wird anstelle einer fehlenden Winkelmarke bzw. verbreiterten Lücke zwischen zwei Winkelmarken eine geschlitzte Winkelmarke oder ein verringerter Abstand verwendet, so muß für den Faktor n entsprechend ein Zahlenwert größer als 1 gewählt und die Bedingung > durch die Bedingung < ersetzt werden.
Die ermittelten Zeiten bzw. zeitproportionalen Zahlenwerte t0, t2 können gleichzeitig als Drehzahlinformation verwendet werden, da sie direkt umgekehrt zur Drehzahl sind. Auf diese Weise können mit einem einzigen Zähler
17 und einem Speicher 18 sowohl die Bezugsmarke wie auch die Drehzahl erfaßt werden, wobei der Zähler 17 sowie die überwiegende Zahl der Speicherplätze des Speichers
18 noch für weitere Zwecke verwendbar sind.
Claims
1. Vorrichtung zur Winkellageerfassung eines rotierenden Teils, das gleichmäßig über seinen Umfang verteilt Winkelmarken aufweist, wobei als Bezugsmarke wenigstens eine Winkelmarke und/oder ein Zwischenraum zwischen zwei Winkelmarken abweichend geformt ist, und wobei der Abstand zwischen gleichartigen Winkelmarkenflanken durch einen eine Taktfrequenz zählenden Zähler erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler 17 ein freilaufender, kontinuierlich zählender Zähler ist, daß durch jede Winkelmarkenflanke der augenblicklich vorliegende Zählerstand in einen Speicher (18) übertragen wird und daß zur Erkennung einer Bezugsmarke Subtraktionen jeweils aufeinanderfolgender Speicherwerte und Vergleiche aufeinanderfolgender, entsprechender Differenzwerte durchgeführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (17) sowie der Speicher (18) mit einem Mikrorechner (15) verbunden oder in diesem enthalten ist, und daß ein mit dem Interrupteingang (INT) des Mikrorechners (15) verbundener Winkelmarkengeber (10, 13) vorgesehen ist, wobei jedes Interrupt signal eine Übertragung des Zählerstands in der Speicher (18) steuert .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähltakt für den Zähler (17) durch den Mikrorechner (15) erzeugt wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens vier aufeinanderfolgende Speicherwerte zur Ermittlung von drei Differenzwerten verwertet werden, wobei eine Bezugsmarke dann erkannt wird, wenn der mittlere Differenzwert von den beiden anderen um ein vorgebbares Maß abweicht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzwerte als Drehzahlinformation verwendet werden.
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