DE19501513A1 - Verfahrem zum Erkennen einer Bewegungsrichtung, insbesondere einer Drehrichtung - Google Patents

Description

In der Technik werden vielfach Erkennungseinrichtungen benö­ tigt, welche den Drehwinkel und die Drehrichtung eines einer Drehbewegung durchführenden Elementes anzugeben vermögen. So ist es zum Beispiel wichtig, den durch die Drehbewegung eines Lenkrades erzwungenen Lenkwinkel zu erkennen, wenn dieser für die Arbeitsweise einer Servolenkung bzw. einer Fahrstabili­ tätsregelung benötigt wird.

Bei derartigen Erkennungseinrichtungen kann beispielsweise die Achse des Lenkrades mit einer Schlitzscheibe versehen sein, die von einem auf einen Empfänger gerichteten Sender angestrahlt wird. Bei der zu messenden Strahlung kann es sich beispielsweise um magnetische Strahlung, optische Strahlung oder um eine andere geeignete Strahlung handeln. Bevorzugt werden hierbei Magnete, die ihr Feld auf Hall-Sensoren rich­ ten oder aber auch Infrarot-Sendedioden, die mit entsprechen­ den Empfangdioden zusammenarbeiten.

Es wird angestrebt mit möglichst geringem Materialaufwand eine hohe Meßgenauigkeit zu erreichen. Dabei ist zum einen zu beachten, daß neben der ausgesandten Meßstrahlung auch eine Störstrahlung vorhanden sein kann, was insbesondere bei der Verwendung von Infrarot-Dioden hinsichtlich des in der Fahr­ zeugkabine herrschenden Lichtes von großer Bedeutung ist. Es besteht also gleichzeitig noch die Notwendigkeit, die festge­ stellten Änderungen des gemessenen Lichtstrahles von der Um­ gebungsbeleuchtung zu trennen.

Um hinsichtlich der Beleuchtungsmessung eine größere Genauig­ keit zu erreichen, können zum einen eine größere Anzahl von Sendern und Empfängern eingesetzt werden oder aber die Meß­ einrichtung wird nach dem Zusammenbau im Fahrzeug oder zumin­ dest nach dem Zusammenbau der Meßeinrichtung speziell ju­ stiert.

Aus der DE-OS 41 04 902 (internes Aktenzeichen A 13184) ist es bekannt, statt die Phasenlage der beiden Strahlungsempfän­ ger direkt miteinander zu vergleichen statt dessen das Diffe­ renzsignal dieser beiden Empfänger mit dem Summensignal die­ ser beiden Empfänger zu vergleichen. In dieser Anmeldung wur­ de weiterhin nachgewiesen, daß die beiden zuletzt genannten Signale unabhängig von der genauen geometrischen Lage der Empfänger eine Phasenlage von 90° zueinander haben, wobei al­ lerdings erhebliche Abweichungen hinsichtlich der Amplituden dieser beiden Signale auftreten können.

Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einem Verfahren der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat­ tung. Aufgabe der Erfindung ist es mit einfachen Mitteln eine Vervielfältigung der Frequenz der gemessenen Signale zu er­ reichen.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Durch die dort angegebenen Merkmale ist es zumindest möglich ein oder zwei einander phasenverschobene Signale zu erzeugen, welche eine gegenüber den beiden gemessenen Signalen (1. und 2. Signal) die doppelte Frequenz aufweisen und die zueinander regelmäßig eine Phasenverschiebung von 90° besitzen. Dagegen beträgt die Phasenverschiebung von dem ersten gegenüber dem dritten und dem zweiten gegenüber dem vierten Signal jeweils 45°. Bedenkt man weiterhin, daß das fünfte und sechste Signal (E, F bzw. G, H) jeweils phasenverkehrt gebildet werden kann, was auch nach dem in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen da­ durch geschehen kann, daß das abgeleitete Signal bei Un­ gleichheit statt bei Gleichheit einen positiven Wert besitzt, so lassen sich insgesamt vier Signale (E, F bzw. G, H) ablei­ ten, welche gegenüber den beiden Meßsignalen die doppelte Frequenz besitzen. Will man die Frequenz erneut verdoppeln, so empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merk­ malskombination nach Anspruch 2. Danach wird aus dem fünften und sechsten Signal (E, F bzw. G, H; oder deren Umkehrung) ein siebtes Singal K, L mit vierfacher Frequenz gegenüber den gemessenen Signalen A, B gebildet. Auch hier ist wieder eine Umkehrung der Phase möglich, indem der positive Wert des siebten Signals statt der Gleichheit des fünften und sechsten Signals deren Ungleichheit zugeordnet wird.

Es zeigt sich also, daß mit geringfügigem Aufwand beispiels­ weise mit einer entsprechenden Anordnung von Gattern aus den beiden gemessenen Signalen abgeleitete Signale mit zweifacher bzw. vierfacher Frequenz gebildet werden können, durch die sich eine erhöhte Meßgenauigkeit bei der Messung des Drehwin­ kels oder der Drehwinkelgeschwindigkeit erreichen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 Die Bildung der dem Ausführungsbeispiel zugrunde ge­ legten Rechteckkurven.

Fig. 2 Die Formung der gemessenen und der von den gemessenen Signalen abgeleiteten Signale.

Fig. 1 zeigt ein gemessenes Sinus-Signal S, welches aufgrund der Umgebungsbeleuchtung mit einem Off-Set (OS) versehen ist. Selbstverständlich muß das gemessene Signal nicht unbedingt sinusförmig sein und kann auch eine sinusähnliche oder auch einen trapezförmigen Verlauf haben. Der über der Zeit T ge­ messene Wert MW setzt sich somit aus einer Schwelle SW und einer darauf auf setzenden Kurvenform S zusammen. Der Mittel­ wert ME bildet den mittleren Wert des Meßwertes MW. Durch geeignete Triggerschaltungen läßt sich eine Rechteckkurve RK bilden, deren Flanken seitlich dort liegen, wo die Sinuskurve S den Mittelwert MI schneidet. Nachfolgend werden anstatt der tatsächlich gemessenen und gegenüber ihrem Mittelwert ver­ schobenen Kurven S der Einfachheit halber die abgeleiteten Rechteckkurven RK beschrieben. Das Verfahren ist aber auch direkt auf die gemessenen Kurven S anwendbar, soweit sie auf ihren Mittelwert MW bezogen werden.

Fig. 2 zeigt zwei Rechteck-Kurven A und B, die um etwa 90° gegeneinander versetzt sind, die nachfolgend als erstes Sig­ nal A und so das Signal B bezeichnet werden. Von dem ersten Signal und dem zweiten Signal werden ein drittes Signal C und ein viertes Signal D durch Summenbildung von Signal A und B sowie durch Differenzbildung von Signal A und B erreicht. Die Bildung dieser so geschaffenen dritten und vierten Signale wird in der DE-OS 41 04 902 beschrieben.

Für die Erfindung ist es nun wichtig zu erkennen, daß aus den beiden gemessenen Signalen A und B aber auch aus den beiden abgeleiteten Signalen C und D jeweils ein fünftes Signal E bzw. ein sechstes Signal F abgeleitet werden kann. Dabei geht man so vor, daß man der Gleichheit bzw. der Ungleichheit die­ ser beiden Signale einen positiven oder negativen Amplituden­ wert fest zuordnet. Das fünfte Signal E wird beispielsweise dadurch gebildet, daß es immer dann einen negativen Wert hat, wenn das erste und das zweite Signal gegenüber ihrem Mittel­ wert das gleiche (positive oder negative) Vorzeichen be­ sitzen. Bei Ungleichheit der Vorzeichen wird dem Signal E ein positiver und bei Gleichheit der beiden Signale A und B wird dem Signal E ein negativer Wert zugeordnet.

Selbstverständlich kann auch das Vorzeichen des von beiden Signalen A und B abgeleiteten Signals umgekehrt werden indem den gleichen Vorzeichen der beiden abgeleiteten Signale A und B ein positiver und dem umgekehrten Vorzeichen ein negativer Wert zugeordnet wird. Man kommt dann zu dem Signal G. Das Signal F ist entsprechend den für E geltenden Regeln aus den beiden abgeleiteten Signalen C und D gebildet. Das Signal H bildet eine Entsprechung zu dem Signal G.

Wie sich aus Fig. 2 entnehmen läßt, kann aber auch ein sieb­ tes Signal K gebildet werden, welches die doppelte Frequenz gegenüber den Signalen E bzw. F besitzt bzw. die vierfache Frequenz gegenüber den Signalen A bis D. Die Schaltung hier­ für wird beispielsweise derart angeordnet, daß bei Gleichheit der Vorzeichen der Signale E und F das Vorzeichen von Signal von K negativ und bei Ungleichheit das Vorzeichen von Signal von K positiv ist. Selbstverständlich kann man aber auch hin­ sichtlich dieses weiteren abgeleiteten siebten Signals auch jeweils das entgegensetzte Vorzeichen wählen und kommt somit zu dem Signal L.

Claims (2)

1. Verfahren zur Erkennung einer Bewegungsrichtung, insbe­ sondere einer Drehrichtung unter Verwendung zweier um 90° phasenverschobener Signale (1. Signal A, 2. Signal B), die aus zwei in Bewegungsrichtung einer Signalquelle versetzt angeordneten Empfängern abgeleitet werden, wo­ bei zwei weitere phasenverschobene Signale (drittes Si­ gnal C, viertes Signal D) aus den zwei phasenverschobe­ nen Signalen (1. Signal A, 2. Signal B) der Empfänger gebildet werden, indem die beiden ersten Signale mitein­ ander addiert bzw. voneinander subtrahiert werden, da­ durch gekennzeichnet, daß ein fünftes und/oder ein sech­ stes Signal (E oder F bzw. G oder H) die gegeneinander etwa um 90° phasenverschoben sind und die doppelte Fre­ quenz gegenüber dem ersten bis vierten Signal aufweisen, dadurch gebildet werden, daß das erste Signal (A) mit dem zweiten Signal (B) oder bevorzugt das dritte Signal (C) mit dem 4. Signal (D) auf Ungleichheit (bzw. Gleich­ heit) gegenüber einem Mittelwert verglichen wird, wobei das abgeleitete fünfte bzw. sechste Signal (E, G bzw. F, H) bei Ungleichheit (bzw. Gleichheit) einen positiven Wert gegenüber ihrem Mittelwert einnimmt und bei Gleichheit (bzw. Ungleichheit) einen negativen Wert ge­ genüber ihrem Mittelwert einnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein siebtes Signal (K, L) mit vierfacher Frequenz gegen­ über dem gemessenen ersten und zweiten Signal (A, B) da­ durch aus dem fünften und sechsten Signal (E, F bzw. G, H) abgeleitet wird, daß es einen positiven Wert gegen­ über einem Mittelwert bei Gleichheit (bzw. Ungleichheit) der fünften und sechsten Signale (E, F bzw. G, H) ein­ nimmt.