Verfahren und Anordnung zur Auswertung der Signale einer
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(19) *DE10345728B420120531* (10) (12) DE 103 45 728 B4 2012.05.31 Patentschrift (21) Aktenzeichen: 103 45 728.3 (22) Anmeldetag: 01.10.2003 (43) Offenlegungstag: 21.04.2005 (45) Veröffentlichungstag der Patenterteilung: 31.05.2012 (51) Int Cl.: G01D 5/244 (2006.01) G01P 3/481 (2006.01) G01P 13/04 (2006.01) G01D 5/20 (2006.01) Innerhalb von drei Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach § 59 Patentgesetz gegen das Patent Einspruch erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist eine Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten(§ 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu § 2 Abs. 1 Patentkostengesetz). (73) Patentinhaber: Robert Bosch GmbH, 70469, Stuttgart, DE (72) Erfinder: Walter, Klaus, 74321, Bietigheim-Bissingen, DE; Rettig, Rasmus, 70839, Gerlingen, DE (56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften: DE DE DE DE DE 41 35 873 42 33 549 196 34 715 197 50 304 199 37 155 C2 A1 A1 A1 A1 (54) Bezeichnung: Verfahren und Anordnung zur Auswertung der Signale einer Sensoranordnung (57) Zusammenfassung: Es wird ein Verfahren zur Auswertung der Signale (1) bei einer Sensoranordnung vorgeschlagen, bei dem die durch ein bewegtes Geberelement verursachten Schaltflanken ausgewertet werden. Die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken werden dabei unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements in der Sensoranordnung erkannt und eindeutig codiert. Zusätzlich zu den codierten Informationen über die Schaltflanken können dann auch noch weitere Informationen über physikalische Größen an oder im Bereich der Sensoranordnung auf einem gemeinsamen Signalpfad an nachgeschaltete Auswerte- oder Steuereinheiten übermittelt werden. DE 103 45 728 B4 2012.05.31 Beschreibung Stand der Technik [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung der Signale einer Sensoranordnung, insbesondere im Zusammenhang mit einer Magnetsensoranordnung zur Auswertung der Bewegung eines Geberrades, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. [0002] Bekannt sind hierbei sogenannte aktive Drehzahl- und Positionssensoren, wie sie z. B. zur Steuerung von Motoren oder auch in Getriebe- oder Fahrdynamiksteuerungen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Diese Sensoren arbeiten als Phasengeber, Drehzahlgeber oder als sogenannter Drehzahlfühler. Es ist beispielsweise aus der DE 197 50 304 A1 eine Anordnung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung mittels eines Impulsrades bekannt, bei der eine Drehrichtungserkennung dadurch möglich ist, dass in einer Drehrichtung eine Änderung des Abstandes der impulsauslösendenden Elemente vorgenommen worden ist und damit das Tastverhältnis sich ändert. [0003] Diese an sich bekannten Magnetsensoranordnungen verfügen üblicherweise über eine Zwei- oder Dreidrahtschnittstelle über die die Sensorsignale zu den nachfolgenden Auswerte- oder Steuereinheiten geschickt werden können. Zunehmend werden hierfür auch Sensoren bereitgestellt, die neben der Drehzahloder Positionsinformation weitere Signale an das jeweilige Steuergerät übermitteln können, wie es für sich gesehen aus der DE 196 21 902 A1 bekannt ist. [0004] Auch aus der DE 196 34 715 A1 ist bekannt, dass auch hier bei einer Anordnung zur Erfassung des Drehzahlverhaltens eines metallischen Rades, das Rad mit einem Magnetsenor abgetastet wird und die dabei entstehenden Schaltflanken ausgewertet werden. Hier kann ein Statussignal oder eine andere Informationen dem eigentlichen Drehzahlsignal überlagert werden. [0005] Beispielsweise kommen als zusätzliche Signale die Drehrichtung, die magnetische Amplitude, die Temperatur oder auch Informationen aus weiteren Sensoren, wie z. B. Sensoren zur Erfassung des Bremsbelagsverschleiß oder des Reifendrucks, in Frage, die nahe des Drehzahl- oder Positionssensors montiert sind und ihre Messgröße über Leitungen oder auch drahtlos an diese Magnetsensoranordnungen übermitteln. Vorteile der Erfindung [0006] Bei einer Weiterbildung des eingangs genannten Verfahrens zur Auswertung der Signale bei einer Sensoranordnung, bei dem die durch ein bewegtes Geberelement verursachte Schaltflanken ausgewertet werden, wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements in der Sensoranordnung erkannt und eindeutig codiert. [0007] Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich zu den codierten Informationen über die Schaltflanken auch noch weitere Informationen über physikalische Großen an oder im Bereich der Sensoranordnung auf einem gemeinsamen Signalpfad an nachgeschaltete Auswerteoder Steuereinheiten übermittelt werden. [0008] Am einfachsten ist es, wenn jeweils nur eine Richtung der Schaltflanken erfasst und an die nachgeschaltete Auswerte- oder Steuereinheiten übermittelt wird und damit eine Frequenzhalbierung ermöglicht wird. [0009] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements durch unterschiedliche Pulsweiten des Ausgangssignals der Sensoranordnung codiert. [0010] Gemäß einer anderen ebenfalls für viele Verwendungen vorteilhaften Ausführungsform kann bei einer Verwendung eines sogenannten Zwei- Drei- oder Mehrpegelprotokolls bei der Signalübertragung die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements und weitere Zusatzinformationen durch Setzen vorgegebener Bits innerhalb des Mehrpegelprotokolls codiert werden. [0011] Ein Vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens ergibt sich, wenn die Magnetsensoranordnung zwei magnetfeldempfindliche Sensoren aufweist, die ortsnah dem zu erfassenden Ele- 2/7 DE 103 45 728 B4 2012.05.31 ments gegenüberliegen und jeweils ein, dem vom Element beeinflussten Magnetfeld entsprechendes Signal an einen Signalpfad mit einem Zwei- oder Drei-Pegel-Protokoll abgeben. Es kann dann auf einfache Weise ein Rechenbaustein zur Auswertung und Codierung der Richtung der Schaltflanken und/oder der Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements und weiterer Zusatzinformationen vorgesehen werden. Zeichnung [0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: [0013] Fig. 1 einen Signalverlauf einer Magnetsensoranordnung mit einer eindeutigen Flankenzuordnungen der Schaltflanken durch eine Halbierung der Frequenz der Schaltimpulse bei der Magnetsensoranordnung, [0014] Fig. 2 eine Darstellung von Schaltflanken der Magnetsensoranordnung mit unterschiedlichen Pulsweiten für verschiedene Schaltflanken und [0015] Fig. 3 eine Darstellung der für verschiedene Schaltflanken und weiterer Sensorgrößen jeweils gesetzten Bits bei einem Drei-Pegel-Protokoll der Signalübertragung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele [0016] In Fig. 1 ist das magnetische Signal 1 eines Magnetsensors zur Durchführung eines Verfahrens zur Erfassung der Drehbewegung eines im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannten und hier nicht dargestellten Geberrades, z. B. zur Erzeugung von Impulsen für vorgegebene Drehwinkel, relativ zu einer Sensoranordnung gezeigt. [0017] Der Signalverlauf 2 nach der Fig. 1 zeigt das üblicherweise hier anstehende Zwei-Pegel-Ausgangssignal mit einem gleichen und somit nichteindeutigen Puls für jede Schaltflanke, egal ob steigend oder fallend. Erfindungsgemäß ist im Signalverlauf 3 ein frequenzhalbiertes Ausgangssignal dargestellt, das eine Pulsausgabe nur bei fallenden magnetischen Flanken vorsieht und damit eindeutig ist. [0018] Fig. 2 zeigt Signalverläufe die einen ersten Schritt in Richtung auf eine pulsweitenmodulierte Codierung der Schaltflanken, hier insbesondere in Richtung auf eine Erkennung der Drehrichtung des Geberrades, mit einem Zwei-Pegel-Protokoll erlaubt. Das Ursprungssignal 4 wird im Signalverlauf 5 zunächst hinsichtlich der steigenden und fallenden Flanken gleich ausgewertet; aus den Signalverläufen 6 bis 9 ist jedoch erkennbar, dass beispielsweise für unterschiedliche Drehrichtungen oder sonstige Zusatzinformationen unterschiedliche Pulsweiten definiert werden können. [0019] Wie eingangs erwähnt, führen insbesondere die zusätzlich zu übertragenden Information der Sensoranordnung zum Verlust der Flankenrichtungsinformation. So bildet auch das Zwei-Pegel pulsweitenmodulierte Protokoll nach der Fig. 1 jede magnetische Flanke des Signalverlaufs 4 auf eine steigende elektrische Flanke nach dem Verlauf 5 ab. Eine Unterscheidung der steigenden von der fallenden Flanke ist daher basierend auf dem Ausgangssignal des Sensors nicht mehr möglich. [0020] Eine solche Unterscheidung ist jedoch für Anwendungen in der Positionssensorik im Motor sowie für Drehzahlsensoren mit bestimmten Geberrädern von großer Wichtigkeit. Beim Einsatz in der Positionssensorik wird eine mechanische Position codiert im Zeitpunkt eines definierten Flankenwechsels, z. B. Übergang Low → High, des Sensorsignals wiedergegeben und ausgewertet. In der Drehzahlsensorik insbesondere für Applikationen mit stark unterschiedlichen Geberrädern beobachtet man auch eine Abhängigkeit der magnetischen Flankensteilheit von ihrer Richtung; z. B. Übergang magnetisch High → Low = flacher Verlauf, Low → High = steiler Verlauf der magnetischen Amplitude. Dieses magnetische Verhalten bildet sich auch im Ausgangssignal des Sensors ab. Eine steile magnetische Flanke erzeugt ein zeitlich gut definiertes elektrisches Signal, ein flacher Anstieg führt zu einer zeitlich schlecht definierten Flanke. Für die Auswertung des Signals ist es daher häufig erforderlich, gezielt das besser definierte Signal auszuwählen, welches eine signifikant verbesserte Wiederholgenauigkeit aufweist. [0021] Bei dem Ausführungsbeispiel mit einer Pulsweitencodierung sind beispielsweise folgende Zuordnungen möglich, bei der nach der Fig. 2 der Verlauf 5 der Pulsweite = 1, Verlauf 6 =, Verlauf 7 = 4, Verlauf 8 = 8 und Verlauf 9 = 16 entspricht: 3/7 DE 103 45 728 B4 2012.05.31 Pulsweiten Codierte Information 1 steigende magnetische Flanke und Rechtslauf 2 fallende magnetische Flanke und Rechtslauf 4 steigende magnetische Flanke und Linkslauf 8 fallende magnetische Flanke und Linkslauf 16 Warnung: geringe magnetische Amplitude [0022] Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 wird durch Setzen oder Löschen eines besonderen Bits in einem Mehrpegel-Protokoll eine umfangreiche Codierungsmöglichkeit vorgeschlagen bei der hier ein Signalverlauf 10 mit Drei-Pegel-Protokoll mit den Pegel IH, IM und IL und einer sogenannten Manchestercodierung über dem Verlauf der Geometrie eines die Schaltflanken erzeugenden Magneten 11 mit den Polen NP (Nordpol) und SP (Südpol) gezeigt ist. [0023] Ein mögliche Belegung der Signale 0 bis 9, bzw. Setzen eines Bits durch einen Pegel wird im Folgenden aufgezeigt: Bit Codierte Information 0 steigende magnetische Flanke bei Rechtslauf 1 fallende magnetische Flanke bei Rechtslauf 2 steigende magnetische Flanke bei Linkslauf 3 fallende magnetische Flanke bei Linkslauf 4 Temperatur Bit 0 5 Temperatur Bit 1 6 Temperatur Bit 2 7 Amplitude Bit 0 8 Amplitude Bit 1 9 Amplitude Bit 2 Patentansprüche 1. Verfahren zur Auswertung der Signale bei einer Sensoranordnung, bei dem – die durch ein bewegtes Geberelement verursachten Schaltflanken ausgewertet werden und – codierte Informationen über die Schaltflanken und weitere Informationen über physikalische Größen an oder im Bereich der Sensoranordnung auf einem gemeinsamen Signalpfad an nachgeschaltete Auswerte- oder Steuereinheiten übermittelt werden, wobei – als weitere Information die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements in der Sensoranordnung erkannt und eindeutig codiert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – jeweils nur eine Richtung der Schaltflanken an die nachgeschaltete Auswerte- oder Steuereinheiten übermittelt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements und Zusatzinformationen durch unterschiedliche Pulsweiten des Ausgangssignals (1) der Sensoranordnung codiert wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass – bei einer Verwendung eines Zwei- Drei- oder Mehrpegelprotokolls (IH, IM, IL) bei der Signalübertragung die Richtung der Schaltflanken und/oder die Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements und Zusatzinformationen durch Setzen vorgegebener Bits (0 bis 9) innerhalb des Mehrpegelprotokolls codiert wird. 4/7 DE 103 45 728 B4 2012.05.31 5. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Magnetsensoranordnung zwei magnetfeldempfindliche Sensoren aufweist, die ortsnah dem zu erfassenden Elements gegenüberliegen und jeweils ein, dem vom Element beeinflussten Magnetfeld entsprechendes Signal an einen Signalpfad mit einem Zwei- oder Drei-Pegel-Protokoll abgeben, wobei – ein Rechenbaustein zur Auswertung und Codierung der Richtung der Schaltflanken und/oder der Richtung der Schaltflanken unter Berücksichtigung der Bewegung des Geberelements vorhanden ist. Es folgen 2 Blatt Zeichnungen 5/7 DE 103 45 728 B4 2012.05.31 Anhängende Zeichnungen 6/7 DE 103 45 728 B4 2012.05.31 7/7
