DE29610364U1 - Encoder wheel for determining the angular position of a reference mark - Google Patents
Encoder wheel for determining the angular position of a reference markInfo
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Description
Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer ReferenzmarkeSensor wheel for determining the angular position of a reference mark
Die Erfindung betrifft ein Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The invention relates to a sensor wheel for determining the angular position of a reference mark according to the preamble of claim 1.
Aus der gattungsgemäßen EP 0 190 513 B1 ist ein Geberrad mit einer durch eine Referenzlücke unterbrochenen regelmäßigen Verteilung von aufeinanderfolgenden Zähnen und Lücken auf dessen Peripherie bekannt. Durch einen Spalt beabstandet zu dieser Peripherie ist ein Magnetsensor zur Erkennung der Referenzlücke angeordnet. Eine solche Referenzlücke wird im allgemeinen durch den Entfall von zwei Zähnen sowie drei Lücken gebildet. Hierbei stellt sich gemäß dem genannten Stand der Technik folgendes Problem ein. Aufgrund der vergleichsweise breiten bekannten Referenzlücken stellt sich ein Verlauf des magnetischen Flusses im Sensor ein, der im Bereich der Referenzlücke für eine bestimmte Zeit auf den Wert Null absinkt. Das sich infolgedessen einstellende, wechselnde Signal hat daher im Bereich der Referenzlücke keinen ausgeprägten Nulldurchgang, sondern verläuft für diese bestimmte Zeit entlang der Nuilinie. Da die mit der Vorrichtung zu bestimmende Winkelposition der Referenzmarke genau in der geometrischen Mitte der Referenzlücke liegen soll, wäre in einem mit dem Sensor verbundenen Steuergerät ein rechteckförmiger Signalverlauf wünschenswert, welcher bei Erreichen der Referenzmarke beispielsweise einen sprunghaften Anstieg aufweist. Infolge des Verharrens des Signals für eine bestimmte Zeit entlang der Nuilinie stellt sich jedoch keine scharfe Bezugsmarke, sondern ein Bezugsbereich ein, in dem die Referenzmarke liegen kann. Infolgedessen liegt der Nulldurchgang irgendwo innerhalb der Referenzlücke. From the generic EP 0 190 513 B1, a sensor wheel with a regular distribution of successive teeth and gaps on its periphery, interrupted by a reference gap, is known. A magnetic sensor for detecting the reference gap is arranged at a distance from this periphery by a gap. Such a reference gap is generally formed by the elimination of two teeth and three gaps. According to the prior art mentioned, the following problem arises here. Due to the comparatively wide known reference gaps, a course of the magnetic flux in the sensor is established, which drops to the value zero for a certain time in the area of the reference gap. The resulting changing signal therefore has no distinct zero crossing in the area of the reference gap, but runs along the zero line for this certain time. Since the angular position of the reference mark to be determined with the device should be exactly in the geometric center of the reference gap, a rectangular signal curve would be desirable in a control unit connected to the sensor, which, for example, shows a sudden increase when the reference mark is reached. As a result of the signal remaining along the zero line for a certain time, however, no sharp reference mark is established, but rather a reference range in which the reference mark can lie. As a result, the zero crossing is somewhere within the reference gap.
Zur Lösung dieses Problems schlägt die genannte Schrift vor, die bekannte, aus zwei nicht vorhandenen Zähnen und drei Lücken bestehende Referenzlücke durch eine V-förmige Gestaltung zwischen den diese Referenzlücke begrenzenden Zähnen aufzufüllen. Dieses V ist dabei so susgebildet, daß in der geometrischen Mitte der Referenzlücke die Zahnhöhe gleich Null ist, während sie von dort aus nach links und nach rechts ansteigend eine Höhe von 75 bis 85 % der übrigen Zahnhöhe erreicht. Hierdurch stellt sichTo solve this problem, the document in question proposes filling the known reference gap, consisting of two missing teeth and three gaps, with a V-shaped design between the teeth that border this reference gap. This V is designed in such a way that in the geometric center of the reference gap the tooth height is zero, while from there it increases to the left and right to a height of 75 to 85% of the remaining tooth height. This results in
ein magnetischer Fluß im Sensor in wannenförmiger Gestalt ein, dessen in der geometrischen Mitte der Referenzlücke liegendes Minimum die Nullinie berührt. Der Signalverlauf des Sensors weist daher einen eindeutigen Nulldurchgang auf, so daß sich im Signalverlauf im Steuergerät an der gewünschten Referenzmarke ein Sprung einstellt.a magnetic flux in the sensor in a trough-shaped form, the minimum of which lies in the geometric center of the reference gap and touches the zero line. The signal curve of the sensor therefore has a clear zero crossing, so that a jump occurs in the signal curve in the control unit at the desired reference mark.
Allgemein ist es ein Problem, bei vergleichsweise großen Spaltmaßen zwischen Geberrad und Sensor und gleichzeitig vorliegenden geringen Drehzahlen des Geberrads einen sauberen Signalverlauf zu erzeugen. Beispielsweise bei einer Verwendung dieses Geberrads in einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge kann sich bei geringen Drehzahlen, wie sie beispielsweise bei einem Start der Brennkraftmaschine vorliegen, das Problem ergeben, das aufgrund des ungünstigen Signalverlaufs die beiden die Referenzlücke begrenzenden Zähne nicht erkannt werden. Dieses ist für eine frühzeitige, korrekte Erkennung der Drehzahl beim Starten der Brennkraftmaschine ungünstig.In general, it is a problem to generate a clean signal curve when there are relatively large gaps between the sensor wheel and the sensor and when the sensor wheel is running at low speeds. For example, when using this sensor wheel in an internal combustion engine for motor vehicles, the problem can arise at low speeds, such as when starting the internal combustion engine, that the two teeth that delimit the reference gap are not detected due to the unfavorable signal curve. This is unfavorable for early, correct detection of the speed when starting the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Geberrad zur Bestimmung der Winkelposition einer Referenzmarke zu schaffen, dessen Referenzlücke derartig ausgebildet ist, daß auch bei geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen Sensor und Geberrad dessen Drehzahl korrekt erkannt wird.The invention is based on the object of creating a sensor wheel for determining the angular position of a reference mark, the reference gap of which is designed in such a way that the speed of rotation between the sensor and the sensor wheel is correctly detected even at low relative speeds between the sensor and the sensor wheel.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved with the features of claim 1.
Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Wenn bei einem gattungsgemäßen Geberrad die Referenzlücke aus einem einzigen Referenzzahn gebildet ist, welcher sich zwischen den beiden die Referenzlücke begrenzenden Zähnen mit konstanter Zahnhöhe erstreckt und diese Zahnhöhe geringer ist als die Zahnhöhe der übrigen Zähne, so stellt sich infolgedessen ein Signalverlauf auch bei geringen Drehzahlen derartig ein, daß zum einen die Referenzmarke sicher erkannt wird, zum anderen aber auch ein eindeutiger Vorzeichenwechsel, d. h. ein Nulldurchgang des Signalverlaufs bei Erreichen der die Referenzlücke begrenzenden Zähne erzielt wird.If, in a generic sensor wheel, the reference gap is formed from a single reference tooth which extends between the two teeth delimiting the reference gap with a constant tooth height and this tooth height is less than the tooth height of the other teeth, then a signal curve is set up even at low speeds in such a way that, on the one hand, the reference mark is reliably recognized, but on the other hand, a clear change of sign, i.e. a zero crossing of the signal curve is achieved when the teeth delimiting the reference gap are reached.
Vorteilhafterweise vermeidet die Neuerung also das Nichterkennen der die Referenzlücke begrenzenden Zähne und verkürzt somit die Zeit bis zur zuverlässigen Erkennung der Drehzahl. Dieses führt bei Verwendung des Geberrads auf einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine insbesondere bei deren Start zu einem vergleichsweise frühzeitigen korrekten Erkennen der Drehzahl und einer entsprechend frühen Synchronisierung des Motorsteuergeräts betreffend Einspritzzeiten und Zündzeitpunkte und wirkt somit Verbrauchs- und emissionsverringernd.The innovation advantageously avoids the failure to detect the teeth that limit the reference gap and thus shortens the time until the speed is reliably detected. When using the sensor wheel on a crankshaft of an internal combustion engine, this leads to a comparatively early, correct detection of the speed, especially when starting the engine, and a correspondingly early synchronization of the engine control unit with regard to injection times and ignition points, thus reducing consumption and emissions.
ft ♦ » -W* » &igr; ft ♦ » -W* » &igr;
Während mit bekannten Referenzlücken eine Synchronisierung ab ca. 60 - 80 U/min, möglich war, erreicht das erfindungsgemäße Geberrad diese bereits bei Drehzahlen von ca. 30 - 40 U/min.While with known reference gaps synchronization was possible from approx. 60 - 80 rpm, the sensor wheel according to the invention already achieves this at speeds of approx. 30 - 40 rpm.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Zahnhöhe des Referenzzahns 30 % bis 90 % der Zahnhöhe der übrigen Zähne beträgt, vorzugsweise 45 % bis 75 %, insbesondere 58,8 %.In an advantageous embodiment, it is provided that the tooth height of the reference tooth is 30% to 90% of the tooth height of the other teeth, preferably 45% to 75%, in particular 58.8%.
Der exakte Signalverlauf ist über die Zahnhöhe des Referenzzahns einstellbar und unterschiedliche Spaltmaße zwischen Geberrad und Sensor können berücksichtigt und ausgeglichen werden.The exact signal curve can be adjusted via the tooth height of the reference tooth and different gap dimensions between the encoder wheel and sensor can be taken into account and compensated.
Vorteilhafterweise ist eine solche Referenzlücke in äußerst einfacher Weise herstellbar und erfordert keinen zusätzlichen Bauteile- bzw. Montageaufwand, beispielsweise wenn der Referenzzahn gleichzeitig und materialeinheitlich mit dem übrigen Geberrad hergestellt wird. Das Geberrad ist besonders vorteilhaft bei Otto- oder Dieselbrennkraftmaschinen einsetzbar.Advantageously, such a reference gap can be produced in an extremely simple manner and does not require any additional components or assembly work, for example if the reference tooth is produced at the same time and from the same material as the rest of the sensor wheel. The sensor wheel is particularly advantageous for use in gasoline or diesel internal combustion engines.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung.Further advantages of the invention will become apparent from the embodiment of the invention explained in more detail below with reference to a drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 a) eine bekannte Referenzlücke an einem Geberrad,
Fig. 1b) einen Signalverlauf gemäß des Geberrads aus Fig. 1a),
Fig. 1c) einen Signalverlauf in einem Steuergerät gemäß Fig. 1b)
Fig. 2a) eine erfindungsgemäße Referenzlücke an einem Geberrad,
Fig. 2b) einen Signalverlauf gemäß einem Geberrad nach Fig. 2a) und
Fig. 2c) einen Signalverlauf in einem Steuergerät gemäß der Erfindung.Fig. 1 a) a known reference gap on a sensor wheel,
Fig. 1b) a signal curve according to the encoder wheel from Fig. 1a),
Fig. 1c) a signal curve in a control unit according to Fig. 1b)
Fig. 2a) a reference gap according to the invention on a sensor wheel,
Fig. 2b) a signal curve according to a sensor wheel according to Fig. 2a) and
Fig. 2c) a signal curve in a control device according to the invention.
Fig. 1 a) zeigt einen Ausschnitt einer Abwicklung eines bekannten, scheibenförmigen Geberrads 1 mit einer Referenzlücke 2. Diese Referenzlücke 2 unterbricht die ansonsten regelmäßige Verteilung von aufeinanderfolgenden Zähnen 3 und dazwischenliegenden Lücken 4.Fig. 1 a) shows a section of a development of a known, disk-shaped encoder wheel 1 with a reference gap 2. This reference gap 2 interrupts the otherwise regular distribution of successive teeth 3 and gaps 4 in between.
Der von einem um ein Spaltmaß 5 beabstandet zu den Zähnen 3 angeordneten Sensor 6 aufgenommene Signalverlauf ist in seiner zeitlichen Abfolge in Fig. 1 b) für ein Geberrad 1 nach Fig. 1a) dargestellt. Dieser Signalverlauf wurde bei einer geringen Drehzahl des Geberrads, wie sie z. B. beim Starten einer mit einem solchen Geberrad 1 ausgestatteten Brennkraftmaschine auftreten kann, aufgenommen. Während sich für den in Fig. 1a) ganz links gezeichneten Zahn 3 gemäß Fig. 1 b) noch ein eindeutiger Nulldurchgang bei 7 einstellt, stellt sich bei dem nächsten, die Referenzlücke 2 links begrenzenden Zahn 31 zwar ein Richtungswechsel des Signalverlaufs, jedoch kein Nulldurchgang ein. Dieser erfolgt dann in der geometrischen Mitte der Referenzlücke 2, wobei sich anschließend in etwa spiegelbildlich der gleiche Signalverlauf mit der Nichterkennung des gegenüberliegenden, die Referenzlücke 2 begrenzenden Zahns 32 erfolgt. Die Referenzlücke 2 verursacht somit eine unzulässige Signalverformung.The signal curve recorded by a sensor 6 arranged at a gap distance of 5 from the teeth 3 is shown in its temporal sequence in Fig. 1 b) for a sensor wheel 1 according to Fig. 1a). This signal curve was recorded at a low speed of the sensor wheel, as can occur, for example, when starting an internal combustion engine equipped with such a sensor wheel 1. While a clear zero crossing at 7 occurs for the tooth 3 shown on the very left in Fig. 1a) according to Fig. 1 b), the next tooth 31, which borders the reference gap 2 on the left, does indeed change direction of the signal curve, but does not cross zero. This then occurs in the geometric center of the reference gap 2, with the same signal curve then occurring in an approximately mirror image with the non-recognition of the opposite tooth 32, which borders the reference gap 2. The reference gap 2 thus causes an unacceptable signal distortion.
Der sich infolgedessen in Abhängigkeit des Signalverlaufs des Sensors 6 in einem nicht gezeigten Steuergerät einstellende Signalverlauf ist in seiner zeitlichen Abfolge in Fig. 1c) mit durchgezogener Linie dargestellt. Zwar wird die zu erkennende Referenzmarke im Bereich des Nulldurchgangs bei 8 sicher erkannt, jedoch stellt sich nicht der gestrichelt dargestellte Soilverlauf aufgrund der vorbeschriebenen, fehlenden Nulldurchgänge ein.The signal curve that is subsequently established in a control unit (not shown) as a function of the signal curve of the sensor 6 is shown in its temporal sequence in Fig. 1c) with a solid line. Although the reference mark to be recognized is reliably recognized in the area of the zero crossing at 8, the desired curve shown in dashed lines does not occur due to the missing zero crossings described above.
Gemäß Fig. 2a) ist die Referenzlücke 2 erfindungsgemäß mit einem einzigen Referenzzahn 10 gefüllt, welcher sich zwischen den beiden Zähnen 31 und 32 über die gesamte Breite der Referenzlücke 2 mit einer konstanten Zahnhöhe 11 erstreckt. Die Lücke 2 gemäß Fig. 1a) wird somit durch Materialanfüllung mechanisch verkleinert.According to Fig. 2a), the reference gap 2 is filled according to the invention with a single reference tooth 10, which extends between the two teeth 31 and 32 over the entire width of the reference gap 2 with a constant tooth height 11. The gap 2 according to Fig. 1a) is thus mechanically reduced by filling it with material.
In Abhängigkeit des abzudeckenden und zu erkennenden Drehzahlbereichs sowie in Abhängigkeit vom Spaltmaß 5 kann die Zahnhöhe 11 des Referenzzahns 10 30 % bis 90 % der Zahnhöhe 12 der übrigen Zähne 3, 31, 32 betragen, vorzugsweise 45 % bis 75 %.Depending on the speed range to be covered and detected and depending on the gap dimension 5, the tooth height 11 of the reference tooth 10 can be 30% to 90% of the tooth height 12 of the other teeth 3, 31, 32, preferably 45% to 75%.
Ein eindeutiger Signalveriauf mit Nulldurchgängen infolge eines jeden Zahns gemäß Fig. 2b) und daraus resultierendem Signalvedauf im Steuergerät gemäß Fig. 2c) stellt sich bei einer vorhandenen Konfiguration mit einer Zahnhöhe 12 von 6,8 mm und einer Zahnhöhe 11 von 4 mm ein, d. h. die Zahnhöhe 11 beträgt 58,8 % der Zahnhöhe 12.A clear signal progression with zero crossings as a result of each tooth as shown in Fig. 2b) and the resulting signal progression in the control unit as shown in Fig. 2c) occurs in an existing configuration with a tooth height 12 of 6.8 mm and a tooth height 11 of 4 mm, i.e. the tooth height 11 is 58.8% of the tooth height 12.
Die mechanische Verkleinerung der Referenzlücke 2 durch den Referenzzahn 10 führt zu einem elektrischen Signalamplitudenverlauf mit einer von den übrigen Zähnen 3 be-The mechanical reduction of the reference gap 2 by the reference tooth 10 leads to an electrical signal amplitude curve with a value determined by the remaining teeth 3.
kannten Amplitude, d. h. auch signalverfälschende Amplitudenüberschwinger sind vermieden. known amplitude, i.e. signal-distorting amplitude overshoots are avoided.
Der Signalverlauf im Steuergerät gemäß Fig. 2c) gewährleistet beispielsweise beim Starten einer Brennkraftmaschine ein schnelles Synchronisieren der vom Steuergerät vorgenommenen Eingriffe in das Motormanagement, d. h. ein Synchronisieren von Einspritzzeitpunkten, Einspritzdauer und gegebenenfalls Zündzeitpunkten, und führt somit zu einem Verbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt.The signal curve in the control unit according to Fig. 2c) ensures, for example, when starting an internal combustion engine, a rapid synchronization of the interventions in the engine management carried out by the control unit, i.e. a synchronization of injection times, injection duration and, if applicable, ignition times, and thus leads to a low-consumption and low-emission operation of the internal combustion engine at a comparatively early point in time.
Claims (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19755575A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-17 | Bayerische Motoren Werke Ag | Increment system for detecting angular position of crankshaft or camshaft, especially at engine start |
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1996
- 1996-06-13 DE DE29610364U patent/DE29610364U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19755575A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-17 | Bayerische Motoren Werke Ag | Increment system for detecting angular position of crankshaft or camshaft, especially at engine start |
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