WO2004027433A1 - Induktiver sensor zur drehzahlbestimmung mit integrierter temperaturmessung - Google Patents

Induktiver sensor zur drehzahlbestimmung mit integrierter temperaturmessung Download PDF

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WO2004027433A1 PCT/EP2003/009510 EP0309510W WO2004027433A1 WO 2004027433 A1 WO2004027433 A1 WO 2004027433A1 EP 0309510 W EP0309510 W EP 0309510W WO 2004027433 A1 WO2004027433 A1 WO 2004027433A1
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signal transmitter
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Hermann Goebels
Norbert Leibbrand
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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    • F16D2066/001—Temperature

Definitions

  • the invention relates to the use of an inductive signal transmitter provided for detecting the position, the path, the angular position or the rotational speed of a moving element.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an inexpensive way of monitoring the temperature of components. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claims 1 and 4.
  • the inductive signal transmitter originally provided for the detection of the position, the path, the angular position or the rotational speed of a component according to claim 1 is also used to generate a signal for the temperature of one or more components arranged in the vicinity of the signal transmitter, fulfills a and the same signal generator advantageously has a double function. Consequently, no further sensors and additional connections are required to determine the temperature of the components to be monitored, which has a positive effect on the costs.
  • the inductive signal transmitter is used to detect positions, paths etc., temperature monitoring of adjacent or neighboring components can also take place, which the heat generated in them by heat conduction, radiation and / or by convection to the inductive signal transmitters.
  • the signal for the temperature of the component is generated as a function of a temperature-related change in the resistance of the electrical coil of the inductive signal transmitter, which in this case acts as an electrical resistance thermometer.
  • the electrical resistance of metals changes with temperature, so that the temperature-related change in resistance of the metallic coil wire of the coil forms a measure of a change in temperature.
  • the existing metallic coil wire in which voltage signals which are dependent on the position, the path, the angular position or the rotational speed of the moving element, is simultaneously the measuring element for determining the temperature of adjacent components, the signal transmitter need not be modified. Since only a very small current flows through the coil, no inherent heat is generated which could distort the measurement.
  • the measures listed in the subclaims allow advantageous developments and improvements of the invention specified in claim 1.
  • the inductive signal transmitter originally provided for detecting the speed of a vehicle wheel of a commercial vehicle in the context of an anti-lock braking system (ABS) and / or anti-slip system (ASR) is additionally used to generate a signal for the temperature of wheel bearings and / or the wheel brake of the vehicle wheel used.
  • the wheel brakes and wheel bearings are particularly safety-relevant components that require temperature monitoring.
  • the signal transmitter is preferably arranged in the immediate vicinity of the wheel bearings to be monitored or the wheel brake to be monitored.
  • an evaluation device for generating a signal for the temperature of a component arranged in the vicinity of the signal transmitter, in particular for the temperature of the wheel bearing and / or parts of the wheel brake, depending on the output signal supplied by the inductive signal transmitter.
  • the evaluation device is designed in such a way that it evaluates both a signal which is dependent on the position, the path, the angular position or the rotational speed of the moving element and the temperature-dependent signal of the signal transmitter. Combining the functions of both signal evaluations in a single evaluation device results in a particularly compact design.
  • the inductive signal generator is preferably designed as a pulse generator, in the coil of which an essentially sinusoidal AC voltage signal is induced as an output signal.
  • the output signal supplied by the inductive signal transmitter! one dependent on the temperature of the component DC voltage component filtered out and delivered to a microcomputer unit.
  • the microcomputer contains a decision-making body, which uses the electrical resistance value calculated from the DC voltage signal to decide whether an excessive temperature is present or not.
  • An inductive signal transmitter is assigned to at least some and preferably all vehicle wheels of the commercial vehicle and a signal transmitter is arranged adjacent to a wheel bearing of a vehicle wheel and adjacent to a brake drum of the respective vehicle wheel.
  • the decision-making body of the microcomputer is then designed to decide whether a detected temperature increase or temperature overshoot is to be assigned to the wheel bearing or the brake drum of the vehicle wheel.
  • a display device which indicates the presence of an excessive temperature of the wheel bearing and / or the wheel brake and the vehicle wheel affected by this.
  • Fig.l is a schematic representation of an inductive, in the range
  • Vehicle wheels of a commercial vehicle trailer arranged signal transmitter shows a schematic functional representation of the signal generator from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement of an evaluation device for signals of the
  • Fig.l 1 denotes an inductive signal transmitter for detecting the speed of a vehicle wheel of a trailer vehicle of a commercial vehicle train.
  • the signal generator 1 is part of an electronic braking system (EBS) or an anti-lock braking system (ABS) for slip control when braking or one Traction control system (ASR) for slip control when starting or accelerating.
  • EBS electronic braking system
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR Traction control system
  • the signal generator 1 can also be used on motor-driven vehicles on both driven and non-driven vehicle wheels.
  • temperature monitoring is also possible there.
  • the inductive signal generator 1 is preferably designed as a pulse generator, which generates an essentially sinusoidal AC voltage signal as an output signal for an ABS / ASR control unit (not shown for reasons of scale).
  • the signal generator 1 is fixed as a fixed part with a holder 4 on a non-rotatable axle tube 6 of the trailer vehicle and is directly opposite an impulse ring 8 which is pressed on the end face onto a wheel hub 10 rotating with the vehicle wheel.
  • the signal generator 1 is preferably arranged opposite to an end face of the wheel hub 10 facing away from a wheel cap 12 at a radial distance from a central axis 14 of the axle tube 6.
  • a brake drum 16 of a drum brake assigned to the vehicle wheel is connected to the wheel hub 10 radially on the outside.
  • the signal transmitter consists of a bar magnet 2 with a soft magnetic pole core 2 ', which is wound with a metallic coil wire 18 of a coil 20, which is preferably made of copper.
  • the impulse ring 8 is designed as a toothed ring and has a uniform tooth pitch, which moves past the wrapped pole core 2 'with the rotating wheel hub 10 and produces changes in distance from the toothed core 22 to gap 24 to the pole core 2'.
  • the known physical measuring principle of the inductive signal transmitter is based on the fact that, due to the change from tooth 22 to gap 24, the magnetic flux changes when the pulse ring 8 rotates, thereby inducing a voltage in the coil 20. Due to the uniform tooth pitch of the pulse ring 8, the voltage curve generated is sinusoidal.
  • the instantaneous wheel speed is calculated from the chronological sequence of the zero crossings of this alternating voltage and transmitted to an electronic control unit.
  • the actual purpose of the inductive signal transmitter 1 is therefore to detect the wheel speed.
  • the inductive signal transmitter 1 is additionally used to generate a signal for the temperature of one or more components arranged in the vicinity of the signal transmitter 1, the signal being generated as a function of a temperature-related change in the electrical resistance of the metallic coil wire 18 of the coil 20.
  • the electrical resistance of a metal changes depending on its temperature according to the following mathematical relationship:
  • the temperature change ⁇ advise of the coil wire 18 can therefore be concluded by inserting the change in resistance ⁇ R calculated according to equation (1) into equation (2).
  • the inductive signal transmitter 1 is arranged in the immediate vicinity of two wheel bearings 26 which are preferably in the form of tapered roller bearings and which are arranged between the wheel hub 10 and the axle tube 6. Since the signal generator 1 through the axle tube 6 is in heat-conducting connection with the wheel bearings 26, the temperature of the coil wire 18 is approximately equal to the temperature of the wheel bearings 26 arranged in the immediate vicinity.
  • the signal generator 1 is in heat-conducting connection with the brake drum 16 and is exposed to its heat radiation, the heat transfer by heat radiation predominating because of the greater distance.
  • the brake drum 16 is located at a small radial distance from the signal generator 1 and essentially surrounds it, as Fig.l shows. In contrast to direct heat conduction, the heat transferred by radiation is approximately three times lower. This means that a critical maximum temperature of the brake drum 16 of approximately 420 ° C. corresponds to a temperature of approximately 140 ° C. on the signal generator 1.
  • the temperature of the coil wire 18 can be deduced from the output voltage signal U of the signal generator 1 and from this the temperature of the wheel bearings 26 and / or the brake drum 16.
  • the output voltage signal U is an AC voltage which is speed-dependent in frequency and amplitude, it cannot be used without additional measures for determining the temperature.
  • the evaluation device 28 for evaluating the voltage signals driven by the signal transmitter 1, to which the latter is connected via electrical lines 30.
  • the evaluation device 28 is preferably designed such that it evaluates both the speed-dependent signals and the temperature-dependent signals of the signal generator 1.
  • a low-pass filter 32 is provided, which filters out a DC voltage component dependent on the temperature of the brake drum 16 from the AC voltage signal supplied by the inductive signal generator 1 and supplies it to a microcomputer 34 via an analog connection A. This assigns a temperature of the brake drum 16 to the DC voltage component, for which purpose the evaluation device 28 was previously calibrated.
  • a pulse shaper 36 forms one of the AC voltage signal supplied by the inductive signal generator 1 Speed of the vehicle wheel-dependent square-wave voltage signal for forwarding to a digital, edge-sensitive connection B of the microcomputer.
  • a signaling current of, for example, approximately 0.8 mA is impressed on the signal transmitter 1 via the resistors R4, R4 ', the resistance values of which correspond and at the same time its operating point is set at 2.5V.
  • This current causes a considerable DC voltage at the signal generator 1, preferably approximately 1 volt.
  • the pulse shaper 36 is coupled to the signal generator 1 via a capacitor C1, the capacitance of which corresponds to that of the capacitor C1 'and the resistors R1, R1', the resistance values of which correspond.
  • the alternating current of the signal generator 1 generates the input voltage for the pulse shaper 36 at the two resistors Rl and Rl', which is sent to the microcomputer 34 via the connection B provides a 5 volt square-wave signal in the frequency of the sinusoidal alternating voltage of the signal generator 1 for the speed calculation.
  • the microcomputer 34 then supplies a value for the speed of the vehicle wheel to the control unit of the ABS / ASR system based on the frequency of the square-wave voltage signal.
  • the low-pass filter 32 consisting of the resistor R2 and the capacitor C2 forwards only the direct voltage component of the alternating voltage of the signal generator 1 to the connection A of the microcomputer 34.
  • a small, slow change in this DC voltage component is interpreted by the microcomputer 34 as a temperature-related change in the resistance of the coil wire 18 of the coil 20 of the signal generator 1.
  • a large, rapid change indicates a short circuit.
  • the microcomputer 34 contains a decision-making body which decides on the basis of the direct voltage signal whether an excessive temperature is present.
  • the decision-making body can consist, for example, of a comparison of the DC voltage signal with a voltage limit value that is an allowable one Corresponds to maximum temperature.
  • the microcomputer 34 also uses a logical evaluation to decide whether the overheated wheel bearing 26 or an overheated brake drum 16 is the cause of the increased temperature. This logical evaluation can be carried out as follows, for example:
  • the elevated temperature is determined simultaneously on a plurality of vehicle wheels provided with a signal transmitter 1, it can be assumed with a high degree of probability that the brake drums 16 of all of the vehicle's wheel brakes are overheated. Such a case can occur, for example, during a long downhill run. In contrast, experience shows that the wheel bearings 26 of all vehicle wheels extremely rarely have bearing damage at the same time and therefore also run hot at the same time. If, on the other hand, an elevated temperature is only detected on one vehicle wheel, this can indicate a hot running wheel bearing 26 and / or an insufficiently releasing wheel brake.
  • an evaluation of the temperature range is to be used to decide whether the driver of the commercial vehicle is merely being shown information or a warning about a display device that is in signal connection with the microcomputer 34, for example, a display or a lamp , Three temperature ranges are preferably used for this:
  • the driver is warned of inadmissibly high temperatures that require an immediate stop, for example at temperatures greater than or equal to 140 ° C.
  • the driver can be informed or warned by an already existing or subsequently installed warning lamp and / or by a text displayed on a monitor, the warning lamp and monitor each being arranged in the driver's field of vision. If a warning lamp is used, the information “increased temperature” can be given, for example, by an intermittent activation with a relatively slow flashing frequency.
  • the warning “inadmissible temperature” as a recommendation to interrupt the journey can result in an increased flashing frequency.
  • the driver can also be informed which wheel brakes or which wheel brakes are affected by an increase in temperature by means of corresponding flashing sequences which are assigned to each wheel and are repeated.
  • indicator lights are already present in the towing vehicle, which inform the driver of the readiness for operation of these systems.
  • An indicator lamp that lights up permanently when the vehicle is traveling or that is already lit when the vehicle starts driving signals to the driver that the EBS, ABS or ASR system or individual system components have failed.
  • the driver can then be shown the temperature state and the affected vehicle wheel by means of a corresponding blinking frequency and blinking sequence via this already existing indicator lamp.
  • an already existing interface such as SAE J1587 or SAE J1939
  • SAE J1587 or SAE J1939 there is also the possibility of displaying the temperature and the information about the vehicle wheel affected by the temperature increase on the monitor of the display device alphanumerically.
  • inductive signal transmitters 1 for speed and temperature measurement are not restricted to inductive signal transmitters 1 in electronic brake systems of vehicles.
  • Inductive sensors with a metallic coil are also used, for example, when determining a reference mark required for the ignition on the crankshaft flywheel of an internal combustion engine or also in the case of injection pumps for internal combustion engines.
  • the signal generator 1 can be used in addition to its original function as a transducer for positions, paths, angular positions or speeds in the manner described above to determine the temperature of adjacent or adjacent components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines zur Erfassung der Position, des Weges, der Winkellage oder der Drehzahl eines bewegten Elements vorgesehenen induktiven Signalgebers (1) zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur eines oder mehrerer in der Umgebung des Signalgebers angeordneter Bauteile (16, 26). Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Funktionsvereinigung in einer einzigen Baugruppe. Der Sensor kann die Temperatur eines Radlagers und/oder der Bremse anzeigen. Aus einem Vergleich der Temperatur an verschiedenen Rädern kann auf Bremsüberhitzung oder Lagerschäden geschlossen werden.

Description

INDUKTIVER SENSOR ZUR DREHZAHLBESTIMMUNG MIT INTEGRIERTER TEMPERATURMESSUNG
Beschreibung Stand der Technik
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines zur Erfassung der Position, des Weges, der Winkellage oder der Drehzahl eines bewegten Elements vorgesehenen induktiven Signalgebers gemäß Patentanspruch 1.
Aus Kostengründen gewinnt die präventive Überwachung von Bauteilen eine immer größere Bedeutung. Eine Baueinheit oder ein Bauteil zu überprüfen oder auszutauschen bevor es ausfällt ist jedoch nicht nur aus Kostengründen von Vorteil, sondern betrifft vor allem die Betriebssicherheit, da es bei Ausfall von Bauteilen zu Unfällen kommen kann. Beispielsweise kann eine überhitzte Radbremse eines Nutzfahrzeugs nicht nur zu einer kostenintensiven Ausfallzeit sondern auch zu einer drastischen Reduzierung der Bremsleistung führen. Darüber hinaus können auch heißgelaufene Radlager ähnliche Probleme hervorrufen.
Aus den genannten Gründen ist es wünschenswert, die Temperatur sicherheitsrelevanter Bauteile zu überwachen, um durch Überhitzungen hervorgerufene Schädigungen zu vermeiden. Der hierfür betriebene Aufwand ist jedoch im Hinblick auf die Kosten in der Regel hoch.
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Möglichkeit zur Temperaturüberwachung von Bauteilen zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Da der ursprünglich für die Erfassung der Position, des Weges, der Winkellage oder der Drehzahl eines Bauteils vorgesehene induktive Signalgeber gemäß Anspruch 1 zugleich auch zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur eines oder mehrerer in der Umgebung des Signalgebers angeordneter Bauteile verwendet wird, erfüllt ein und derselbe Signalgeber in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion. Folglich sind zur Temperaturbestimmung der zu überwachenden Bauteile keine weiteren Sensoren und zusätzliche Verbindungen notwendig, was sich positiv auf die Kosten auswirkt. Das bedeutet, daß überall dort, wo der induktive Signalgeber zur Erfassung von Positionen, Wegen etc. eingesetzt wird gleichzeitig auch eine Temperaturüberwachung angrenzender oder benachbarter Bauteile erfolgen kann, welche die in ihnen erzeugte Wärme durch Wärmeleitung, durch Strahlung und/oder durch Konvektion an den induktiven Signalgeber übertragen.
Das Signal für die Temperatur des Bauteils wird abhängig von einer temperaturbedingten Änderung des Widerstands der elektrischen Spule des induktiven Signalgebers erzeugt, welche hierbei als elektrischer Widerstandsthermometers wirkt. In bekannter Weise ändert sich der elektrische Widerstand von Metallen mit der Temperatur, so daß die temperaturbedingte Widerstandsänderung des metallischen Spulendrahtes der Spule ein Maß für eine erfolgte Temperaturänderung bildet. Weil der bereits vorhandene metallische Spulendraht, in welchem von der Position, vom Weg, der Winkellage oder der Drehzahl des bewegten Elements abhängige Spannungssignale induziert werden, zugleich das Meßelement zur Temperaturbestimmung angrenzender Bauteile bildet, braucht der Signalgeber nicht modifiziert werden. Da die Spule hierbei nur von einem sehr geringem Strom durchflössen ist, wird keine Eigenwärme erzeugt, welche die Messung verfälschen könnte. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der ursprünglich zum Erfassen der Drehzahl eines Fahrzeugrades eines Nutzfahrzeugs im Rahmen eines Antiblockiersystems (ABS) und/oder Anti-Schlupf-Systems (ASR) vorgesehene induktive Signalgeber zusätzlich zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur von Radlagern und/oder der Radbremse des Fahrzeugrades verwendet. Bei den Radbremsen und Radlagern handelt es sich um besonders sicherheitsrelevante Bauteile, bei denen eine Temperaturüberwachung notwendig erscheint. Um für die erforderliche Meßgenauigkeit einen möglichst gute Wärmeübertragung zu erhalten, wird der Signalgeber vorzugsweise in unmittelbarer Nachbarschaft zu den zu überwachenden Radlagern bzw. zu der zu überwachenden Radbremse angeordnet.
Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 4 ist eine Auswerteeinrichtung zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur eines in der Umgebung des Signalgebers angeordneten Bauteils, insbesondere für die Temperatur des Radlagers und/oder von Teilen der Radbremse abhängig von dem vom induktiven Signalgeber gelieferten Ausgangssignal vorgesehen.
In besonders bevorzugter Anwendung ist die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet, daß sie sowohl ein von der Position, vom Weg, von der Winkellage oder von der Drehzahl des bewegten Elements abhängendes Signal als auch das temperaturabhängige Signal des Signalgebers auswertet. Durch Funktionsvereinigung beider Signalauswertungen in einer einzigen Auswerteeinrichtung ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise.
Vorzugsweise ist der induktive Signalgeber als Impulsgeber ausgebildet, in dessen Spule ein im wesentlichen sinusförmiges Wechselspannungssignal als Ausgangssignal induziert wird. Mittels eines Tiefpaß der Auswerteeinrichtung kann dann aus dem vom induktiven Signalgeber gelieferten Ausgangssigna! ein von der Temperatur des Bauteils abhängiger Gleichspannungsanteil ausgefiltert und an eine Mikrorechnereinheit geliefert werden. Der Mikrorechner beinhaltet eine Entscheidungsinstanz, welche anhand des aus dem Gleichspannungssignal errechneten elektrischen Widerstandswertes entscheidet, ob eine überhöhte Temperatur vorliegt oder nicht.
Wenigstens einigen und vorzugsweise allen Fahrzeugrädern des Nutzfahrzeugs ist ein induktiver Signalgeber zugeordnet und je ein Signalgeber benachbart zu einem Radlager eines Fahrzeugrades sowie benachbart zu einer Bremstrommel des jeweiligen Fahrzeugrades angeordnet. Die Entscheidungsinstanz des Mikrorechners ist dann zur Entscheidung ausgebildet, ob eine festgestellte Temperaturerhöhung oder Temperaturüberschreitung dem Radlager oder der Bremstrommel des Fahrzeugrades zuzuordnen ist.
Weiterhin ist eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, welche das Vorliegen einer überhöhten Temperatur des Radlagers und/oder der Radbremse sowie das hiervon betroffene Fahrzeugrad anzeigt.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt :
Fig.l eine schematische Darstellung eines induktiven, im Bereich eines
Fahrzeugrädes eines Nutzfahrzeuganhängers angeordneten Signalgebers; Fig.2 eine schematische Funktionsdarstellung des Signalgebers von Fig.1 ;
Fig.3 eine Schaltungsanordnung einer Auswerteeinrichtung für Signale des
Signalgebers gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig.l ist mit 1 ein induktiver Signalgeber zur Erfassung der Drehzahl eines Fahrzeugrades eines Anhängerfahrzeugs eines Nutzfahrzeugzuges bezeichnet. Der Signalgeber 1 ist Bestandteil eines elektronischen Bremssystems (EBS) oder eines Antiblockiersystem (ABS) zur Schlupfregelung beim Bremsen oder auch einer Antriebsschlupfregelung (ASR) zur Schlupfregelung beim Anfahren oder Beschleunigen. In gleicher Weise wie hier beispielhaft an einem Fahrzeugrad eines Anhängerfahrzeugs aufgezeigt, kann der Signalgeber 1 auch bei motorgetriebenen Fahrzeugen sowohl an angetriebenen wie auch an nicht angetriebenen Fahrzeugrädern verwendet werden. Demzufolge ist auch dort eine Temperaturüberwachung möglich. Der induktive Signalgeber 1 ist vorzugsweise als Impulsgeber ausgebildet, welcher ein im wesentlichen sinusförmiges Wechselspannungssignal als Ausgangssignal für ein aus Maßstabsgründen nicht dargestelltes ABS/ASR-Steuergerät erzeugt.
Der Signalgeber 1 ist als feststehendes Teil mit einem Halter 4 auf einem drehfesten Achsrohr 6 des Anhängerfahrzeugs befestigt und liegt unmittelbar einem Impulsring 8 gegenüber, der stirnseitig auf eine mit dem Fahrzeugrad mitdrehenden Radnabe 10 aufgepreßt ist. Der Signalgeber 1 ist vorzugsweise gegenüber einer von einer Radkappe 12 abgewandten Stirnseite der Radnabe 10 mit radialem Abstand von einer Mittelachse 14 des Achsrohres 6 angeordnet. Eine Bremstrommel 16 einer dem Fahrzeugrad zugeordneten Trommelbremse ist radial außen an die Radnabe 10 angeschlossen.
Wie insbesondere aus Fig.2 hervorgeht, besteht der Signalgeber aus einem Stabmagneten 2 mit weichmagnetischem Polkern 2', der mit einem metallischen Spulendraht 18 einer Spule 20 umwickelt ist, der vorzugsweise aus Kupfer besteht. Der Impulsring 8 ist als Zahnkranz ausgebildet und weist eine gleichmäßige Zahnteilung auf, die sich mit der drehenden Radnabe 10 an dem umwickelten Polkern 2' vorbeibewegt und durch die Übergänge von Zahn 22 zu Lücke 24 Abstandsänderungen zum Polkern 2' erzeugt. Das bekannte physikalische Meßprinzip des induktiven Signalgebers beruht darauf, daß sich aufgrund des Wechsels von Zahn 22 zu Lücke 24 bei sich drehendem Impulsring 8 der Magnetfluß ändert und dadurch in der Spule 20 eine Spannung induziert wird. Durch die gleichmäßige Zahnteilung des Impulsrings 8 ist der erzeugte Spannungsverlauf sinusförmig. Aus der zeitlichen Folge der Null-Durchgänge dieser wechseiförmigen Spannung wird die momentane Raddrehzahl berechnet und an ein elektronisches Steuergerät übermittelt. Die eigentliche Zweckbestimmung des induktiven Signalgebers 1 besteht daher in der Erfassung der Raddrehzahl. Erfindungsgemäß wird der induktive Signalgebers 1 zusätzlich zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur eines oder mehrerer in der Umgebung des Signalgebers 1 angeordneter Bauteile verwendet, wobei das Signal abhängig von einer temperaturbedingten Änderung des elektrischen Widerstands des metallischen Spulendrahts 18 der Spule 20 erzeugt wird. Denn bekanntermaßen ändert sich der elektrische Widerstand eines Metalls abhängig von dessen Temperatur nach folgendem mathematischen Zusammenhang :
ΔR = Rk * α * Δύ (1) mit
ΔR Widerstandsänderung des Spulendrahts,
Rk Widerstand des Spulendrahts bei einer Referenztemperatur,
Δύ- Temperaturänderung bezogen auf die Referenztemperatur, Temperaturbeiwert des Metalls des Spulendrahts (für Kupfer α = 0,0039).
Die Widerstandsänderung des Spulendrahts 18 resultiert wiederum in einer Änderung des Ausgangsspannungssignals ΔU des induktiven Signalgebers 1 gemäß dem Ohmschen Gesetz:
ΔU = ΔR * I (2) mit
ΔU Ausgangsspannung des induktiven Signalgebers,
ΔR temperaturbedingte Widerstandsänderung des Spulendrahtes,
I Strom durch den Spulendraht.
Aus dem Ausgangsspannungssignal ΔU des Signalgebers 1 kann daher auf die Temperaturänderung ΔΦ des Spulendrahts 18 durch Einsetzen der gemäß Gleichung (1) berechneten Widerstandsänderung ΔR in Gleichung (2) geschlossen werden. Wie aus Fig.l hervorgeht, ist der induktive Signalgeber 1 in unmittelbarer Nachbarschaft zu zwei vorzugsweise als Kegelrollenlager ausgebildeten, der Radnabe 10 und dem Achsrohr 6 zwischengeordneten Radlagern 26 angeordnet. Da der Signalgeber 1 durch das Achsrohr 6 mit den Radlagern 26 in wärmeleitender Verbindung steht, ist die Temperatur des Spulendrahtes 18 annähernd gleich der Temperatur der in unmittelbarer Nachbarschaft angeordneten Radlager 26.
Darüber hinaus steht der Signalgeber 1 mit der Bremstrommel 16 in wärmeleitender Verbindung und ist deren Wärmeabstrahlung ausgesetzt, wobei wegen der größeren Entfernung die Wärmeübertragung durch Wärmeabstrahlung überwiegt. Die Bremstrommel 16 befindet sich in geringem radialen Abstand zum Signalgeber 1 und umschließt ihn im wesentlichen, wie Fig.l zeigt. Im Gegensatz zur direkten Wärmeleitung ist die durch Strahlung übertragene Wärme um ungefähr den Faktor 3 geringer. Das bedeutet, daß eine kritische Höchsttemperatur der Bremstrommel 16 von ca. 420 °C einer Temperatur von etwa 140 °C am Signalgeber 1 entspricht.
Wie oben erwähnt, kann vom Ausgangsspannungssignal U des Signalgebers 1 auf die Temperatur des Spulendrahtes 18 und von dieser auf die Temperatur der Radlager 26 und/oder der Bremstrommel 16 geschlossen werden. Da das Ausgangsspannungssignal U jedoch eine in Frequenz und Amplitude drehzahlabhängige Wechselspannung ist, kann sie nicht ohne zusätzliche Maßnahmen zur Bestimmung der Temperatur verwendet werden.
Fig. 3 zeigt eine Auswerteeinrichtung 28 zur Auswertung der vom Signalgeber 1 ausgesteuerten Spannungssignale, an welche dieser über elektrische Leitungen 30 angeschlossen ist. Die Auswerteeinrichtung 28 ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie sowohl die drehzahläbhängigen Signale als auch die temperaturabhängigen Signale des Signalgebers 1 auswertet. Hierzu ist ein Tiefpaß 32 vorgesehen, welcher aus dem vom induktiven Signalgeber 1 gelieferten Wechselspannungssignal einen von der Temperatur der Bremstrommel 16 abhängigen Gleichspannungsanteil ausfiltert und über einen analogen Anschluß A an einen Mikrorechner 34 liefert. Dieser ordnet dem Gleichspannungsanteil eine Temperatur der Bremstrommel 16 zu, wozu die Auswerteeinrichtung 28 zuvor kalibriert wurde. Andererseits bildet ein Impulsformer 36 aus dem vom induktiven Signalgeber 1 gelieferten Wechselspannungssignal ein von der Drehzahl des Fahrzeugrades abhängiges Rechteckspannungssignal zur Weiterleitung an einen digitalen, flankensensitiven Anschluß B des Mikrorechners.
Über die Widerstände R4, R4', deren Widerstandswerte sich entsprechen, wird dem Signalgeber 1 ein Meßstrom von beispielsweise ca. 0.8mA aufgeprägt und gleichzeitig sein Arbeitspunkt zu 2,5V festgelegt. Dieser Strom bedingt eine erhebliche Gleichspannung am Signalgeber 1, vorzugsweise ca. lVolt. Da der Impulsformer 36 schon bei deutlich kleineren Wechselspannungen arbeiten soll, wird er über einen Kondensator Cl, dessen Kapazität derjenigen des Kondensators Cl' entspricht und über die Widerstände Rl, Rl', deren Widerstandswerte sich entsprechen, an den Signalgeber 1 angekoppelt.
Die beiden gleich großen Widerstände R3 und R3' fixieren den Arbeitspunkt am Impulsformer 36 auf ebenfalls 2,5 V. Der Wechselstrom des Signalgebers 1 erzeugt an den beiden Widerständen Rl und Rl ' die Eingangsspannung für den Impulsformer 36, der dem Mikrorechner 34 über den Anschluß B ein 5Volt-Rechtecksignal in der Frequenz der sinusförmigen Wechselspannung des Signalgebers 1 für die Geschwindigkeitsberechnung zur Verfügung stellt. Der Mikrorechner 34 liefert dann basierend auf der Frequenz des Rechteckspannungssignals einen Wert für die Drehzahl des Fahrzeugrades an das Steuergerät des ABS/ASR-Systems.
Wie bereits oben erwähnt, leitet der aus dem Widerstand R2 und dem Kondensator C2 bestehende Tiefpaß 32 nur den Gleichspannungsanteil der Wechselspannung des Signalgebers 1 zum Anschluß A des Mikrorechners 34 weiter. Eine kleine, langsame Änderung dieses Gleichspannungsanteils wird vom Mikrorechner 34 als temperaturbedingte Änderung des Widerstands des Spulendrahtes 18 der Spule 20 des Signalgebers 1 interpretiert. Eine große, schnelle Änderung hingegen weist auf einen Kurzschluß hin.
Der Mikrorechner 34 beinhaltet eine Entscheidungsinstanz, welche anhand des Gleichspannungssignals entscheidet, ob eine überhöhte Temperatur vorliegt. Die Entscheidungsinstanz kann beispielsweise aus einem Vergleich des Gleichspannungssignals mit einem Spannungsgrenzwert bestehen, der einer zulässigen Höchsttemperatur entspricht. Der Mikrorechner 34 entscheidet außerdem durch eine logische Bewertung, ob für die erhöhte Temperatur ein heißgelaufenes Radlager 26 oder eine überhitzte Bremstrommel 16 ursächlich ist. Diese logische Bewertung kann beispielsweise wie folgt vorgenommen werden:
Falls die erhöhte Temperatur gleichzeitig an mehreren, mit einem Signalgeber 1 versehenen Fahrzeugrädern festgestellt wird, so ist mit hoher Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, daß die Bremstrommeln 16 sämtlicher Radbremsen des Fahrzeugs überhitzt sind. Ein solcher Fall kann beispielsweise bei einer langen Bergabfahrt eintreten. Hingegen zeigt die Erfahrung, daß die Radlager 26 sämtlicher Fahrzeugräder äußerst selten gleichzeitig einen Lagerschaden aufweisen und deshalb auch gleichzeitig heißlaufen. Falls hingegen nur an einem Fahrzeugrad eine erhöhte Temperatur detektiert wird, kann dies auf ein heißgelaufenes Radlager 26 und/oder auf eine ungenügend lösende Radbremse hinweisen.
Da die Temperaturerhöhung in kritischen Fahrzuständen resultieren kann, ist durch eine Bewertung der Temperaturbereiches zu entscheiden, ob dem Fahrer des Nutzfahrzeugs lediglich eine Information oder eine Warnung über eine mit dem Mikrorechner 34 in Signalverbindung stehende, beispielsweise in einer Lampe oder einem Monitor bestehenden Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Vorzugsweise werden hierzu drei Temperaturbereiche herangezogen:
(1) Keine Anzeige erfolgt, falls die ermittelte Temperatur innerhalb zulässiger Temperaturbereiche liegt, beispielsweise unterhalb von 100 °C,
(2) Es erfolgt eine Information des Fahrers bei Vorliegen von erhöhten Temperaturen, die aber noch keine sofortige Fahrtunterbrechung erforderlich machen, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 100 °C und 140 °C,
(3) Es erfolgt eine Warnung des Fahrers bei unzulässig hohen Temperaturen, die eine sofortige Fahrtunterbrechung erforderlich machen, beispielsweise bei Temperaturen größer oder gleich 140 °C. Die Information bzw. Warnung des Fahrers kann durch eine bereits vorhandene oder nachträglich installierte Warnlampe und/oder durch einen auf einem Monitor angezeigten Text erfolgen, wobei Warnlampe und Monitor jeweils im Blickfeld des Fahrers angeordnet sind. Im Falle der Verwendung einer Warnlampe kann die Information „erhöhte Temperatur" beispielsweise über eine intermittierende Ansteuerung mit relativ langsamer Blinkfrequenz erfolgen. Die Warnung „unzulässige Temperatur" als Empfehlung zur Fahrtunterbrechung kann eine erhöhte Blinkfrequenz zur Folge haben. Auch der Hinweis für den Fahrer, welche Radbremse oder welche Radbremsen von einer Temperaturerhöhung betroffen sind, kann über entsprechende, radweise zugeordnete und sich wiederholende Blinksequenzen erfolgen. Ist beispielsweise das Fahrzeugrad hinten rechts betroffen, so kann dies durch eine Blinksequenz mit 4-maligem Aufleuchten angezeigt werden, während mit einer Sequenz aus 3-maligen Aufleuchten auf das linke hintere Rad hingewiesen werden könnte. Eine Temperaturerhöhung an mehreren Rädern, wie sie beispielsweise durch überhitzte Bremsen entsteht, könnte durch permanentes Blinken mit der entsprechenden Blinkfrequenz für Information oder Warnung dem Fahrer angezeigt werden. Selbstverständlich sind auch andere Blinkfolgen und andere Temperaturbereiche denkbar.
Wenn, wie im vorliegenden Fall ein EBS-, ABS- und/oder ein ASR-System installiert ist, sind bereits Anzeigelampen im Zugfahrzeug vorhanden, die dem Fahrer über die Funktionsbereitschaft dieser Systeme informieren. Eine bei Fahrt permanent aufleuchtende oder auch bei Fahrtantritt bereits leuchtende Anzeigelampe signalisiert dem Fahrer den Ausfall des EBS-, ABS- bzw. des ASR-Systems oder einzelner Systemanteile. Über diese bereits vorhandene Anzeigelampe kann dann, wie zuvor beschrieben, dem Fahrer mittels entsprechender Blinkfrequenz und Blinksequenz der Temperaturzustand und das betroffene Fahrzeugrad angezeigt werden. Im Falle einer bereits vorhandenen Schnittstelle, wie beispielsweise SAE J1587oder SAE J1939 besteht auch die Möglichkeit, die Temperatur und die Information über das von der Temperaturerhöhung betroffene Fahrzeugrad auf dem Monitor der Anzeigeeinrichtung alphanumerisch anzuzeigen. Hierzu ist jedoch eine Datenübertragung vom Anhängerfahrzeug in das Zugfahrzeug notwendig. Dies kann ebenfalls durch bereits vorhandene Schnittstellen erfolgen. Beispielsweise wird die Funktionsbereitschaft des ABS des Anhängerfahrzeugs über eine nach SAE J 2497 definierte „Power-Line-Communication" (PLC) zum Zugfahrzeug übertragen. Dies geschieht durch eine Frequenz/Amplituden-Modulation über die positive Stromversorgung des ABS vom Zugfahrzeug zum Anhängerfahrzeug und umgekehrt. Da bei der „Power- line-Communication" das ABS-Steuergerät des Zugfahrzeugs und mit dem des Anhängerfahrzeugs in direkter Kommunikationsverbindung steht, können auch die im Anhänger ermittelten Temperaturwerte dem Fahrer im Zugfahrzeug angezeigt werden. Dies betrifft sowohl die Anzeige mittels einer beispielsweise in der Instrumententafel des Zugfahrzeuges aufgenommenen ABS-Anhängerfahrzeug-Anzeigeleuchte wie auch die Anzeige mittels eines dort angeordneten Monitors. Bei dem elektronischen Bremssystem (EBS) ist durch die SAE J1939 ebenfalls bereits eine Schnittstelle zum Anhänger vorhanden, durch welche die erfaßten Temperaturwerte in die Fahrerkabine übertragen werden können.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines induktiven Signalgebers zur Drehzahl- und Temperaturmessung ist nicht auf induktive Signalgeber 1 in elektronischen Bremssystemen von Fahrzeugen beschränkt. Induktive Sensoren mit metallischer Spule werden beispielsweise auch bei der Bestimmung einer für die Zündung erforderlichen Bezugsmarke auf dem Kurbelwellen-Schwungrad einer Brennkraftmaschine oder auch bei Einspritzpumpen von Brennkrafta aschinen eingesetzt. Dann kann der Signalgeber 1 über seine ursprüngliche Funktion als Aufnehmer für Positionen, Wege, Winkellagen oder Drehzahlen hinaus in der zuvor beschriebenen Weise zusätzlich zur Bestimmung der Temperatur angrenzender oder benachbarter Bauteile verwendet werden.
Bezugszahlenliste
Signalgeber
Stabmagnet
Polkern
Halter
Achsrohr
Impulsring
Radnabe
Radkappe
Mittelachse
Bremstrommel
Spulendraht
Spule
Zahn
Lücke
Radlager
Auswerteeinrichtung
Leitungen
Tiefpaß
Mikrorechner
Impulsformer

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines zur Erfassung der Position, des Weges, der Winkellage oder der Drehzahl eines bewegten Elements vorgesehenen induktiven Signalgebers (1) zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur eines oder mehrerer in der Umgebung des Signalgebers angeordneter Bauteile (16, 26).
2. Verwendung eines induktiven Signalgebers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für die Temperatur mit einem Grenzwert für eine zulässige Höchsttemperatur des Bauteils (16, 26) verglichen und bei Überschreiten ein Warnsignal angezeigt wird.
3. Verwendung eines induktiven Signalgebers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bestandteil eines elektronisch überwachten Bremssystems (EBS) und/oder eines Systems zum schlupfgeregelten Bremsen (ABS) und/oder eines System zum schlupfgeregelten Anfahren oder Beschleunigen (ASR) zum Erfassen der Drehzahl eines Fahrzeugrades eines Fahrzeugs vorgesehen ist und zusätzlich ein Signal für die Temperatur von Radlagern (26) und einer Radbremse (16) des Fahrzeugrades erzeugt.
4. Sensorvorrichtung beinhaltend einen induktiven Signalgeber zur Erfassung einer Position, eines Weges, einer Winkellage oder einer Drehzahl eines bewegten Elements, insbesondere zur Erfassung der Drehzahl eines Fahrzeugrades, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (28) zur Erzeugung eines Signals für die Temperatur wenigstens eines in der Umgebung des Signalgebers (1) angeordneten Bauteils (16, 26) abhängig von dem vom Signalgeber (1) gelieferten Ausgangssignal vorgesehen ist.
5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (28) derart ausgebildet ist, daß sie das Signal für die Temperatur des Bauteils (16, 26) abhängig von einer temperaturbedingten Änderung des elektrischen Widerstands einer metallischen Spule (20) des Signalgebers (1) erzeugt.
6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (28) derart ausgebildet ist, daß sie sowohl ein von der Position, vom Weg, von der Winkellage oder von der Drehzahl des bewegten Elements abhängendes Signal als auch das temperaturabhängige Signal des Signalgebers (1) auswertet.
7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Signalgeber als Impulsgeber (1) ausgebildet ist, in welcher ein im wesentlichen sinusförmiges Wechselspannungssignal als Ausgangssignal induziert wird.
8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaß (R2, C2) vorgesehen ist, welcher aus dem vom induktiven Signalgeber (1) gelieferten Ausgangssignal ein von der Temperatur des Bauteils (16, 26) abhängiges Gleichspannungssignal ausfϊltert und an einen Mikrorechner (34) liefert.
9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsformer (36) vorgesehen ist, welcher aus dem vom induktiven Signalgeber (1) gelieferten Ausgangssignal ein von der Position, dem Weg, der Winkellage oder der Drehzahl des bewegten Elements abhängiges Rechteckspannungssignal an den Mikrorechner (34) liefert.
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (34) eine Entscheidungsinstanz beinhaltet, welche anhand des Gleichspannungssignals entscheidet, ob eine überhöhte Temperatur des Bauteils (16, 26) vorliegt oder nicht.
11. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Signalgeber (1) Bestandteil eines elektronisch überwachten Bremssystems (EBS) und/oder eines Systems zum schlupfgeregelten Bremsen (ABS) und/oder eines System zum schlupfgeregelten Anfahren oder Beschleunigen (ASR) eines Fahrzeugs ist.
12. Sensorvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einigen der Fahrzeugräder des Fahrzeugs ein induktiver Signalgeber (1) zugeordnet ist.
13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Signalgeber (1) benachbart zu einem Radlager (26) eines Fahrzeugrades angeordnet ist.
14. Sensorvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Signalgeber (1) benachbart zu Bestandteilen einer dem Fahrzeugrad zugeordneten Radbremse wie Bremstrommel (16), Bremsscheibe oder Bremsbeläge angeordnet ist.
15. Sensorvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsinstanz des Mikrorechners (34) zur Entscheidung ausgebildet ist, ob eine festgestellte Temperaturerhöhung oder Temperaturüberschreitung dem Radlager (26) oder der Radbremse (16) des Fahrzeugrades zuzuordnen ist.
16. Sensorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine derart ausgebildete Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, daß sie das Vorliegen einer überhöhten Temperatur des Radlagers (26) und/oder der Radbremse (16) sowie das hiervon betroffene Fahrzeugrad anzeigt.
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