DE102022206824A1

DE102022206824A1 - Wheel speed sensor interface with PWM

Info

Publication number: DE102022206824A1
Application number: DE102022206824.6A
Authority: DE
Inventors: René Trapp
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2024-01-04

Abstract

Sensor (1) zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen einem Encoder (2), mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, und dem Sensor (1), wobei der Sensor (1) zumindest ein Sensorelement (11, 12) sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung (13) aufweist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten Sensorelementausgangssignal (S1) des zumindest einen Sensorelements (11, 12) ein Bewegungssignal (S3, S4) bereitstellt, wodurch die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgelegt ist, dass sie wenigstens einen Bewegungsimpuls pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt, wobei die Amplitude bzw. Signalstärke des Bewegungsimpulses (i1, i2) abhängig ist von der durch den Sensor erfassten Bewegungsrichtung des Encoders (2), wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie die Dauer (t1, t2, t3) des Bewegungsimpulses abhängig von keiner (t1) oder wenigstens einer Zusatzinformation (t2, t3) ausbildet.

Sensor (1) for detecting relative movements between an encoder (2), with a substantially periodic scale and/or pattern, and the sensor (1), the sensor (1) having at least one sensor element (11, 12) and a signal processing device (13), wherein the signal processing device (13) is designed such that it provides a movement signal (S3, S4) as a function of at least a first sensor element output signal (S1) of the at least one sensor element (11, 12), whereby the signal processing device (13 ) is designed so that it generates at least one movement pulse per detected scale division, the amplitude or signal strength of the movement pulse (i1, i2) being dependent on the direction of movement of the encoder (2) detected by the sensor, the signal processing device (13) being so is designed to form the duration (t1, t2, t3) of the movement impulse depending on no (t1) or at least one additional piece of information (t2, t3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Sensor vorzuschlagen, welcher relativ kostengünstig und/oder robust und/oder präzise messend ist und/oder welcher eine relativ hohe Auflösung ermöglicht und/oder eine Dreh- bzw. Bewegungsrichtungsinformation bereitstellen kann bei relativ geringem Schaltungsaufwand.The invention is based on the object of proposing a sensor which is relatively inexpensive and/or robust and/or measures precisely and/or which enables a relatively high resolution and/or can provide rotation or movement direction information with relatively little circuitry effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Sensor gemäß Anspruch 1.This object is achieved according to the invention by the sensor according to claim 1.

Der Erfindung liegt vorzugsweise der Gedanke zu Grunde, dass der Sensor zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen einem Encoder, mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, und dem Sensor ausgebildet ist, wobei der Sensor zumindest ein Sensorelement sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten Sensorelementausgangssignal des zumindest einen Sensorelements ein Bewegungssignal bereitstellt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass wenigstens ein Bewegungsimpuls pro erfasster Maßstabsteilung erzeugt wird, wobei die Amplitude bzw. Signalstärke des Bewegungsimpulses abhängig ist von der durch den Sensor erfassten Bewegungsrichtung des Encoders, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Dauer des Bewegungsimpulses abhängig von keiner oder wenigstens einer Zusatzinformation ausbildet und/oder erzeugt und/oder ableitet.The invention is preferably based on the idea that the sensor is designed to detect relative movements between an encoder, with a substantially periodic scale and/or pattern, and the sensor, wherein the sensor has at least one sensor element and a signal processing device, wherein the Signal processing device is designed so that it provides a movement signal as a function of at least a first sensor element output signal of the at least one sensor element, wherein the signal processing device is designed so that at least one movement pulse is generated per detected scale division, the amplitude or signal strength of the movement pulse being dependent on the direction of movement of the encoder detected by the sensor, wherein the signal processing device is designed such that it forms and / or generates and / or derives the duration of the movement pulse depending on no or at least one additional piece of information.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie eine eigenständige Bewertung der Drehrichtung/Bewegungsrichtung des Encoders relativ zum Sensor vornimmt.It is preferred that the signal processing device is designed such that it independently evaluates the direction of rotation/direction of movement of the encoder relative to the sensor.

Die Bewegungsrichtung ist vorzugsweise als Drehrichtung definiert.The direction of movement is preferably defined as the direction of rotation.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass sie wenigstens eine Stromquelle aufweist und der Bewegungsimpuls als eingeprägtes Stromsignal erzeugt wird.It is preferred that the signal processing device is designed such that it has at least one current source and the movement pulse is generated as an impressed current signal.

Die Signalverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte unterschiedliche Amplitude bzw. Signalstärke erzeugen kann bzw. erzeugt, wodurch wenigstens Bewegungsimpulse zwei unterschiedlicher Amplituden bzw. Signalstärken erzeugt werden, in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsrichtung des Encoders, also insbesondere bei Feststellung innerhalb des Sensors, dass eine erste Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung vorliegt, dass der Bewegungsimpuls mit der zweiten Amplitude bzw. Signalstärke erzeugt wird und bei Feststellung der zweiten/ anderen Bewegungsrichtung, der Bewegungsimpuls mit der dritten Amplitude bzw. Signalstärke erzeugt wird, wobei die Amplitude bzw. Signalstärke zwischen den Bewegungsimpulsen die erste Amplituden bzw. Signalstärke aufweist, welche geringer ist, als die zweite und dritte Amplituden bzw. Signalstärke.The signal processing device is preferably designed so that it can generate or generates at least a first, a second and a third different amplitude or signal strength, whereby at least movement pulses of two different amplitudes or signal strengths are generated, depending on the detected direction of movement of the encoder, i.e in particular when it is determined within the sensor that there is a first direction of movement or direction of rotation, that the movement pulse is generated with the second amplitude or signal strength and when the second/other direction of movement is detected, the movement pulse is generated with the third amplitude or signal strength, whereby the amplitude or signal strength between the movement pulses has the first amplitudes or signal strength, which is lower than the second and third amplitudes or signal strength.

Es ist bevorzugt, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass sie wenigstens eine interne Positionszusatzinformation erzeugt, wenn der Sensor aufgrund einer Bewegung des Encoders eine Änderung in der erfassten Maßstabsteilung erfasst, wobei diese Positionszusatzinformation eine Positionsinformation betrifft, welche eine relative und/oder absolute Position innerhalb einer Maßstabsteilung/ Maßstabsteilungslänge codiert.It is preferred that the signal processing device is designed so that it generates at least one piece of internal additional position information when the sensor detects a change in the detected scale division due to a movement of the encoder, this additional position information relating to position information which has a relative and/or absolute position coded within a scale division/scale division length.

Es ist zweckmäßig, dass die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt ist, dass sie wenigstens eine Schaltschwelle hinsichtlich eines wenigstens ersten und zweiten Sensorelementausgangssignals aufweist, wobei im Wesentlichen jeweils bei Überschreiten und/oder Unterschreiten der wenigstens einen Schaltschwelle durch das jeweilige Sensorelementausgangssignal eine Bewegungsinformation oder Positionszusatzinformation erzeugt wird.It is expedient for the signal processing device to be designed in such a way that it has at least one switching threshold with respect to at least a first and second sensor element output signal, with motion information or additional position information being generated essentially when the at least one switching threshold is exceeded and/or fallen below by the respective sensor element output signal.

Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgelegt, dass sie mehrere Bewegungsimpulse pro Maßstabsteilung erzeugt, insbesondere bei Überschreiten und/oder Unterschreiten der wenigstens einen Schaltschwelle durch das jeweilige Sensorelementausgangssignal.Preferably, the signal processing device is designed so that it generates several movement pulses per scale division, in particular when the respective sensor element output signal exceeds and/or falls below the at least one switching threshold.

Bevorzugt werden die Zusatzinformationen in die Dauer des Bewegungsimpulses codiert, wobei die Bewegungsrichtung zwischen Sensor und Encoder nicht in die Dauer des Bewegungsimpulses codiert wird, sondern in die Größe bzw. Höhe der Amplitude bzw. Signalstärke des Bewegungsimpulses.The additional information is preferably encoded in the duration of the movement pulse, whereby the direction of movement between the sensor and encoder is not encoded in the duration of the movement pulse, but rather in the size or height of the amplitude or signal strength of the movement pulse.

Der Sensor ist vorzugsweise als Geschwindigkeitssensor und/oder Drehzahlsensor und/oder Winkelgeschwindigkeitssensor ausgebildet, insbesondere als Kurbelwellendrehzahlsensor oder Raddrehzahlsensor oder Getriebedrehzahlsensor oder Turboladerdrehzahlsensor.The sensor is preferably designed as a speed sensor and/or rotation speed sensor and/or angular velocity sensor, in particular as a crankshaft speed sensor or wheel speed sensor or transmission speed sensor or turbocharger speed sensor.

Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Sensorelement eine Brückenschaltung mit mindestens zwei Halbbrücken umfasst oder dass der Sensor mindestens zwei Sensorelemente aufweist, wobei die mindestens einer, insbesondere zwei, Halbbrücken oder die mindestens zwei Sensorelemente jeweils ein Sensorelementausgangssignal bereitstellen, welches der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt wird.It is preferred that the at least one sensor element comprises a bridge circuit with at least two half bridges or that the sensor sor has at least two sensor elements, wherein the at least one, in particular two, half bridges or the at least two sensor elements each provide a sensor element output signal which is fed to the signal processing device.

Bevorzugt sind die Sensorelemente bzw. Halbbrücken so ausgebildet und/oder in dem Sensor angeordnet, dabei besonders bevorzugt innerhalb der Sensoranordnung gegenüber dem Encoder so angeordnet und ausgerichtet, dass die Sensorelementausgangssignale der mindestens beiden Sensorelemente bzw. Halbbrücken im Wesentlichen einen sinusförmigen bzw. cosinusförmigen zeitlichen Verlauf aufweisen, ganz besonders bevorzugt mit einem Phasenversatz von im Wesentlichen 90° zueinander.The sensor elements or half-bridges are preferably designed and/or arranged in the sensor, particularly preferably arranged and aligned within the sensor arrangement relative to the encoder in such a way that the sensor element output signals of the at least two sensor elements or half-bridges essentially have a sinusoidal or cosinusoidal time course have, very particularly preferably with a phase offset of essentially 90 ° to one another.

Das wenigstens eine Sensorelement ist vorzugsweise als Magnetfeldsensorelement ausgebildet, insbesondere als AMR-, also als anisotrop magnetoresistives, oder Hall- oder GMR-, also als giant magnetoresistives bzw. auf dem Riesenmagnetowiderstandsprinzip beruhendes Sensorelement, oder TMR-Sensorelement, also als tunnel magnetoresistives Sensorelement ausgebildet.The at least one sensor element is preferably designed as a magnetic field sensor element, in particular as an AMR, i.e. as an anisotropic magnetoresistive, or Hall or GMR, i.e. as a giant magnetoresistive sensor element or based on the giant magnetoresistive principle, or TMR sensor element, i.e. as a tunnel magnetoresistive sensor element .

Der Encoder, mit einem im Wesentlichen periodischen Maßstab und/oder Muster, ist bevorzugt als permanentmagnetisierter Encoder ausgebildet, insbesondere umlaufend aufweisend alternierend magnetisierte Poolpaare oder alternativ vorzugsweise als ferromagnetischer ZahnradencoderThe encoder, with a substantially periodic scale and/or pattern, is preferably designed as a permanently magnetized encoder, in particular having rotating alternating magnetized pool pairs or alternatively preferably as a ferromagnetic gear encoder

Die Signalverarbeitungseinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass jede Schaltschwelle eine Hysterese umfasst.The signal processing device is preferably designed so that each switching threshold includes a hysteresis.

Unter einer Signalverarbeitungseinrichtung wird vorzugsweise eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine frei programmierbare Schaltung verstanden.A signal processing device is preferably understood to mean a signal processing circuit and/or a freely programmable circuit.

Die Signalverarbeitungseinrichtung umfasst bevorzugt einen Mikrokontroller bzw. eine elektronische Schaltung mit definierter bzw. festgelegter Logik und/oder Signalverarbeitungsprozessen, welche/r zumindest einige oder sämtlicher Berechnungen und/oder Signalerzeugungen und/oder Anpassungen der Schwellwerte der Schaltschwellen durchführt und entsprechend ausgelegt ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das gewichtete Bewegungssignal als Sensorausgangssignal vom Sensor bereitgestellt wird.The signal processing device preferably comprises a microcontroller or an electronic circuit with defined or fixed logic and/or signal processing processes, which carries out at least some or all of the calculations and/or signal generation and/or adjustments of the threshold values of the switching thresholds and is designed accordingly. The signal processing device is preferably designed such that the weighted movement signal is provided by the sensor as a sensor output signal.

Der Sensor weist zweckmäßigerweise ein Kunststoffgehäuse auf, sowie wenigstens ein, bzw. zwei Anschlüsse als Schnittstelle zum Anschluss an eine elektronische Kontrolleinheit eines Kraftfahrzeugsteuer- bzw. Regelungssystems. Der Sensor ist insbesondere als aktiver Sensor ausgebildet und wird mit elektrischer Energie über diese Schnittstelle versorgt.The sensor expediently has a plastic housing and at least one or two connections as an interface for connection to an electronic control unit of a motor vehicle control or regulation system. The sensor is designed in particular as an active sensor and is supplied with electrical energy via this interface.

Der Sensor ist bevorzugt so ausgebildet, dass er zur Erfassung von Drehbewegungen und/oder Linearbewegungen des Encoders relativ zum Sensor geeignet ist.The sensor is preferably designed so that it is suitable for detecting rotary movements and/or linear movements of the encoder relative to the sensor.

Unter dem einem Signalpegel wird vorzugsweise ein Signalwert und/oder eine Amplitude bzw. ein Amplitudenwert verstanden.A signal level is preferably understood to mean a signal value and/or an amplitude or an amplitude value.

Das Sensorelementausgangssignal ist vorzugsweise das Ausgangssignal des Sensorelements selber oder ein daraus direkt erzeugtes Rechtecksignal bzw. im Wesentlichen Rechtecksignal, insbesondere mittels wenigstens einer Verstärkerschaltung und/oder Schmitt-Trigger-Schaltung erzeugt.The sensor element output signal is preferably the output signal of the sensor element itself or a square-wave signal or essentially square-wave signal generated directly therefrom, in particular generated by means of at least one amplifier circuit and/or Schmitt trigger circuit.

Ein an den Sensor angeschlossenes Steuergerät bzw. eine elektronische Kontrolleinheit bzw. eine ECU decodiert vorzugsweise aus dem Sensorausgangssignal eine Drehrichtungsinformation und eine Geschwindigkeitsinformation, insbesondere hinsichtlich jeder Pegeländerung des Sensorausgangssignals.A control device or an electronic control unit or an ECU connected to the sensor preferably decodes direction of rotation information and speed information from the sensor output signal, in particular with regard to each level change in the sensor output signal.

Unter einer Zusatzinformation wird bevorzugt die eine Information über die Luftspaltlänge und/oder eine Fehlerinformation und/oder eine Positionszusatzinformation verstanden. Es sind beispielhaft auch weitere übliche Zusatzinformationen übertragbar/ codierbar.Additional information is preferably understood to mean information about the air gap length and/or error information and/or additional position information. For example, other common additional information can also be transferred/coded.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Sensors als Raddrehzahlsensor in Kraftfahrzeugen.The invention also relates to the use of the sensor as a wheel speed sensor in motor vehicles.

Es zeigen in schematischer Darstellung

1 ein Ausführungsbeispiel des Sensors, welcher an ein Steuergerät angeschlossen ist und
2 beispielhafte Signalverläufe des Sensors.

Show it in a schematic representation

1 an embodiment of the sensor, which is connected to a control device and
2 Example signal curves of the sensor.

Anhand der 1 ist ein Sensor 1 veranschaulicht, dessen Sensorelementhalbbrücken 11 und 12 jeweils das Magnetfeld des alternierend, permanentmagnetischen Encoders 2 erfassen, und so die Relativbewegung zwischen Encoder 2 und Sensor 1 sowie die Drehrichtung des Encoders 2 erfassen. Die Sensorelementausgangssignale S1, S2 der beiden Sensorelementhalbbrücken 11 und 12 werden Signalverarbeitungseinrichtung 13 bereitgestellt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 ist beispielgemäß so ausgelegt ist, dass sie jeweils wenigstens eine Schaltschwelle hinsichtlich des wenigstens ersten und zweiten Sensorelementausgangssignals aufweist, wobei im Wesentlichen jeweils pro erfasster Maßstabsteilung ein Bewegungsimpuls erzeugt wird, welches als Sensorausgangssignal vom Sensor 1 der ECU 3 bereitgestellt wird. Dieses Sensorausgangssignal ist von seiner Signalform und den Signalpegelwechseln direkt abhängig von der Relativbewegung zwischen Encoder 2 und Sensor 1 und weist beispielgemäß keine Signalkomponenten auf, welche ein einheitlich definierte, zeitlich feste Dauer haben.Based on 1 a sensor 1 is illustrated, whose sensor element half-bridges 11 and 12 each detect the magnetic field of the alternating, permanent-magnetic encoder 2, and thus detect the relative movement between encoder 2 and sensor 1 as well as the direction of rotation of the encoder 2. The sensor element output signals S1, S2 of the two sensor element half bridges 11 and 12 are provided to the signal processing device 13. The signal processing device 13 is designed, for example, in such a way that it has at least has a switching threshold with respect to the at least first and second sensor element output signals, wherein essentially a movement pulse is generated for each detected scale division, which is provided as a sensor output signal by the sensor 1 of the ECU 3. This sensor output signal is directly dependent on the relative movement between encoder 2 and sensor 1 due to its signal shape and the signal level changes and, according to the example, does not have any signal components that have a uniformly defined, fixed-time duration.

2 zeigt beispielhafte Bewegungsimpulse. Dabei zeigt 2 a) einen Bewegungsimpuls mit der Amplitude i1, codierend eine erste Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung und ohne eine weitere Zusatzinformation mit der Dauer t1. 2 b) veranschaulicht einen Bewegungsimpuls wie aus a) mit der zweiten Bewegungsrichtung, welche mittels der Amplitude i2 codiert ist. 2 shows exemplary movement impulses. This shows 2a) a movement pulse with the amplitude i1, encoding a first direction of movement or direction of rotation and without any further additional information with the duration t1. 2 B) illustrates a movement pulse as in a) with the second direction of movement, which is coded using the amplitude i2.

Anhand der 2 c) ist ein beispielhafter Bewegungsimpuls gezeigt, codierend die erste Bewegungsrichtung mittels der Amplitude i1 und eine erste Zusatzinformation codiert in der Signaldauer des Bewegungsimpulses t2. 2 d) zeigt beispielhaft einen Bewegungsimpuls, der die zweite Bewegungsrichtung mittels der Amplitude i2 codiert und eine erste und eine zweite Zusatzinformation mittels der Signaldauer t3.Based on 2c) An exemplary movement pulse is shown, encoding the first direction of movement using the amplitude i1 and first additional information encoded in the signal duration of the movement pulse t2. 2d) shows an example of a movement pulse that encodes the second direction of movement using the amplitude i2 and first and second additional information using the signal duration t3.

Claims

Sensor (1) for detecting relative movements between an encoder (2), with a substantially periodic scale and/or pattern, and the sensor (1), the sensor (1) having at least one sensor element (11, 12) and a signal processing device (13), wherein the signal processing device (13) is designed so that it provides a movement signal (S3, S4) depending on at least a first sensor element output signal (S1) of the at least one sensor element (11, 12), characterized in that the Signal processing device (13) is designed so that it generates at least one movement pulse per detected scale division, the amplitude or signal strength of the movement pulse (i1, i2) being dependent on the direction of movement of the encoder (2) detected by the sensor, the signal processing device ( 13) is designed so that it forms the duration (t1, t2, t3) of the movement pulse depending on no (t1) or at least one additional piece of information (t2, t3).

Sensor after Claim 1 , characterized in that the signal processing device (13) is designed such that it has at least one current source and the movement pulse is generated as an impressed current signal.

Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed so that it can generate at least a first (t0), a second (t1) and a third (t2) different amplitude or signal strength, whereby at least movement pulses of two different amplitudes or signal strengths are generated (t1, t2), depending on the detected direction of movement of the encoder.

Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed such that it generates at least one additional internal position information when the sensor (1) detects a change in the detected scale division due to a movement of the encoder (2). , whereby this additional position information relates to position information which encodes a relative and/or absolute position within a scale division/scale division length.

Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed such that it has at least one switching threshold with regard to at least a first and second sensor element output signal, wherein essentially when the at least one switching threshold is exceeded and/or fallen below the respective sensor element output signal (S1, S2), movement information (S3, S4) or additional position information is generated.

Sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal processing device (13) is designed such that it generates a plurality of movement pulses per scale division, in particular when the respective sensor element output signal (S1, S2) exceeds and/or falls below the at least one switching threshold.

Use of the sensor according to at least one of the preceding claims as a wheel speed sensor in a motor vehicle.